Популярная аэрономия

Другая модель изменения состава предполагает, что нагретая область атмосферы в полярных широтах может являться источником гравитационных волн. Проникая в среднеширотную атмосферу, эти волны могут вызывать изменение состава (и прежде всего отношения [O]/[N2]) на уровне турбопаузы (105 - 110 км), который определяет состав газа в расположенной выше гетеросфере. Эта модель не так наглядна, как первая, и содержит больше неясностей в физике. Однако есть экспериментальные данные, которые указывают на то, что состав на уровне турбопаузы действительно меняется во время магнитной бури.

Отношения [O]/[N2]

Каков механизм изменения отношения [O]/[N2] в средних широтах, окончательно пока неясно. Но совершенно ясно, что отрицательные ионосферные возмущения действительно контролируются вариациями состава. На спутнике "ЭСРО-4" были проведены аккуратные измерения состава на высотах области F2 во время нескольких магнитных бурь. Выяснилось, что во время бури [О]/[N2] в области F2 действительно уменьшается, причем амплитуда этого уменьшения падает с уменьшением широты. Чем сильнее буря, тем сильнее выражен эффект и тем до более низких широт простирается область возмущенной атмосферы (см. рисунок внизу). Эти данные были детально сопоставлены с одновременными наземными наблюдениями изменения f0F2. Связь между [O]/[N2] и f0F2 оказалась поразительной. Ионосферные станции, расположенные в зоне возмущенной атмосферы, регистрируют отрицательное возмущение, причем его эффект тем сильнее, чем меньше [О]/[N2]. Станции, расположенные вне зоны, отрицательных возмущений не регистрируют. При этом иногда зона возмущений может быть не такой, как на рисунке, и иметь минимум [О]/[N2] в средних широтах. Это объясняет, почему во время некоторых бурь отрицательные возмущения видят только на среднеширотных станциях и не видят в высоких широтах. Но, конечно, объяснить такое широтное распределение [О]/[N2] во время возмущения с точки зрения современной теории еще труднее, чем обычное возрастание [О]/[N2] в высоких широтах.

Так выглядят на сегодня проблемы области F2. Как мы уже говорили, это область ионосферы, где одна фотохимия не может нести ответственности за все явления. Чтобы понять особенности поведения заряженных частиц, следует привлечь целый ряд совсем других процессов: ам-биполярную диффузию, потоки из плазмосферы, нейтральные ветры, гравитационные волны. Скорее всего, этот список неполон и нам предстоит подробнее узнать о влиянии на область F2 других факторов, например электрических полей.

5. Загадочная область D

Самая нижняя - самая неясная

Мы поговорим в этой главе о самой нижней части ионосферы - области D, расположенной на высотах 50 - 90 км. Некоторое время назад для этой области использовали также термин "нижняя ионосфера". Но с развитием ракетных и спутниковых исследований выяснилось, что земная ионосфера простирается значительно дальше, чем считалось ранее: достаточно большие концентрации ионосферной плазмы наблюдаются на расстоянии нескольких тысяч километров от поверхности Земли. В связи с этим изменились и "масштабы названий". Под нижней ионосферой теперь чаще всего подразумевают часть ионосферы ниже примерно 200 км, включающую области D, E и F1. Однако и по сей день иногда говорят "нижняя ионосфера", имея в виду только интересующую нас область D.

Ни одна ионосферная область не вызывала за всю историю ионосферных исследований столько споров, как область D. Ни к одной неприменимы в такой полной мере слова "загадки", "проблемы". И это несмотря на то, что область D - нижняя, а значит, и самая близкая к нам часть ионизированной оболочки Земли!

Предметом жгучих дискуссий являлось буквально все. Строение ионосферы на этих высотах, т. е. распределение основного параметра - электронной концентрации. Состав, т. е. распределение с высотой концентраций отдельных ионов. Роль так называемых малых составляющих: окиси азота, паров воды, атомов кислорода и т. д. и последнее, возможно самое главное,- физика процессов, которые создают и поддерживают ионосферу в области D: источники ионизации, законы рекомбинации, пути преобразования одних заряженных частиц в другие. Как это ни парадоксально, но и сегодня описать область D по всем перечисленным пунктам мы можем (если вообще можем) с гораздо меньшей надежностью, чем, скажем, ионосферу на высотах от 400 - 500 километров до нескольких тысяч.

Почему это так трудно