ไอโอโนสเฟียร์

ไอโอโนสเฟียร์

รูปที่ 1

แม้ว่าระยะทางที่มีนัยสำคัญจะทับซ้อนกันเมื่อสะท้อนจากชั้น E และ F แต่สิ่งนี้ไม่ได้อธิบายว่าสัญญาณสามารถไปถึงครึ่งหลังของโลกได้อย่างไร การแพร่กระจายไปทั่วโลกต้องใช้การไตร่ตรองหลายอย่าง พื้นผิวโลกทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนแสงสำหรับสัญญาณที่ส่งกลับมายังโลกจากชั้นบรรยากาศรอบนอก และส่งคืนพวกมันกลับไปยังชั้นบรรยากาศรอบนอก ซึ่งสะท้อนกลับมายังโลกอีกครั้ง (รูปที่ 7) ด้วยวิธีนี้ สัญญาณสามารถแพร่กระจายไปทั่วโลก (และแม้กระทั่งในหลายทิศทาง) คุณสมบัติของพื้นผิวโลกมีความสำคัญอย่างยิ่ง ทะเลทรายเป็นตัวสะท้อนแสงที่ไม่ดี แต่มหาสมุทรมีประสิทธิภาพมาก ซึ่งหมายความว่าผลตอบแทนจากมหาสมุทรแอตแลนติก เช่น จะแข็งแกร่งกว่าผลตอบแทนจากพื้นที่เช่นทะเลทรายซาฮารา นอกจากการสูญเสียที่เกิดจากการสะท้อนจากพื้นผิวโลกแล้ว

รูปที่ 4

คลื่นพื้นผิวเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณแพร่กระจายจากเครื่องส่งสัญญาณในทุกทิศทาง แทนที่จะเดินทางเป็นเส้นตรง (และไม่ได้ยินเกินขอบฟ้าที่มองเห็นได้) สัญญาณวิทยุมีแนวโน้มที่จะติดตามความโค้งของโลก (รูปที่ 4) นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่ากระแสน้ำเกิดขึ้นที่พื้นผิวโลกซึ่งทำให้คลื่นหน้าใกล้พื้นผิวช้าลง เป็นผลให้สัญญาณคลื่นเอียงลง ซึ่งช่วยให้สามารถติดตามความโค้งของโลกและแพร่กระจายออกไปนอกขอบฟ้าได้

รูปที่ 7, 8

กระโดดหลายครั้ง

รูปที่ 3

จำนวนอิเล็กตรอนอิสระ (รูปที่ 2) เริ่มเพิ่มขึ้นจากความสูงประมาณ 30 กม. อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพียงพอที่จะส่งผลกระทบต่อคลื่นวิทยุโดยเริ่มจากความสูงประมาณ 60 กม. เท่านั้น เรามักคิดว่าชั้นบรรยากาศรอบนอกประกอบด้วยชั้นต่างๆ หลายชั้น และถึงแม้จะสะดวกสำหรับการอธิบายปรากฏการณ์บางอย่าง แต่ก็ยังไม่ถูกต้องทั้งหมด เนื่องจากโมเลกุลไอออไนซ์ (และอิเล็กตรอนอิสระ) จะพบได้ทั่วบรรยากาศรอบนอก อันที่จริง เลเยอร์จะแสดงได้ดีที่สุดในฐานะระดับสูงสุดของไอออไนเซชัน

 

การสื่อสารทางวิทยุผ่านชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์เป็นวิธีที่น่าสนใจและสำคัญในการสร้างการสื่อสารในระยะทางไกล นักเล่นอดิเรกและผู้ประกอบการเชิงพาณิชย์หลายพันคนใช้บรรยากาศรอบนอกทุกวันเพื่อติดต่อกับพื้นที่กว้างใหญ่ อย่างไรก็ตาม เพื่อใช้ประโยชน์จากความเป็นไปได้ของวิธีการขยายพันธุ์นี้อย่างเต็มที่ เราต้องเข้าใจฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังเวทมนตร์นี้ การรู้ว่าควรฟังเมื่อใด ใช้ความถี่เท่าใด และคาดว่าสัญญาณจะมาจากที่ใด ทำให้ DX'epy ที่มีประสบการณ์สามารถทำงานร่วมกับสถานีที่อยู่ห่างไกลได้ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าความรู้เกี่ยวกับฟิสิกส์ของการขยายพันธุ์และ "ความรู้สึก" ต่อสภาวะที่มีอยู่ในแต่ละย่านความถี่นั้นเป็นคุณสมบัติที่มีค่ามากสำหรับผู้ปฏิบัติงานวิทยุทุกคน

 

ระยะทางกระโดดและโซน "ตาย" เป็นแนวคิดที่สำคัญมากของการแพร่กระจายของไอโอโนสเฟียร์ ระยะทางตามพื้นผิวโลกซึ่งสัญญาณแพร่กระจายเมื่อสะท้อนจากชั้นบรรยากาศรอบนอกเรียกว่าระยะการกระโดด (รูปที่ 8) นอกจากนี้ยังมีพื้นที่ที่เรียกว่าโซน "มรณะ" สัญญาณคลื่นภาคพื้นดินเนื่องจากการลดทอนจะได้ยินได้เฉพาะในระยะที่กำหนดจากเครื่องส่งสัญญาณเท่านั้น สัญญาณที่แพร่กระจายไปยังชั้นบรรยากาศรอบนอกไม่สามารถสะท้อนได้ก่อนที่จะไปถึงชั้นบรรยากาศรอบนอก ในขณะเดียวกันก็ครอบคลุมระยะทางที่มากกว่าระยะที่คลื่นพื้นผิวหายไปอย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้บริเวณที่ไม่สามารถได้ยินสัญญาณได้ โซนนี้เรียกว่าโซน "ตาย" มันเด่นชัดเป็นพิเศษสำหรับสัญญาณความถี่สูงซึ่งคลื่นพื้นผิวสลายตัวเร็วมาก

คลื่นพื้นผิวและอากาศ

กระโดดระยะทางและโซนตาย

สังเกตได้ง่ายว่าระดับการหน่วงขึ้นอยู่กับจำนวนการชนที่เกิดขึ้น และจำนวนนี้ก็ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการ สิ่งที่ชัดเจนที่สุดคือจำนวนโมเลกุลของก๊าซที่มีอยู่ โมเลกุลของก๊าซมากขึ้นหมายถึงการชนกันมากขึ้นและหน่วงมากขึ้น

รูปที่ 5, 6
คิวเอสที, 11/99. แปลโดย A. Velsky

ระดับของไอออไนซ์และความถี่ของสัญญาณวิทยุก็มีความสำคัญเช่นกัน เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ความยาวคลื่นจะลดลง และจำนวนการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนอิสระและโมเลกุลของแก๊สจะลดลง ดังนั้นสัญญาณความถี่ต่ำจะถูกลดทอนอย่างแรงกว่าสัญญาณความถี่สูง

