Իոնոլորտ

Իոնոլորտ, մթնոլորտի տիրույթ սկսած 50-60 կմ երկրագնդի մակերևույթից, որտեղ գազը մասամբ կամ լրիվ իոնացված է և պարունակում է մեծ թվով ազատ էլեկտրոններ։

Որպես իոնոլորտի վերևի սահման ընդունում են 15-20 հզ կմ բարձրության տիրույթը, որտեղ գազի խտությունը մոտ է միջմոլորակային տարածության խտությանը։ Ռադիոալիքների բեկումը և մթնոլորտի վերին շերտից անդրադարձումը տեղի է ունենում էլեկտրոնների և իոնների առկայության շնորհիվ։ Օդի մեկ խորանարդ ծավալի պարունակած էլեկտրոնների թիվը կոչվում է էլեկտրոնային խտություն նշանակվում է Nէ։ Համապատասխանաբար՝ դրական և բացասական իոնների խտությունը նշանակում են Nէ+ և Nէ-։
Որպեսզի տեղի ունենա գազի իոնացումը, անհրաժեշտ է կատարել որոշակի աշխատանք, որը կոչվում է իոնացման աշխատանք։ Հիմնական աղբյուրը, որը էներգիա է տալիս մթնոլորտի իոնացման համար, Արևն է, որը ճառագայթում է էլեկտրամագնիսական տատանումների լայն սպեկտրով։ Բացի Արևից իոնացված ճառագայթման աղբյուր հանդիսանում են աստղերը։ Բայց մեծ հեռավորության պատճառով իոնացումը աննշան է։ Իոնացում ստեղծում են նաև երկնաքարերը, որոնք ներխուժում են մթնոլորտ 11-72 կմ/վրկ արագություններով։

Ավելի շատ ուսումնասիրված է ներքին իոնոլորտը։ Ներքին իոնոլորտում գոյություն ունի մի քանի լիցքերի ոչ վառ արտահայտված համակենտրոնացում, որոնք կոչվում են իոնոլորտի գոտիներ կամ շերտեր։ Շերտերն ընդունված է նշանակել D, E, F պայմանանշաններով։

Իոնոլորտի կառուցվածք

D շերտ 
Իոնոլորտի ամենացածր շերտն է, որը տեղակայված է 60-80 կմ բարձրության վրա։ Էլեկտրոնային խտությունը չի գերազանցում 103 - 104 էլ/սմ3, բացի դրանից, այստեղ կան մեծ թվով բացասական իոններ, մոտավորապես 108 իոն/սմ3։

E շերտ 
Հետազոտողների կողմից առաջին բացահայտված շերտն է։ Այս շերտի ներքին սահմանը գտնվում է 100 կմ բարձրության վրա, էլեկտրոնային խտությունը ցերեկը հասնում է Nէmax=1.5 105 էլ/սմ3, գիշերը՝Nէmax=5 103էլ/սմ3։ Էլեկտրոնային խտությունը գիշերային ժամերին մնում է հաստատուն մակարդակի վրա։ Գիշերային իոնացման պատճառը մինչ այժմ հայտնաբերված չէ։ Ենթադրում են, որ այն առաջանում է մասամբ ասուպներից, մասամբ էլ չեզոք մոլեկուլներին էլեկտրոնների բախումներից։ E շերտի էլեկտրոնային խտությունն ունի օրինաչափ սեզոնային ընթացք՝ Nէmax առավելագույն արժեքը դիտվում է ամառվա ամիսներին։ Այս շերտի բնորոշ հատկանիշը՝ նրա հաստատուն հատկություններն են այն քիչ է ենթարկվում պատահական փոփոխություններին։

