§ 4.3. Нерегулярные явления в ионосфере

Регулярная слоистая структура ионосферы, рассмотренная в § 4.2, временами нарушается. Причиной этого являются изменения в деятельности Солнца, наблюдающиеся особенно часто в годы максимума солнечной активности. Рассмотрим кратко основные нерегулярные явления в ионосфере.

1. Ионосферно-магнитные бури. На Солнце время от времени происходят своеобразные вспышки, сопровождаемые извержением потоков заряженных частиц. Эти потоки, попадая в атмосферу Земли, под действием земного магнитного поля движутся по сложным траекториям к полярным районам.

Интенсивные потоки заряженных частиц нарушают нормальный режим ионизированных слоев и вызывают так называемые ионосферно-магнитные бури. Процессы, происходящие в это время, полностью не изучены. Одна из теорий следующая. Заряженные частицы, проникая в атмосферу, не только ионизируют ее, но и повышают температуру газа, что приводит к уменьшению его плотности, а следовательно, и к уменьшению электронной плотности. При интенсивных потоках заряженных частиц второй фактор оказывается более сильно действующим, особенно в области внешнего ионосферного слоя F. Во время ионосферно-магнитных бурь уменьшается электронная плотность слоя F и увеличивается его высота. Электронная плотность слоя E не изменяется, так как заряженные частицы не проникают в эту область ионосферы.

В результате уменьшения электронной плотности слоя F отражение коротких волн от него становится невозможным и связь нарушается. Нарушения связи могут продолжаться от нескольких часов до нескольких суток. Особенно часты нарушения связи в приполярных районах. Существуют методы прогнозирования ионосферных возмущений. Рассмотренное явление носит название ионосферно-магнитной бури потому, что одновременно с нарушением структуры ионосферы наблюдаются изменения в магнитном поле Земли. Магнитное поле Земли частично обусловлено движением зарядов в ионосфере, и всякое изменение электронной плотности ионосферы приводит к изменению магнитного поля Земли.

2. Внезапные вспышки поглощения. Временами на Солнце происходят вспышки интенсивного ультрафиолетового излучения, которое обладает большой проникающей способностью, так как содержит волны короче 0,1 мкм и вызывает сильную ионизацию области D ионосферы. Увеличение ионизации в области D приводит к усиленному поглощению коротких радиоволн и нарушению связи на этих волнах. Средние и длинные волны по-прежнему распространяются, так как в это время они отражаются от области D. Повышенная ионизация области D продолжается от нескольких минут до нескольких часов и может возникать только на освещенной стороне земного шара. В экваториальных областях это явление происходит чаще и проявляется интенсивнее.

3. Спорадический слой E_s. Помимо регулярных слоев, в ионосфере время от времени на высоте 90÷110 км образуется спорадический (нерегулярный) слой E_s. Он представляет собой скопление ионизированного газа гораздо большей электронной плотности, чем плотность окружающей среды на той же высоте.

Спорадический слой появляется над сравнительно небольшой территорией и может перемещаться под действием господствующих в ионосфере ветров в каком-либо направлении со скоростью 150÷250 км/ч.

Спорадический слой чаще всего появляется в южных широтах летом в дневные часы. Так, в экваториальной зоне в дневное время он присутствует ежедневно, а в средних широтах в дневное время летом - 15÷20 дней в месяц. Иногда спорадический слой существует несколько часов, а иногда несколько минут. Зимой в средних широтах слой E_s появляется редко.

Изменение частоты появления слоя E_s в зависимости от времени суток (в летние месяцы) и времени года (в дневные часы) показано на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Частота появления спорадического слоя E_s в средних широтах: а - суточный ход; б - сезонный ход

Причины образования спорадического слоя не установлены, поэтому не удается предсказать время его появления и продолжительность существования. Слой E_s обусловливает возможность нерегулярного распространения метровых волн на расстояния 1000÷2000 км.