แม้ว่ามือสมัครเล่นจะต้องมีความคุ้นเคยคร่าวๆ กับฟิสิกส์ของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ แต่การทำความเข้าใจอย่างละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับเรื่องนี้สามารถเพิ่มความเพลิดเพลินในงานอดิเรกได้อย่างมาก

เพื่อให้สามารถชี้ไปที่แต่ละเลเยอร์ พีค หรือภูมิภาคได้อย่างรวดเร็ว เรากำหนดพวกมันด้วยตัวอักษร D, E และ F (มีเลเยอร์ C ด้วย แต่ระดับของไอออไนซ์ในนั้นต่ำมากจนไม่ส่งผลกระทบต่อวิทยุ คลื่น)

ไอโอสเฟียร์ได้ชื่อมาเพราะมีไอออนในบริเวณนี้ของชั้นบรรยากาศ ในชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่ โมเลกุลมีสถานะผูกมัดและยังคงความเป็นกลางทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์นั้น การแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ (ส่วนใหญ่เป็นบริเวณอัลตราไวโอเลต) มีความเข้มข้นมากจนเมื่อกระทบกับโมเลกุล มันจะแยก (แตกตัวเป็นไอออน) พวกมัน และอิเล็กตรอนจะเป็นอิสระ ผลที่ได้คือไอออนบวก ("โมเลกุลที่ขาดหายไป" ของอิเล็กตรอน) และอิเล็กตรอนอิสระ และถึงแม้ว่าชื่อของบริเวณนี้ของชั้นบรรยากาศจะได้รับจากไอออน แต่อิทธิพลหลักในการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุนั้นแท้จริงแล้วกระทำโดยอิเล็กตรอน

ไอโอโนสเฟียร์

จำนวนจุดดับบนดวงอาทิตย์จะแตกต่างกันไปตามระยะเวลา 11 ปี (แม้ว่าจะเป็นรูปแบบที่ค่อนข้างใกล้เคียง) และนี่หมายความว่าสภาวะไอโอโนสเฟียร์ (และด้วยเหตุนี้การแพร่กระจายของคลื่นวิทยุ) เปลี่ยนแปลงไปพร้อมกันกับวัฏจักรนี้ ที่จุดต่ำสุดของรอบในแถบ HF ที่สูงกว่า 20 MHz การแพร่กระจายของไอโอโนสเฟียร์อาจไม่เกิดขึ้น ใกล้จุดสูงสุดของกิจกรรม 11 ปี อาจมีความถี่ที่ใช้งานตั้งแต่ 50 MHz ขึ้นไป

ไม่น่าแปลกใจเลยที่กิจกรรมแสงอาทิตย์ส่งผลกระทบต่อบรรยากาศรอบนอก ปัจจัยหลักคือจำนวนจุดดับที่มองเห็นได้ จุดมีลักษณะเป็นบริเวณที่มืด (ค่อนข้าง) ซึ่งสามารถมองเห็นได้โดยฉายภาพของดวงอาทิตย์ลงบนหน้าจอหรือแผ่นกระดาษ พวกเขาส่งผลกระทบต่อบรรยากาศรอบนอกเนื่องจากพื้นที่รอบ ๆ พวกเขาปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลตจำนวนมากซึ่งเป็นปัจจัยหลักของการแตกตัวเป็นไอออน

ไอ.พูล (G3YWX)

เลเยอร์ D

เลเยอร์ E และ F

สัญญาณยังสามารถออกจากพื้นผิวโลกและแพร่กระจายไปยังชั้นบรรยากาศรอบนอก ดังที่เราเห็นด้านล่าง พวกมันบางส่วนกลับคืนสู่โลก

ในกรณีของการสื่อสาร HF ไอโอโนสเฟียร์มีบทบาทสำคัญที่สุด ในขณะที่โทรโพสเฟียร์มีบทบาทสำคัญในการสื่อสาร VHF และ UHF ไอโอสเฟียร์ครอบคลุมชั้นอุตุนิยมวิทยาหลายชั้นและมีความสูงตั้งแต่ 50 ถึง 650 กม.

ดวงอาทิตย์และไอโอโนสเฟียร์

เมื่อสัญญาณเข้าสู่ชั้น E และ F จะทำให้อิเล็กตรอนอิสระในชั้น D สั่น อย่างไรก็ตาม ที่นี่ความหนาแน่นของอากาศต่ำกว่ามาก และมีการชนกันน้อยกว่ามาก ดังนั้นพลังงานที่นี่จึงสูญเสียไปมากและเลเยอร์เหล่านี้ส่งผลต่อสัญญาณวิทยุในลักษณะที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ชนกับโมเลกุลของแก๊สน้อยลงและสูญเสียพลังงานน้อยลง อิเล็กตรอนจะปล่อยมันออกมาอีกครั้ง เนื่องจากสัญญาณแพร่กระจายไปยังโซนที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น ยิ่งสัญญาณแทรกซึมเข้าไปในชั้นมากเท่าไหร่ก็ยิ่งหักเหจากโซนที่มีความหนาแน่นสูงไปยังโซนที่มีความหนาแน่นต่ำมากเท่านั้น ที่ HF การหักเหนี้มักจะเพียงพอที่จะส่งสัญญาณกลับสู่พื้นโลก เป็นผลให้ทุกอย่างดูราวกับว่าเลเยอร์ "สะท้อน" สัญญาณ “การสะท้อน” เหล่านี้ขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณวิทยุและมุมตกกระทบของสัญญาณ เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น การหักเหของแสงจะลดลง และสุดท้าย ถึงความถี่ที่สัญญาณผ่านชั้นและไปถึงชั้นถัดไป ในที่สุดความถี่ดังกล่าวจะถึงเมื่อสัญญาณผ่านทุกชั้นและเข้าสู่อวกาศ (รูปที่ 5)

 

เลเยอร์แรกที่พบในเส้นทางสัญญาณคือเลเยอร์ D มันทำหน้าที่เป็นตัวลดทอนโดยเฉพาะที่ความถี่ต่ำเนื่องจากการลดทอนจะแปรผกผันกับกำลังสองของความถี่ ซึ่งหมายความว่าเมื่อความถี่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ระดับการลดทอนจะลดลงสี่เท่า นั่นคือเหตุผลที่พวกเขาพยายามป้องกันไม่ให้สัญญาณความถี่ต่ำไปถึงชั้นที่สูงขึ้น ยกเว้นในเวลากลางคืนเมื่อชั้น D หายไป