F շերտ 
Տեղակայված է 250-400 կմ բարձրության վրա և ունի առավելագույն էլեկտրոնային խտությունը։ Այս շերտի օրական և տարեկան իոնացման ընթացքը ավելի բարդ է, քան E շերտինը։ Ավելի օրինաչափ իոնացման խտության և F շերտի բարձրության օրական ընթացքը դիտվում է ձմռան ամիսներին, երբ ցերեկվա ժամերին իոնացումը խիստ ավելանում է, հասնելով կեսօրից հետո առավելագույն արժեքի՝ 6 105 - 2 106 էլ/սմ3։ Գիշերը էլեկտրոնային խտությունը չի գերազանցում 2.5 105 էլ/սմ3-ը։ F շերտի բարձրությունը փոքրանում է ցերեկային ժամերին մինչև 220-240 կմ և մեծանում է գիշերը մինչև 300-330 կմ։
Ամռան ամիսներին (մայիս-սեպտեմբեր) F շերտի պարամետրերի օրական փոփոխությունը ունի միանգամայն այլ բնույթ։ Ցերեկային ժամերին F շերտը ճեղքվում է երկու շերտի, որոնցից մեկը՝ F2, տեղակայված է 300-400 կմ բարձրության վրա, իսկ երկրորդը՝ F1-ը 200-230 կմ բարձրության վրա։ F1 շերտի էլեկտրոնային խտությունը կազմում է 4 105 - 9 105 էլ/սմ3, իսկ F2-ը 
2 105 - 4 105 էլ/սմ3։ F1 շերտը իր հատկություններով նման է E շերտին։ Այստեղ էլեկտրոնային խտությունը համախափ փոփոխվում է Արևի զենիթի անկյան հետ և իոնացիայի մաքսիմումը դիտվում է ուղիղ կեսօրին։ F2 շերտի էլեկտրոնային խտության օրական մաքսիմումի կտրուկ փոփոխություն չկա։ Ամռանը գիշերային ժամերին գոյություն ունի միայն մեկ շերտ, 300 կմ բարձրության վրա, ընդ որում նրա էլեկտրոնային խտությունը, ինչպես և ձմռան ժամանակ չի գերազանցում Nէmax=2.5 105էլ/սմ3։
F շերտի շրջանում էլեկտրոնային խտությունը ենթարկվում է խիստ փոփոխության և նույնիսկ հանգիստ օրերին օրվա միևնույն ժամին էլեկտրոնային խտությունը միջին արժեքից էականորեն շեղվում է։ F շերտի անսովոր վարքի պատճառը ամառվա ամիսներին դեռ չի հայտնաբերված։ Գիտնականները գտնում են, որ այստեղ մեծ դեր է խաղում մթնոլորտի տաքացումը, որն առաջացնում է իոնացված օդի լայնացում, բարձրացվող և տեղափոխվող մթնոլորտի ավելի նոսր շրջան, որի արդյունքում F2 շերտի էլեկտրոնային խտությունը նվազում է։
F շերտի իոնացումը կախված է աշխարհագրական լայնությունից և երկարությունից, որը կապված է տեղի գեոմագնիսական լայնության ազդեցության հետ։ Այս շերտի իոնացումը կատարվում է ոչ միայն Արևի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների հաշվին, այլև լիցքավորված մասնիկների հոսքի հաշվին, որոնց հետագծի վրա ազդում է Երկրի մագնիսկան դաշտը։ Նկատվում է F շերտի իոնացման տարեկան փոփոխություն ամբողջ Երկրագնդի համար։ Ձմռանը սովորաբար F2 շերտի իոնացումը մեծանում է հյուսիսային կիսագնդում։ F շերտը հիմնական շերտն է, որը անդրադարձնում է կարճ ալիքները և շատ մեծ նշանակություն ունի ռադիոկապի համար։

