Плотный слой молекул и электрически заряженных частиц, называемый ионосферой, висит в верхних слоях атмосферы Земли, начиная примерно на 35 миль (60 километров) над поверхностью планеты и простираясь за пределы 620 миль (1000 км). Солнечное излучение поступающих сверху частиц буфета взвешивается в атмосферном слое. Радиосигналы снизу отскакивают от ионосферы обратно на приборы на земле. Там, где ионосфера перекрывается магнитными полями, небо вспыхивает ярким светом, который невероятно созерцать.
Где ионосфера?
Несколько отдельных слоев составляют атмосферу Земли, включая мезосферу, которая начинается на 31 милю (50 км) вверх, и термосферу, которая начинается на 53 мили (85 км) вверх. Ионосфера состоит из трех секций в мезосфере и термосфере, обозначенных слоями D, E и F, согласно Центру научного образования UCAR.
Экстремальное ультрафиолетовое излучение и рентгеновское излучение солнца бомбардируют эти верхние области атмосферы, поражая атомы и молекулы, содержащиеся в этих слоях. Мощное излучение смещает отрицательно заряженные электроны от частиц, изменяя электрический заряд этих частиц. Получившееся облако свободных электронов и заряженных частиц, называемых ионами, привело к названию «ионосфера». Ионизированный газ или плазма смешивается с более плотной нейтральной атмосферой.
Концентрация ионов в ионосфере изменяется в зависимости от количества солнечного излучения, падающего на Землю. Ионосфера становится плотной с заряженными частицами в течение дня, но эта плотность уменьшается ночью, когда заряженные частицы рекомбинируют со смещенными электронами. По данным НАСА, в течение этого ежедневного цикла целые слои ионосферы появляются и исчезают. Солнечная радиация также колеблется в течение 11-летнего периода, что означает, что солнце может излучать больше или меньше радиации в зависимости от года.
Взрывные солнечные вспышки и порывы солнечного ветра вызывают внезапные изменения в ионосфере, объединяясь с высотными ветрами и суровыми погодными системами, зреющими на Земле внизу.
Зажечь небо
Раскаленная поверхность солнца изгоняет потоки высоко заряженных частиц, и эти потоки известны как солнечный ветер. По данным Центра космических полетов им. Маршалла, солнечный ветер летит в космосе со скоростью около 25 миль (40 км) в секунду. Достигнув магнитного поля Земли и ионосферы внизу, солнечные ветры вызвали красочную химическую реакцию в ночном небе, называемую полярным сиянием.
Когда солнечные ветры проникают через всю Землю, планета остается защищенной своим магнитным полем, также известным как магнитосфера. Магнитосфера, генерируемая путем перемешивания расплавленного железа в ядре Земли, посылает солнечную радиацию в направлении любого полюса. Там заряженные частицы сталкиваются с химическими веществами, циркулирующими в ионосфере, создавая полярные сияния.
Ученые выяснили, что собственное магнитное поле Солнца сжимает более слабое поле Земли, смещая полярные сияния к ночной стороне планеты, как сообщает «Популярная механика».
По данным National Geographic, вблизи полярных и антарктических кругов сияние сияет по небу каждую ночь. Красочные световые завесы, известные как северное сияние и северное сияние соответственно, висят на высоте около 620 миль (1000 км) над поверхностью Земли. Полярные сияния светятся зеленовато-желтым, когда ионы ударяют частицы кислорода в нижней ионосфере. Красноватый свет часто распускается по краям полярных сияний, и на ночном небе появляются пурпурные и синие цвета, хотя это случается редко.
«Причина появления сияний в некоторой степени известна, но она не полностью решена», - сказал Тоши Нисимура, геофизик из Бостонского университета. «Например, то, что вызывает определенный тип цвета сияния, например фиолетовый, до сих пор остается загадкой».
Кто такой Стив?
Помимо сияний, ионосфера также принимает других впечатляющих световых шоу.
В 2016 году гражданские ученые заметили особенно привлекательный феномен, который ученые изо всех сил пытались объяснить, ранее сообщал сайт-сайт Live Science Space.com. Яркие реки белого и розового света текли над Канадой, которая находится южнее большинства северных сияний. Изредка к смеси присоединялись зеленые капли. Таинственные огни были названы Стивом в честь мультипликационного фильма «За изгородью», а затем были переименованы в «Сильное увеличение скорости теплового излучения» - по-прежнему STEVE для краткости.
«Мы изучали полярное сияние в течение сотен лет, и мы не могли и не можем объяснить, что такое Стив», - сказал Гарет Перри, ученый по космической погоде в Технологическом институте Нью-Джерси. «Это интересно, потому что его выбросы и свойства отличаются от всего, что мы наблюдаем, по крайней мере, с оптикой, в ионосфере».
Согласно исследованию, опубликованному в 2019 году в журнале Geophysical Research Letters, зеленые полосы внутри STEVE могут развиваться аналогично тому, как образуются традиционные полярные сияния, когда заряженные частицы падают на атмосферу. В STEVE, однако, река света светится, когда частицы внутри ионосферы сталкиваются и генерируют тепло между собой.
Связь и навигация
Хотя реакции в ионосфере окрашивают небо яркими оттенками, они также могут нарушать радиосигналы, создавать помехи навигационным системам и иногда вызывать повсеместное отключение электроэнергии.
Ионосфера отражает радиопередачи ниже 10 мегагерц, что позволяет военным, авиакомпаниям и ученым связывать радиолокационные и коммуникационные системы на большие расстояния. Эти системы работают лучше всего, когда ионосфера гладкая, как зеркало, но они могут нарушаться из-за неровностей в плазме. Передачи GPS проходят через ионосферу и, следовательно, несут те же уязвимости.
«Во время сильных геомагнитных бурь или космических погодных явлений токи могут вызывать другие токи в земле, электрических сетях, трубопроводах и т. Д. И вызывать хаос», - сказал Перри. Одна такая солнечная буря привела к известному отключению электроэнергии в Квебеке в 1989 году. «Тридцать лет спустя наши электрические системы все еще уязвимы для таких событий».
Ученые изучают ионосферу с помощью радаров, камер, спутниковых приборов и компьютерных моделей, чтобы лучше понять физическую и химическую динамику региона. Вооружившись этими знаниями, они надеются лучше прогнозировать сбои в ионосфере и предотвращать проблемы, которые могут возникнуть на земле ниже.