เลเยอร์

 

ชั้น D เป็นชั้นต่ำสุดที่ระดับความสูงระหว่าง 50 ถึง 80 กม. มันมีอยู่ในวันที่รังสีของดวงอาทิตย์ตกกระทบมัน เนื่องจากความหนาแน่นของอากาศที่ความสูงดังกล่าวยังค่อนข้างสูง ไอออนและอิเล็กตรอนจึงรวมตัวกันที่นี่ค่อนข้างเร็ว หลังจากพระอาทิตย์ตกดิน เมื่อการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ถูกปิดกั้นโดยโลก ระดับของอิเล็กตรอนอิสระจะลดลงอย่างรวดเร็ว และชั้น D อันที่จริงก็หายไป ชั้นถัดไปเหนือชั้น D เรียกว่าชั้น E สามารถพบได้ที่ระดับความสูงระหว่าง 100 ถึง 125 กม. เนื่องจากที่นี่เช่นกัน อิเล็กตรอนและไอออนจะรวมตัวกันใหม่อย่างรวดเร็ว หลังจากพระอาทิตย์ตก ระดับไอออไนเซชันจะลดลงอย่างรวดเร็ว และถึงแม้ระดับไอออไนเซชันที่หลงเหลืออยู่บางส่วนจะยังคงอยู่ แต่ในความเป็นจริง ตอนกลางคืนชั้น E จะหายไป สำหรับการสื่อสารทางไกล เลเยอร์ F มีบทบาทสำคัญที่สุด ในระหว่างวัน เลเยอร์นี้มักจะแบ่งออกเป็นสองเลเยอร์ย่อย ซึ่งเรากำหนดให้เป็น F1 และ F2 (รูปที่ 3) ในเวลากลางคืน ทั้งสองชั้นจะรวมกันเป็นชั้น F หนึ่งชั้นอีกครั้ง ความสูงของชั้น F จะแตกต่างกันอย่างมากและขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน ฤดู และสถานะของดวงอาทิตย์ ในฤดูร้อน ชั้น F1 สามารถอยู่ที่ระดับความสูง 300 กม. และชั้น F2 ที่ระดับความสูง 400 กม. หรือสูงกว่า. ในฤดูหนาว ตัวเลขเหล่านี้สามารถเป็น 100 กม. ตามลำดับ และ 200 กม. ในเวลากลางคืนชั้น F จะอยู่ที่ระดับความสูง 250–300 กม. อย่างไรก็ตาม ตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันมาก และควรพิจารณาเป็นเพียงการประมาณการเท่านั้น เช่นเดียวกับในชั้น D และ F ระดับการแตกตัวเป็นไอออนในชั้น F จะลดลงในเวลากลางคืน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชั้นนี้ตั้งอยู่สูงกว่ามากและความหนาแน่นของอากาศในชั้นนั้นต่ำกว่ามาก การรวมตัวกันใหม่จึงเกิดขึ้นช้ากว่ามาก เนื่องจากไอออไนซ์ยังคงอยู่ตลอดทั้งคืน ชั้นนี้จึงสามารถส่งผลต่อการแพร่กระจายของสัญญาณวิทยุ ในเวลากลางคืน ทั้งสองชั้นจะรวมกันเป็นชั้น F หนึ่งชั้น ความสูงของชั้น F จะแตกต่างกันอย่างมากและขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน ฤดู และสถานะของดวงอาทิตย์ ในฤดูร้อน ชั้น F1 สามารถอยู่ที่ระดับความสูง 300 กม. และชั้น F2 ที่ระดับความสูง 400 กม. หรือสูงกว่า. ในฤดูหนาว ตัวเลขเหล่านี้สามารถเป็น 100 กม. ตามลำดับ และ 200 กม. ในเวลากลางคืนชั้น F จะอยู่ที่ระดับความสูง 250–300 กม. อย่างไรก็ตาม ตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันมาก และควรพิจารณาเป็นเพียงการประมาณการเท่านั้น เช่นเดียวกับในชั้น D และ F ระดับการแตกตัวเป็นไอออนในชั้น F จะลดลงในเวลากลางคืน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชั้นนี้ตั้งอยู่สูงกว่ามากและความหนาแน่นของอากาศในชั้นนั้นต่ำกว่ามาก การรวมตัวกันใหม่จึงเกิดขึ้นช้ากว่ามาก เนื่องจากไอออไนซ์ยังคงอยู่ตลอดทั้งคืน ชั้นนี้จึงสามารถส่งผลต่อการแพร่กระจายของสัญญาณวิทยุ ในเวลากลางคืน ทั้งสองชั้นจะรวมกันเป็นชั้น F หนึ่งชั้นอีกครั้ง ความสูงของชั้น F จะแตกต่างกันอย่างมากและขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน ฤดู และสถานะของดวงอาทิตย์ ในฤดูร้อน ชั้น F1 สามารถอยู่ที่ระดับความสูง 300 กม. และชั้น F2 ที่ระดับความสูง 400 กม. หรือสูงกว่า. ในฤดูหนาว ตัวเลขเหล่านี้สามารถเป็น 100 กม. ตามลำดับ และ 200 กม. ในเวลากลางคืนชั้น F จะอยู่ที่ระดับความสูง 250–300 กม. อย่างไรก็ตาม ตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันมาก และควรพิจารณาเป็นเพียงการประมาณการเท่านั้น เช่นเดียวกับในชั้น D และ F ระดับการแตกตัวเป็นไอออนในชั้น F จะลดลงในเวลากลางคืน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชั้นนี้ตั้งอยู่สูงกว่ามากและความหนาแน่นของอากาศในชั้นนั้นต่ำกว่ามาก การรวมตัวกันใหม่จึงเกิดขึ้นช้ากว่ามาก เนื่องจากไอออไนซ์ยังคงอยู่ตลอดทั้งคืน ชั้นนี้จึงสามารถส่งผลต่อการแพร่กระจายของสัญญาณวิทยุ ในฤดูร้อน ชั้น F1 สามารถอยู่ที่ระดับความสูง 300 กม. และชั้น F2 ที่ระดับความสูง 400 กม. หรือสูงกว่า. ในฤดูหนาว ตัวเลขเหล่านี้สามารถเป็น 100 กม. ตามลำดับ และ 200 กม. ในเวลากลางคืนชั้น F จะอยู่ที่ระดับความสูง 250–300 กม. อย่างไรก็ตาม ตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันมาก และควรพิจารณาเป็นเพียงการประมาณการเท่านั้น เช่นเดียวกับในชั้น D และ F ระดับการแตกตัวเป็นไอออนในชั้น F จะลดลงในเวลากลางคืน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชั้นนี้ตั้งอยู่สูงกว่ามากและความหนาแน่นของอากาศในชั้นนั้นต่ำกว่ามาก การรวมตัวกันใหม่จึงเกิดขึ้นช้ากว่ามาก เนื่องจากไอออไนซ์ยังคงอยู่ตลอดทั้งคืน ชั้นนี้จึงสามารถส่งผลต่อการแพร่กระจายของสัญญาณวิทยุ ในฤดูร้อน ชั้น F1 สามารถอยู่ที่ระดับความสูง 300 กม. และชั้น F2 ที่ระดับความสูง 400 กม. หรือสูงกว่า. ในฤดูหนาว ตัวเลขเหล่านี้สามารถเป็น 100 กม. ตามลำดับ และ 200 กม. ในเวลากลางคืนชั้น F จะอยู่ที่ระดับความสูง 250–300 กม. อย่างไรก็ตาม ตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันมาก และควรพิจารณาเป็นเพียงการประมาณการเท่านั้น เช่นเดียวกับในชั้น D และ F ระดับการแตกตัวเป็นไอออนในชั้น F จะลดลงในเวลากลางคืน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชั้นนี้ตั้งอยู่สูงกว่ามากและความหนาแน่นของอากาศในชั้นนั้นต่ำกว่ามาก การรวมตัวกันใหม่จึงเกิดขึ้นช้ากว่ามาก เนื่องจากไอออไนซ์ยังคงอยู่ตลอดทั้งคืน ชั้นนี้จึงสามารถส่งผลต่อการแพร่กระจายของสัญญาณวิทยุ อย่างไรก็ตาม ตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันมาก และควรพิจารณาเป็นเพียงการประมาณการเท่านั้น เช่นเดียวกับในชั้น D และ F ระดับการแตกตัวเป็นไอออนในชั้น F จะลดลงในเวลากลางคืน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชั้นนี้ตั้งอยู่สูงกว่ามากและความหนาแน่นของอากาศในชั้นนั้นต่ำกว่ามาก การรวมตัวกันใหม่จึงเกิดขึ้นช้ากว่ามาก เนื่องจากไอออไนซ์ยังคงอยู่ตลอดทั้งคืน ชั้นนี้จึงสามารถส่งผลต่อการแพร่กระจายของสัญญาณวิทยุ อย่างไรก็ตาม ตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันมาก และควรพิจารณาเป็นเพียงการประมาณการเท่านั้น เช่นเดียวกับในชั้น D และ F ระดับการแตกตัวเป็นไอออนในชั้น F จะลดลงในเวลากลางคืน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชั้นนี้ตั้งอยู่สูงกว่ามากและความหนาแน่นของอากาศในชั้นนั้นต่ำกว่ามาก การรวมตัวกันใหม่จึงเกิดขึ้นช้ากว่ามาก เนื่องจากไอออไนซ์ยังคงอยู่ตลอดทั้งคืน ชั้นนี้จึงสามารถส่งผลต่อการแพร่กระจายของสัญญาณวิทยุ

