1.1 Общие сведения об ионосфере
Ионосфера является частью околоземного пространства на высотах от 50-80 км до 400-500 км с относительно высокой концентрацией заряженных частиц. Заряженные и нейтральные частицы образуют ионизированную плазму с большой электропроводностью, но квазинейтральную.
Ионосфера состоит из областей, где имеет место увеличенная ионная концентрация (слоев) с постепенными переходами между ними. Это область D от 60 до 110 км, где ночью ионизация почти исчезает, Е – от 110 до 140 км, F1 – от 140 до 220 км и F2 – от 220 до 400 км. Электропроводность в ионосфере велика. Уже на высоте 100 км она в 109—1010 раз больше проводимости у земной поверхности. Поэтому радиоволны испытывают в ионосфере поглощение, отражение и преломление, в зависимости от длины волны.
Наблюдения показывают, что ионосфера находится в состоянии постоянного и сложного движения, управляемого комплексом воздействий сил тяжести, электрических и магнитных сил, тепловых процессов. Сменные потоки энергии в ионосферу поступают как снизу, от приземных слоев атмосферы, так и сверху – от магнитосферы и Солнца. Свойства ионосферы регулярно исследуются сетью станций по всему земному шару с помощью наблюдений над отражением радиоволн разной частоты от слоев. Распределение электронной концентрации в ионосфере определяется также с помощью ракет и спутников.
Ионосфера – это специфическая область околоземного космического пространства, отделяющая нейтральную атмосферу от расположенной выше магнитосферы с чрезвычайно высокой степенью ионизации. Ионосфера демонстрирует сильный и разнообразный отклик на солнечную и магнитную активность. Вызванные активным Солнцем ионосферные возмущения являются неотъемлемой частью комплекса явлений, обозначаемых совокупным термином «космическая погода». Очевидно, что с первого международного геофизического года (1957/1958 гг.) одной из главных задач ионосферных наблюдений стало исследование ионосферы как звена цепи солнечно-земных связей. Наряду с этим ионосфера представляет собой зону, через которую происходит влияние Земли на ближний космос. На состояние ионосферы локально влияют геофизические процессы – ураганы, цунами, землетрясения, вероятно процессы подготовки землетрясений, другие природные катаклизмы, а также техногенные факторы – запуски ракет, мощные взрывы, работа линий электропередачи и т.д. Систематические и длительные измерения параметров ионосферы – лучший способ для изучения механизмов формирования ионосферного отклика на воздействия, которые осуществляются снизу со стороны поверхности Земли и сверху, то есть по направлению космического пространства.
Наиболее информативными являются измерения параметров in situ – с помощью запущенных «внутрь ионосферы» космических аппаратов (КА). Удобной платформой для проведения подобных наблюдений на первый взгляд может служить Международная космическая станция (МКС) с высотой орбиты около 350 км, однако высокий уровень собственных электромагнитных излучений и сильное аэродинамическое воздействие конструкций МКС на окружающую атмосферу осложняют или даже исключают возможность регистрации на ней природных атмосферно-ионных вариаций. В течение всей космической эры было запущено около 20 «ионосферных» спутников (необходимость применять не точное, а лишь плюс минус приближенное число вызвано сложностью точного отнесения к этой категории определенных спутников). По результатам проведенных с их помощью измерений была в основном установлена морфологическая структура геокосмоса. Значительный объем спутниковых данных был интегрирован в типовые модели (reference model) верхней атмосферы, ионосферы и магнитосферы. При этом новые данные используются для уточнения предыдущих и разработки новых моделей. Начиная с 80-х годов предыдущего столетия и по сей день, основное внимание ученых, занятых космическими экспериментами, уделяется регистрации динамических процессов в геокосмосе.
Ионосфера Земли демонстрирует значительное непостоянство параметров, которые только в среднем контролируются уровнем солнечной активности, но также зависят от других факторов, часть из которых трудно определить. Представление о равновесном состоянии ионосферы, которое устанавливается при заданных гелиофизических условиях (а параметры такого состояния рассчитываются и возвращаются пользователю в моделях «стандартной ионосферы»), является идеализацией. В действительности ионосфера находится в процессе перманентной перестройки, приспособлении к изменению равновесия и связанным с этим глобальным движением. Циркуляция вещества в околоземном космосе является структурообразующим фактором, формирующим в ионосфере ряд морфологических образований, таких как экваториальная аномалия, средне широтный провал, зоны полярной конвекции, полярные отверстия и т.п. Даже общепринятое широтное районирование ионосферы имеет в своей основе динамическую природу. Поэтому разработка ионосферных моделей, удовлетворяющих все более возрастающим требованиям к точности и прогностической надежности, требует учета динамических эффектов.
……………………………………………………
?