2ДР
е
и
о
X
о
X
214
Распределение но высоте ионов с относительно малой концентрацией важно для объяснения осн. особенностей процессов, протекающих в И. Так, в области ионизаци-оино-рекомбинац. равновесия (ниже 200 км) доля первичных ионов N/ и 0+ уменьшается с уменьшением высоты, свидетельствуя об усилении ионно-молекуляр-ных реакций из-за роста плотности атмосферы. Выше 200≈300 км доля ионов N^ лишь немного возрастает по сравнеинго с 0 + , а концентрации ионов Н+ и Но+ обладают максимумами вблизи области высот, где концентрация ионов О+ и Н+ становятся равными (рис, 4), что обусловлено распределением этих ионов но барометрической формуле. Этим же обусловлено аналогичное распределение с максимумом для двукратно ионизованных ионов Не + +и 0 + + . В ниж. части области Е на высотах 90≈95 км часто образуется максимум Es (рис.2) ионов металлов Mg+, Fe + c примесью Si + , Na + , Ca + , Al+ и Ni^ (их происхождение связывают с дроблением метеоров на этих высотах). Меньшая концентрация ионов металлов наблюдается в вечернее время па раз л. высотах вплоть до 500≈BOO км; она особенно возрастает вблизи геомагп. экватора, что свидетельствует об особых условиях движений и перемешивания в И.
Характеристики ионосферных с л о-╦ в. Закономерности изменения параметров И,≈ степени ионизации или пе, ионного состава и эффективного коэф. рекомбинации различны в разных областях И.; это обусловлено в первую очередь значит, изменением по высоте концентрации и состава нейтральных частиц верх, атмосферы.
В области D наблюдаются наиб, низкие п(?<103 см~3 (рис. 2). В этой области И. из-за высокой концентрации молекул, а следовательно, и высокой частоты столкновения с ними электронов происходит, наиб, сильное поглощение радиоволи, что иногда приводит к прекращению радиосвязи. Здесь же, как в волноводе, распространяются длинные и сверхдлинные радиоволны. От всей остальной части И. область D отличается тем, что наряду с положит, ионами в ней наблюдаются отрицат. ионы, к-рые определяют мн. свойства области D. Первоначально отрицат. ионы образуются в результате тройных столкновений электронов с нейтральными молекулами 02. Нише 70≈80 км концентрация молекул и число таких столкновений настолько возрастают, что отрицат. ионов становится больше, чем электронов. Уничтожаются отрицат. ионы при взаимной нейтрализации с положит, ионами. Т. к. этот процесс очень быстрый, то именно им объясняется довольно высокий эффективный коэф. рекомбинации а', к-рый наблюдается в области
D (табл.)-
При переходе от дня к ночи в области D концентрация электронов пе резко уменьшается и соответственно уменьшается поглощение радиоволн, поэтому рапьше считали, что ночью слой D исчезает. В момент солнечных вспышек на освещ╦нной Солнцем земной поверхности сильно возрастает интенсивность рентг. излучения, увеличивая ионизацию области D, что приводит к увеличению поглощения радиоволн, а иногда даже к полному прекращению радиосвязи ≈ т. н. внезапное ионосферное возмущение (Делинджера эффект). Продолжительность заметных возмущений обычно 0,3≈ 1,5ч. Более длительные и более япачит. поглощения бывают на высоких широтах (т. н. поглощения в иолярной шапке, ППШ). Повыш, концентрация пе тут вызывается солнечными космич. лучами (в основном протонами с энергией в нвск. МэВ), к-рые способны проникнуть в атмосферу только в районе геомагн. полюсов (полярных 1шшок), где магн. силовые линии не замкнуты. Длительность явлений ППШ достигает иногда псск. дней.
Область И. на высотах 100≈200 км, включающая слои Е и FI, отличается наиб, регулярными изменениями. Это обусловлено тем, что именно здесь поглощается осн. часть коротковолнового ионизующего излучения Солнца. Теория иокизационно-рекомбинац. равновесия, уточняющая теорию простого слоя ионизации, хорошо
объясняет все регулярные изменения пе и ионного состава в течение дня и в зависимости от уровня солнечной активности. Ночью из-за отсутствия источников ионизации в области 125≈160 км величина пе сильно уменьшается, однако в области Е на высотах 100≈120км обычно сохраняется довольно высокая пе= (3≈30) X Х103 см~8. О природе источника ночной ионизации в области Е мнения расходятся.
На высотах областей D к Е иногда наблюдают кратковременные, необычайно узкие слои иовыш. ионизации (т. н. спорадически о слои Es)t состоящие часто из ионов металлоп Mg+, Fe+, Са:1" и др. За сч╦т Es возможно дальнее распространение телевизионных передач. Признанной теорией образования слоев Es является т. н. теория «ветрового сдвига», согласно к-рой в условиях магн. поля движения газа в атмосфере «сгоняют» ионы к области пулевой скорости ветра, где и образуется слой Es. v
Концентрация ионов 0+ становится больше 50% выше уровня 170 ≈ 180 км дн╦м и выше 215≈230 км утром, вечером и ночью. Выше и ниже этого уровня условия образования И. совершенно различны. Так, дн╦м, когда максимум ионизации коротковолновым излучением Солнца расположен ниже этого уровня, образуется слой F!. Этот слой регулярно наблюдается по монограммам только при большой высоте Солнца над горизонтом, преим. летом и в основном при низкой активности Солнца, а в максимуме активности зимой он не наблюдается. Выше указанного уровня создаются благоприятные условия для образования области F2,
Поведение гл, максимума ионизации, или области F2, является очень сложным, оно коренным образом отличается от поведения областей Е и Рг. Так, хотя а среднем электронная концентрация пе в слое F2 определяется солнечной активностью, но ото дня ко дню она сильно изменяется. Максимум пе в суточном ходе бывает сильно сдвинут относительно полудня, при JTOM сдвиг зависит от широты, сезона и даже долготы. Сезонной аномалией паз. необычное увеличение пе зимой по сравнению с летним сезоном. 13 экваториальной области до полудня имеется один, а после полудня и ночью ≈ два максимума пе, расположенных в геомагн. широтах
Рис. 5. Изменение высоты максимума области F в течение Дни по ракетным данным: /и 11 ≈ зима и лето при 300 низкой активности Солнца; 111 ≈ при высокой активности Солнца.
200
' О
12
24
±15 (экваториальная, или геомагн., аномалия). В период восхода Солнца оба максимума начинают расходиться, перемещаясь в более высокие широты, и быстро исчезают, в то время как на экваторе образуется новый максимум. Обнаружено необычное поведение области. F2 и на высоких широтах, в частности образование широтной зоны П011ИЖ. ионизации («нровала»), идущей параллельно зоне полярных сияний, где наблюдается повыщ. ионизация. Вс╦ это говорит о том, что помимо солнечного излучения изменения пе в области F.2 определяются рядом геофиз. факторов.
Высота гл. максимума И. /1чакс слоя F в ср. широтах северного полушария изменяется в течение суток сложным1 образом {рис. 5), глубоко спускаясь утром и достигая максимума вблизи полуночи. Высота слоя F2 зимой ниже (кривая /), чем летом (кривая 77), а при высокой активности Солнца (кривая III) выше, чем при низкой (кривые / и //).
Новая теория образования области F учитывает действие амбиполярной диффузии, к-рая объяснила