การเปลี่ยนแปลงความถี่

การสื่อสารด้วยคลื่นพื้นดินโดยทั่วไปจะใช้สำหรับสัญญาณที่ต่ำกว่า 2…3 MHz โดยมีข้อยกเว้นบางประการ ที่ความถี่สูงจะไม่ใช้เนื่องจากการลดทอนด้วยความถี่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้การสื่อสารไม่น่าเชื่อถือ สิ่งนี้แสดงให้เห็นอย่างดีจากข้อเท็จจริงที่ว่าสถานีกระจายเสียงคลื่นสั้นที่ใช้คลื่นพื้นผิวจะได้ยินในระยะทางสั้น ๆ เท่านั้น ในเวลาเดียวกัน สถานีคลื่นกลางสามารถได้ยินได้ในระยะทางที่ไกลกว่ามาก—สถานีกระจายเสียง AM ที่มีกำลังสูงโดยทั่วไปครอบคลุมพื้นที่หลายร้อยไมล์ขึ้นไป มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อพื้นที่ครอบคลุมโดยรวม รวมทั้งกำลังส่งสัญญาณ ประเภทของเสาอากาศ และลักษณะของพื้นผิวที่สัญญาณแพร่กระจาย

บรรยากาศทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นชั้นต่างๆ ได้หลายชั้นที่มีคุณสมบัติต่างกัน ชื่อที่ใช้บ่อยที่สุดของเลเยอร์เหล่านี้จะแสดงในรูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าชั้นโทรโพสเฟียร์เป็นส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด โดยมีความสูงเพิ่มขึ้นเป็นระยะทางประมาณ 10 กม. ที่ระดับความสูง 10 ถึง 50 กม. เราพบสตราโตสเฟียร์ซึ่งมีชั้นโอโซนฉาวโฉ่ (ที่ระดับความสูงประมาณ 20 กม.)

รูปที่ 2

การลดทอนของสัญญาณเมื่อผ่านชั้น D เกิดจากการที่พวกมันทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของอิเล็กตรอนอิสระ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น อิเล็กตรอนชนกับโมเลกุล ใช้พลังงานจำนวนเล็กน้อยในกระบวนการและกระจายพลังงานสัญญาณวิทยุตามสัดส่วน

 

สัญญาณในช่วงคลื่นกลางและคลื่นสั้นแพร่กระจายในสองวิธีหลัก - คลื่นพื้นผิวและท้องฟ้า

ในระหว่างวัน สัญญาณคลื่นปานกลางจะแพร่กระจายผ่านคลื่นพื้นผิวเท่านั้น เนื่องจากชั้น D ดูดซับสัญญาณที่ไปถึงชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น การลดทอนจะลดลง จนถึงระดับที่สัญญาณผ่านเลเยอร์ D และไปถึงชั้น E ในที่นี้ สัญญาณจะถูกสะท้อนและเมื่อผ่านเลเยอร์ D อีกครั้ง จะกลับสู่พื้นโลกในระยะทางที่ไกลพอสมควร จากเครื่องส่ง เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น การสะท้อนจากชั้น E จะมีประสิทธิภาพน้อยลงเรื่อยๆ และในที่สุด สัญญาณก็ไปถึงชั้น F1 ซึ่งสะท้อนกลับมาได้ และเมื่อผ่านชั้น E และ D ก็มาถึงพื้นโลกอีกครั้ง เนื่องจากเลเยอร์ F1 อยู่เหนือเลเยอร์ E ระยะทางที่เดินทางโดยสัญญาณที่สะท้อนจากเลเยอร์ F จะมากกว่ามาก หากความถี่เพิ่มขึ้นอีก ในที่สุดสัญญาณก็จะผ่านเลเยอร์ F1 ไปยังเลเยอร์ F2 เนื่องจากเป็นชั้นสะท้อนแสงที่สูงที่สุด ระยะทางที่ครอบคลุมโดยสัญญาณที่สะท้อนจากมันจะมากที่สุด ระยะทาง "กระโดด" สูงสุดสำหรับชั้น E คือประมาณ 2,000 กม. สำหรับชั้น F2 จะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 4000 กม. - กำไรมีนัยสำคัญ (รูปที่ 6)