Հետազոտության պատմություն 
1901 թ-ին Գուլիելմո Մարկոնին 152 մ-ոց անտենայի միջոցով ֆիքսեց անդրանտլանտիան ռադիոազդանշան Նյուֆաունդլենդ կղզու Սենտ-Ջոնս քաղաքում (այժմ այն պատկանում է Կանադային)։ Անգլիայում գտնվող Կոռնուոլ հաղորդող կայանը օգտագործում էր այն ժամանակվա համար շատ հզոր հաղորդիչ, որը հաղորդում էր ազդանշաններ մոտ 500 կՀց հաճախությամբ։
Հաղորդագրությունը, որը ստացավ Մարկոնին, բաղկացած էր երեք կետից, Մորզեի այբուբենի սիմվոլներ, որոնք նշանակում էին անգլերեն S տառը։ Մինչ ազդանշանը կհասներ Նյուֆաունդլենդ, այն երկու անգամ անդրադարձել էր իոնոլորտից։
Չնայած բոլոր կասկածներին և թյուր լուրերին, որոնք առաջացրել էր Մարկոնիի փորձը, նա հաջողությամբ կրկնեց այն մեկ տարի անց՝ ընդունելով ազդանշան Գլեյսի անդունդում (Նոր Շոտլանդիա, Կանադա)։

Անգլիացի ֆիզիկ Օլիվեր Հևիսայդը 1902 թվին ենաթադրեց, որ մթնոլորտում գոյություն ունի իոնացված շերտ։ Նրա տեսությունը ներառում էր ռադիոազդանշանի տարածում Երկրի շուրջ՝ չնայած Երկրի թեքությանը։ Հևիսայդից անկախ կարճ ալիքների հեռահար ընդունումը Եվրոպայի և Ամերիկայի միջև Ատլանտյան օվկիանոսով, կատարեց ամերիկակացի ինժեներ-էլեկտրիկ Արթուր Կեննելին։ Նրանք ենթադրեցին, որ Երկրի շուրջը գոյություն ունի մթնոլորտի իոնացված շերտ, որը կարող է անդրադարձնել ռադիոալիքներ։ Այն կոչեցին Հևիսայդ-Կեննելիի շերտ, որից հետո՝ իոնոլորտ։ Հնարավոր է, որ նրանց ենթադրությունը Պլանկի բացարձակ սև մարմնի ճառագայթման տեսության հետ համատեղ նպաստեցին ռադիոաստղագիտության շատ արագ զարգացմանը սկսած 1932 թ-ից։

1926 թ-ին շոտլանդացի ֆիզիկ Ռոբերտ Ուոթսոն-Վատտը իոնոլորտ տերմինը օգտագործեց նամակում, որը հրատարակվեց միայն 1969 Nature հանդեսում։ 1927 թ-ին Էդուարդ Վիկտոր Էփլթոնը հաստատեց իոնոլորտի գոյությունը և 1947 թ-ին ստացավ Նոբելյան մրցանակ ֆիզիկայի ասպարեզում հետևյալ տեքստով. «Մթնոլորտի վերին շերտի ֆիզիկայի հետազոտության և հատկապես Էփլթոնի շերտի հայտնագործության համար»։

Լոյդ Բերկները առաջինն էր ով չափեց իոնոլորտի բարձրությունը և խտությունը, որը անկասկած ազդեց կարճ ռադիոալիքների տարածման տեսության վրա։ Մորիս Ուիլքսը և Ջոն Ռետկլիֆը ուսումնասիրեցին շատ երկար ռադիոալիքների տարածումը իոնոլորտում։ Վիտալի Գինզբուրգը ստեղծեց էլեկտրամագնիսական ալիքի՝ պլազմայում և հատկապես իոնոլորտում տարածման տեսությունը։ 1962 թ-ին իոնոլորտի ուսումնասիրման համար բաց թողնվեց Alouette-1 կանադական արբանյակը։ Վերջինիս հաջողությունից հետո իոնոլորտի չափման և հետազոտության համար ուղարկվեցին Alouette-2 1965 թ-ին և ISIS երկու արբանյակները 1969 և 1971 թ-ին։

Երկրի մթնոլորտ