ก่อนพิจารณากระบวนการสะท้อนสัญญาณจากชั้นบรรยากาศรอบนอก จำเป็นต้องพูดสักสองสามคำว่าการสะท้อนนี้เกิดขึ้นที่ใดและเกิดเขตสะท้อนอย่างไร

ไอโอสเฟียร์คืออะไรหน้าที่และคุณสมบัติของมัน

ไอโอสเฟียร์ที่เรียกว่าไอโอโนสเฟียร์เป็นที่เข้าใจกันทั่วไปว่าเป็นส่วนบนของชั้นบรรยากาศซึ่งอยู่ห่างจากพื้นผิวโลกมากกว่า 50 กิโลเมตร ชั้นนี้มีความแตกตัวเป็นไอออนสูงและไม่ใช่สุญญากาศของอวกาศอย่างที่บางคนคิด อันที่จริงวันนี้เชื่อกันว่าอวกาศ "ของจริง" เริ่มต้นที่ความสูงประมาณร้อยกิโลเมตร ดังนั้นชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์จึงยังไม่เป็นอวกาศ แต่แน่นอนว่าไม่มีสิ่งมีชีวิตในชั้นบรรยากาศเหล่านี้เนื่องจากการหายากที่แข็งแกร่ง

จากที่นี่ คำถามเชิงตรรกะอาจเกิดขึ้น: ไอโอสเฟียร์มีบทบาทอย่างไรในการดำรงอยู่ของดาวเคราะห์โลกและในชีวิตของมนุษยชาติโดยทั่วไป?

องค์ประกอบของไอโอโนสเฟียร์

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วชั้นบรรยากาศรอบนอกไม่ได้เป็นโมฆะโดยสมบูรณ์ นอกจากนี้ยังมีส่วนผสมที่แท้จริงของก๊าซที่อยู่ภายใต้การแตกตัวเป็นไอออนอย่างแรงอันเป็นผลมาจากอิทธิพลของรังสีคอสมิกที่เล็ดลอดออกมาจากดวงอาทิตย์

ก๊าซต่อไปนี้มีความเข้มข้นสูงสุดที่นี่:

  • ออกซิเจน
  • ไนโตรเจน
  • พลาสมากึ่งเป็นกลาง

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าระดับของการแตกตัวเป็นไอออนของชั้นบรรยากาศนี้จะเพิ่มขึ้นตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้นโดยเริ่มจากเครื่องหมาย 60 กิโลเมตร ก่อนหน้านี้ มีทฤษฎีเกี่ยวกับความไม่แปรผันขององค์ประกอบของบรรยากาศรอบนอกโลก แต่การศึกษาทางวิทยาศาสตร์เมื่อเร็วๆ นี้พบว่าเนื้อหาของไอออนและอิเล็กตรอนในแต่ละหน่วยของปริมาตรสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่อง ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขบางประการ แม้กระทั่งช่วงเวลาของปีและ เวลาของวัน.

ดังนั้นแม้ว่าวันนี้บรรยากาศรอบนอกของไอโอสเฟียร์จะถูกแบ่งออกเป็นสามชั้น - D, E และ F - ชั้นเหล่านี้ไม่ได้ทำเครื่องหมายด้วยขอบเขตที่ชัดเจน

ชั้นของไอโอโนสเฟียร์

ชั้น D ที่เรียกว่าเป็นชั้นแรกของบรรยากาศรอบนอก เริ่มต้นที่ประมาณ 50-60 กิโลเมตร และสิ้นสุดที่ระดับความสูง 90 กิโลเมตร ในกรณีนี้ ระดับการแตกตัวเป็นไอออนของแก๊สส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากรังสีเอกซ์ ซึ่งมาจากดาวฤกษ์ของเรา นั่นคือดวงอาทิตย์ นอกจากนี้รังสีคอสมิกและอุกกาบาตมีส่วนทำให้เกิดไอออไนซ์ในชั้นนี้เล็กน้อย เป็นที่สงสัยว่าเลเยอร์นี้มีลักษณะเฉพาะโดยการลดลงของดัชนีไอออไนซ์ในเวลากลางคืน

ถัดมาคือชั้น E ขอบเขตของมันอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 90 ถึง 120 กิโลเมตร ลักษณะเฉพาะของชั้นนี้คือความหนาแน่นของพลาสมาที่เพิ่มขึ้น ที่นี่รังสีแสงอาทิตย์คลื่นสั้นทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดไอออไนซ์หลัก ดังนั้นจึงไม่ควรแปลกใจว่าในระหว่างวันสามารถสังเกตการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของอิเล็กตรอนได้ ในทางกลับกัน ความเข้มข้นนี้จะลดลงอย่างมาก เนื่องจากพบพาหะอิสระที่มีความเข้มข้นสูงมากในชั้น E เลเยอร์นี้จึงมีบทบาทสำคัญในการกระจายคลื่นปานกลางและคลื่นสั้น

เป็นที่น่าสังเกตว่าจนถึงชั้นถัดไปคือชั้น F อุณหภูมิของตัวกลางที่เพิ่มขึ้นทีละน้อยและความเข้มข้นของอิเล็กตรอนจะถูกสังเกต ใกล้กับส่วนบนของชั้น F อุณหภูมิจะหยุดเพิ่มขึ้นในขณะที่ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนค่อยๆลดลง อย่างไรก็ตาม ในอวกาศนอก ตัวบ่งชี้เหล่านี้ตกลงอย่างรวดเร็วและไปถึงค่าต่ำสุดที่เป็นไปได้ในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์

ชั้นที่สามของไอโอโนสเฟียร์คือชั้น F ตั้งอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 120 ถึง 140 กิโลเมตร ในกรณีนี้ ไอออนสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ความสูง 150 ถึง 200 กม. พลาสมาที่เกิดขึ้นที่นี่จะถูกถ่ายโอนขึ้นไปข้างบนผ่านการแพร่กระจาย ด้วยเหตุนี้ความเข้มข้นสูงสุดของไอออนและอิเล็กตรอนจึงอยู่ที่ระดับความสูง 250 ถึง 400 กิโลเมตรโดยประมาณ สูงถึง 1,000 กม. สามารถสังเกตความเข้มข้นสูงสุดของสิ่งที่เรียกว่าไอออนออกซิเจนแบบเบาได้ เมื่อความสูงเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนจะเพิ่มขึ้น และในความเข้มข้นเพียงเล็กน้อย จะสังเกตพบฮีเลียมไอออนได้

เลเยอร์นี้ยังสามารถสะท้อนคลื่นวิทยุ ซึ่งทำให้สามารถส่งสัญญาณวิทยุคลื่นสั้นผ่านเลเยอร์ F ในระยะทางที่ยาวที่สุดที่เป็นไปได้ หากเรากำลังพูดถึงคลื่นที่มีความถี่น้อยกว่า 10 MHz ความเสถียรของการส่งสัญญาณจะไม่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมแสงอาทิตย์

การก่อตัวของแสงเหนือ

หลายคนคงรู้ว่ามันอยู่ในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ที่เกิดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่สวยงามที่สุด นั่นคือแสงเหนือที่เรียกว่า เนื่องจากไอโอโนสเฟียร์ไม่ได้ป้องกันการผ่านของรังสีอัลตราไวโอเลต (ยิ่งไปกว่านั้น มันเป็นผลมาจากการกระทำของรังสีเหล่านี้) พวกมันมีส่วนทำให้เกิดแสงออโรร่าทุกชนิด รวมทั้งที่มีชื่อเสียงที่สุด - ภาคเหนือ อนุภาคที่มีประจุพุ่งชนชั้นบนของไอโอโนสเฟียร์ ทำให้เกิดแสงที่สวยงาม

อย่างไรก็ตาม แสงเหนือไม่ใช่แสงหลัก ออโรราบางประเภทเริ่มก่อตัวขึ้นอันเป็นผลมาจากการรบกวนที่ซับซ้อนมากของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของโลก ซึ่งมักเกิดขึ้นก่อนเกิดแผ่นดินไหว ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงเฝ้าติดตามแสงออโรร่าประเภทนี้อย่างใกล้ชิดเพื่อทำนายภัยพิบัติประเภทนี้

ความสำคัญของไอโอโนสเฟียร์

เป็นสิ่งสำคัญที่บรรยากาศรอบนอกของไอโอโนสเฟียร์จะชะลอการแผ่รังสีอัลตราไวโอเลตประเภทต่างๆ ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก รังสีอัลตราไวโอเลตตกค้างไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์หรือสัตว์ ดังนั้นชั้นบรรยากาศรอบนอกจึงเป็นเงื่อนไขที่สำคัญที่สุดในการรักษาชีวิตบนดาวเคราะห์โลก

ไอโอสเฟียร์ดังที่ได้กล่าวไปแล้วเป็นสื่อกลางในการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุบางประเภท ดังนั้นจึงทำหน้าที่เป็นวิทยุสื่อสารในระยะทางไกลอีกด้วย

เป็นที่เชื่อกันว่าการก่อตัวของพายุแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศรอบนอกซึ่งอาจส่งผลต่อความเป็นอยู่ที่ดีของผู้คนที่ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ มีการเปลี่ยนแปลงในความเป็นอยู่ที่ดีเพียงเพราะผลกระทบต่อบรรยากาศของโลกจากเปลวสุริยะ ปรากฏการณ์นี้ยังไม่ได้รับการยืนยันทางวิทยาศาสตร์ 100% แต่แพทย์ชี้ให้เห็นถึงสถิติที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความสัมพันธ์ระหว่างการเสื่อมสภาพของความเป็นอยู่ที่ดีของผู้คนกับการก่อตัวของพายุแม่เหล็ก เปลวสุริยะ

การศึกษาชั้นบรรยากาศรอบนอกของโลกเป็นหนึ่งในงานทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดในปัจจุบัน และประเด็นตรงนี้ไม่ได้เป็นเพียงความจำเป็นสำหรับการวิจัยขั้นพื้นฐานเท่านั้น แต่ยังจำเป็นสำหรับวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติอย่างแท้จริงด้วย ท้ายที่สุดแล้วบรรยากาศรอบนอกนั้นมีส่วนช่วยในการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุดังนั้นการศึกษาฟิสิกส์ของพลาสมาในอวกาศการศึกษาโครงสร้างที่ไม่อยู่กับที่และไม่เป็นเนื้อเดียวกันของชั้นละติจูดสูงของไอโอโนสเฟียร์ก็ทำหน้าที่ในทางปฏิบัติเช่นกัน ตัวอย่างเช่น การใช้ระบบนำทางด้วยดาวเทียมอย่างถูกต้องและการจัดหาการสื่อสารและการนำทางที่เสถียรในแถบอาร์กติก

ฉันต้องบอกว่าการศึกษาเหล่านี้ไม่ได้เริ่มเมื่อวานนี้ นอกจากนี้ การค้นพบชั้น F ยังได้รับรางวัลโนเบลเมื่อหลายสิบปีก่อน

ทุกวันนี้ ทุกคนในโลกเข้าใจถึงความจำเป็นที่ต้องทำการวิจัยในด้านการศึกษาบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ ดังนั้นรัฐต่างๆ จึงจัดสรรเงินจำนวนมากสำหรับความต้องการเหล่านี้

มีแม้กระทั่งรุ่นที่มีอิทธิพลต่อบรรยากาศรอบนอกโลก เราไม่สามารถทำอะไรได้มากกว่านี้ ไม่มีอะไรน้อยไปกว่านั้น แต่ควบคุมสภาพอากาศและภัยธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม มุมมองนี้ยังไม่ได้รับการยืนยันทางวิทยาศาสตร์ 100%

อย่างไรก็ตาม ไม่ต้องสงสัยเลยว่าบรรยากาศรอบนอกโลกเป็นเรื่องที่สำคัญที่สุด โดยที่ไม่เพียงแต่การสื่อสารทางวิทยุหลายประเภทที่เราคุ้นเคยจะเป็นไปไม่ได้ แต่ยังรวมถึงสิ่งมีชีวิตบนโลกโดยทั่วไปด้วย

ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยหลายส่วนที่มีองค์ประกอบต่างกัน สตราโตสเฟียร์ เอกโซสเฟียร์ โทรโพสเฟียร์ ไอโอโนสเฟียร์ และชั้นอื่นๆ ปกป้องทุกชีวิตบนโลกใบนี้จากรังสีคอสมิกแบบแข็ง ไม่ใช่ทุกคนที่มีออกซิเจนในองค์ประกอบในปริมาณที่เพียงพอสำหรับการหายใจ แต่แต่ละคนก็ทำหน้าที่ของตัวเอง ตัวอย่างเช่น ไอโอสเฟียร์เป็นชั้นบนสุดของชั้นบรรยากาศ ซึ่งอยู่สูงกว่า 50 กิโลเมตร ตั้งชื่อตามนี้เนื่องจากมีไอออนจำนวนมากที่เกิดขึ้นจากการสัมผัสกับรังสีดวงอาทิตย์ เป็นผู้ที่ชะลอการแผ่รังสีคอสมิกส่วนใหญ่

ไอโอโนสเฟียร์: องค์ประกอบ

ชั้นบรรยากาศนี้ประกอบด้วยส่วนผสมของก๊าซ มีน้อยมากดังนั้นพวกเขาจึงพูดถึงอากาศที่หายากมากที่ระดับความสูงดังกล่าว นั่นคือเหตุผลที่เที่ยวบินในสถานที่นี้เป็นไปไม่ได้ เหนือสิ่งอื่นใด ไอโอโนสเฟียร์ของโลกประกอบด้วยอะตอมที่เป็นกลางของไนโตรเจนและออกซิเจน แต่องค์ประกอบหลักของมันคือพลาสมากึ่งเป็นกลาง ซึ่งจำนวนอนุภาคที่มีประจุบวกจะเท่ากับจำนวนประจุลบโดยประมาณ มีไอออนดังกล่าวมากขึ้นเรื่อย ๆ ที่มีระยะห่างจากโลก ดังนั้นบางครั้งบรรยากาศรอบนอกโลกจึงถูกเรียกว่าเปลือกพลาสมาของโลก

องค์ประกอบหลักของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์จาก 50 ถึง 100 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวโลกคือออกซิเจนไนโตรเจนและโซเดียม แต่หลังจากผ่านไป 100 กม. ไฮโดรเจนและฮีเลียมจะเริ่มครอบงำ

ชั้นของไอโอโนสเฟียร์

ชื่อคำอธิบาย

ไอโอโนสเฟียร์เป็นชั้นบรรยากาศ ซึ่งตั้งชื่อตามระดับของไอออไนเซชันในระดับสูง แหล่งที่มาของมันคือรังสีเอกซ์และรังสีอัลตราไวโอเลตของดวงอาทิตย์ ไอออนเป็นอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ในบรรยากาศรอบนอกมีความเข้มข้นสูงมาก ระดับของไอออนจะได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กโลกเล็กน้อย แต่จำนวนอิเล็กตรอนที่แตกตัวเป็นไอออนส่วนใหญ่มักจะเพิ่มขึ้นในช่วงที่เกิดเปลวไฟบนดวงอาทิตย์ และยังเกิดจากการที่วัตถุในจักรวาลต่างๆ เคลื่อนผ่านโลก เช่น อนุภาคอุกกาบาต ในเวลากลางคืน เมื่อไม่มีรังสีดวงอาทิตย์ ระดับของไอออไนเซชันจะได้รับผลกระทบจากรังสีคอสมิกของกาแลคซี

แสงวาบบนดวงอาทิตย์นำไปสู่ความจริงที่ว่ากระแสของอนุภาคมูลฐาน - โปรตอน, อิเล็กตรอน - ถูกส่งไปยังโลก ส่งผลต่อชั้นบรรยากาศของโลกทุกชั้น แต่รังสีที่แข็งส่วนใหญ่ติดอยู่ในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ ในเวลาเดียวกันไอออไนซ์ของมันก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ไอโอสเฟียร์คือ

ศึกษาชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์

ชั้นบรรยากาศนี้ถูกค้นพบเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดยนักวิทยาศาสตร์ E. Appleton, M. Barnet, G. Breit และ M. Tuve พวกเขาพบว่าที่ระดับความสูงมากกว่า 50 กิโลเมตร มีชั้นของก๊าซที่สะท้อนคลื่นวิทยุ พวกเขาเริ่มจับตาดูพระองค์ พบว่าชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์มีความแตกต่างกันอยู่ตลอดเวลา แม้ในระหว่างวัน องค์ประกอบและลักษณะอื่นๆ จะเปลี่ยนไป ปริมาณก๊าซที่แตกต่างกันก็ขึ้นอยู่กับระดับความสูงด้วย ดังนั้นชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์จึงถูกแบ่งออกเป็นสามชั้น

แต่มนุษยชาติสามารถได้ภาพที่สมบูรณ์ของคุณลักษณะของบรรยากาศส่วนนี้ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 เท่านั้น เราศึกษาจากสถานีไอโอโนสเฟียร์ภาคพื้นดิน จากนั้นพวกเขาก็เริ่มสำรวจจากภายใน จรวดลูกแรก จากนั้นดาวเทียมก็ลอยขึ้นสู่บรรยากาศชั้นบน และผู้คนก็สามารถเข้าใจได้ว่าไอโอโนสเฟียร์คืออะไร องค์ประกอบของมันได้รับการศึกษาโดยใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์กับจรวด นอกจากนี้ยังอนุญาตให้วัดพารามิเตอร์อื่น ๆ ได้:

  • อุณหภูมิ;
  • ความเข้มข้นของไอออน
  • การนำไฟฟ้า
  • แหล่งไอออไนซ์
  • คุณสมบัติของรังสีแสงอาทิตย์แบบแข็ง

ชั้นบรรยากาศรอบนอกยังได้รับการศึกษาโดยใช้วิธีการทางวิทยุ - การศึกษาคลื่นวิทยุที่สะท้อนกลับ และเมื่อเร็ว ๆ นี้ดาวเทียมได้เริ่มใช้งานแล้วซึ่งมีสถานีและยานสำรวจที่สำรวจชั้นบรรยากาศรอบนอกจากด้านบน สิ่งนี้ทำให้สามารถรับแนวคิดเกี่ยวกับชั้นบนสุดซึ่งไม่สามารถเข้าถึงการศึกษาจากโลกได้

สตราโตสเฟียร์

ชั้นของไอโอโนสเฟียร์

ส่วนนี้ของบรรยากาศก็ต่างกันเช่นกัน มันแยกแยะสามชั้นด้วยระดับไอออไนซ์และความหนาแน่นของก๊าซที่แตกต่างกัน

  • ในชั้นที่ต่ำที่สุด ยาวถึง 90 กิโลเมตร ไอออนไนซ์จะต่ำที่สุด อากาศที่นี่จะแตกตัวเป็นไอออนภายใต้อิทธิพลของพายุแม่เหล็กของโลก รวมทั้งด้วยความช่วยเหลือของรังสีเอกซ์จากดวงอาทิตย์ ดังนั้นในเวลากลางคืน การแตกตัวเป็นไอออนที่นี่จึงลดลงมากยิ่งขึ้น
  • ชั้นที่สองอยู่ห่างจาก 90 ถึง 120 กิโลเมตร มีความหนาแน่นของไอออนเฉลี่ยซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงกลางวันภายใต้อิทธิพลของรังสีดวงอาทิตย์ ในชั้นนี้ คลื่นวิทยุขนาดกลางและคลื่นสั้นจะสะท้อนออกมา ส่วนนี้ของชั้นบรรยากาศรอบนอกเรียกว่าชั้น Kennel-Heaviside ซึ่งทำการศึกษาครั้งแรก
  • ส่วนที่เหลือของไอโอสเฟียร์ที่อยู่เหนือ 130 กิโลเมตรเป็นชั้นที่สาม ระดับสูงสุดของไอออไนซ์ในที่นี้พบได้ที่ระดับความสูงประมาณ 200 กิโลเมตร เลเยอร์นี้ทำให้สามารถส่งคลื่นวิทยุคลื่นสั้นในระยะทางไกลได้ Appleton นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษค้นพบชั้นนี้
    ไอโอโนสเฟียร์ของโลก

ชั้นโอโซนคืออะไร

ใต้ไอโอโนสเฟียร์คือชั้นโอโซน ช่วยปกป้องโลกจากผลกระทบที่เป็นอันตรายของรังสีอัลตราไวโอเลตและจากการสูญเสียความร้อน นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าโอโซนมีประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ปริมาณที่ลดลงหรือขาดหายไปโดยสิ้นเชิงส่งผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์ หลุมโอโซนซึ่งถูกค้นพบเมื่อปลายศตวรรษที่ 20 ทำให้จำนวนมะเร็งเพิ่มขึ้น นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่ากระบวนการดังกล่าวไม่ได้เกิดจากการปล่อยก๊าซจากพื้นผิวโลก แต่มาจากการทำลายชั้นบรรยากาศที่แตกตัวเป็นไอออนบนซึ่งเริ่มส่งรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตราย

องค์ประกอบของไอโอสเฟียร์

อิทธิพลของไอโอโนสเฟียร์ต่อการสื่อสารทางวิทยุ

ระดับสูงของไอออไนซ์ในอากาศในชั้นบรรยากาศนี้อาจส่งผลต่อการสื่อสารทางวิทยุ อนุภาคที่มีประจุลบเคลื่อนที่แบบสุ่มสามารถเปลี่ยนทิศทางของคลื่นวิทยุและดูดซับพลังงานได้ ด้วยเหตุนี้การรบกวนที่รุนแรงจึงเกิดขึ้น การหายไปชั่วคราวของการสื่อสารทางวิทยุ หรือในทางกลับกัน การเข้าถึงสถานีวิทยุที่อยู่ห่างไกลเพิ่มขึ้น

นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ที่ทำให้คลื่นวิทยุแพร่กระจายไปได้ มันจึงเกิดขึ้นที่ต้องขอบคุณคลื่นวิทยุเหล่านี้ ชั้นนี้ถูกค้นพบในยุค 20 ของศตวรรษที่ 20

เพื่อให้ได้คลื่นวิทยุที่แม่นยำยิ่งขึ้นในระยะทางไกล จำเป็นต้องหาจุดหักเหในบรรยากาศรอบนอกของไอโอโนสเฟียร์ ซึ่งสะท้อนจากการที่คลื่นจะตกลงมาในตำแหน่งที่ถูกต้อง ปัญหาอีกประการหนึ่งคือพลังงานส่วนหนึ่งถูกดูดซับโดยไอออนที่มีประจุลบ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์เมื่อคลื่นยาวสลายตัวอย่างรวดเร็วในชั้นไอโอสเฟียร์และคลื่นสั้นจะส่งผ่านได้ดีกว่า นอกจากนี้ การสื่อสารทางวิทยุจะเสื่อมลงในช่วงที่เกิดพายุแม่เหล็ก ซึ่งไอออนไนซ์จะลดลง

โทรโพสเฟียร์ ไอโอโนสเฟียร์

การทำลายชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์

ทุกคนรู้ดีว่าทำไมโลกถึงต้องการบรรยากาศ ไอโอสเฟียร์เป็นชั้นของมัน ซึ่งปกป้องชั้นอื่นๆ จากรังสีคอสมิกแบบแข็ง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญมากที่จะต้องรักษาองค์ประกอบให้อยู่ในระดับปกติ แต่กิจกรรมของมนุษย์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานำไปสู่ความจริงที่ว่าชั้นบรรยากาศนี้เริ่มยุบลง ตัวอย่างเช่น เมื่อมีการเปิดตัวห้องปฏิบัติการอวกาศ Skyleb ไฮโดรเจนจำนวนมากจะถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์

ยานเกราะอื่นๆ มีผลกระทบต่อองค์ประกอบของบรรยากาศไม่น้อย กระสวยอวกาศปล่อยคลอรีน คาร์บอนมอนอกไซด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ และไฮโดรเจนจำนวนมากในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง และยานยิงของ Energia มีไนตริกออกไซด์จำนวนมาก ทั้งหมดนี้ทำลายชั้นบรรยากาศรอบนอกอย่างแข็งขันและทำให้ปริมาณโอโซนลดลง เชื้อเพลิงตกค้างสะสมในบรรยากาศชั้นบนมาเป็นเวลานาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกมันจำนวนมากมีสตราโตสเฟียร์ ไอโอสเฟียร์มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของมันมาก ดังนั้นไอออนจะถูกทำลายอย่างรวดเร็ว

ปรากฎว่าเมื่อมีการปล่อยยานอวกาศจะมีทางเดินเกิดขึ้นตลอดเส้นทางการบินซึ่งเรียกว่ารูไอโอโนสเฟียร์ ในสถานที่นี้ รังสีคอสมิกสามารถทะลุชั้นบรรยากาศและไปถึงพื้นผิวโลกได้ ซึ่งส่งผลเสียต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

บรรยากาศ ไอโอสเฟียร์

แสงเหนือ

ไอโอสเฟียร์เป็นสถานที่ที่เกิดปรากฏการณ์มหัศจรรย์เช่นแสงเหนือ มันเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของรังสีจากนอกโลก เมื่ออนุภาคคอสมิกที่มีประจุเคลื่อนเข้าหาโลกเข้าสู่ชั้นบรรยากาศรอบนอกของไอโอโนสเฟียร์ จะเกิดการรบกวนของไอออน ซึ่งมองจากด้านล่างเป็นแสงสีรุ้งที่สวยงาม อันที่จริง กระบวนการนี้เป็นการทำให้เป็นกลางในบรรยากาศรอบนอกของกระแสน้ำวนของอนุภาคที่มีประจุที่มาจากดวงอาทิตย์ ถ้าไม่ใช่สำหรับชั้นนี้ "ลมสุริยะ" จะทำลายทุกชีวิตบนโลก


thoughts on “ไอโอโนสเฟียร์

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *