Спутниковые системы помогут следить за ионосферой
Ионосфера – одна из самых верхних оболочек земной атмосферы. Её самый нижний слой (слой-D) граничит со стратосферой (то есть высота этого слоя начинается с шестидесяти километров), а самый верхний и (обозначается буквой F) – с экзосферой, последней оболочкой атмосферы. Сама экзосфера в своих верхних слоях почти полностью ионизирована.
Кроме обычных, нейтральных молекул газов, в ионосфере содержатся ионы – заряженные частицы. Благодаря этому ионосфера может отражать длинные волны. Именно ионосфере мы обязаны существованием радиосвязи – наиболее важному феномену современной цивилизации: ведь телевидение и интернет – это тоже, по сути, радиосвязь. Благодаря ионосфере мы можем передавать на огромные расстояния волны, которые напрямую передать невозможно. Отрицательные и положительные ионы составляют плазму, которая является квазинейтральной, то есть количество положительно заряженных частиц лишь приблизительно равно числу отрицательно заряженных. Заряженные частицы в ионосфере возникли вследствие космического облучения (в частности, солнечными лучами).
Однако какие-либо возмущения в ионосфере могут препятствовать нормальной передаче сигналов. Поэтому за состоянием ионосферы необходимо следить. Алгоритм для такого слежения недавно разработали иркутские учёные. Их работа была освещена в журнале Results in Physics. Разработка стала возможной благодаря поддержке Российского научного фонда.
Три слоя ионосферы (D, E, F) отличаются друг от друга содержанием ионов, а также физическими характеристиками и влиянием на работу электроприборов. Возмущения в этой оболочке могут привести к сбоям в системах связи и в работе электронных устройств. Поэтому к возмущениям надо быть заранее подготовленными. В этом нам могут помочь искусственные спутники Земли. Такими спутниками могут быть, к примеру, GPS или ГЛОНАСС. Луч со спутника посылается на Землю, и по количеству электронов в нём можно судить о состоянии ионосферы. Для этого сегодня используют несколько вариантов индексов. Самый известный и основной индекс – ROTI; на его основе были разработаны и другие индексы. ROTI измеряет усредненный показатель скорости изменений количества электронов в луче. Однако у всех таких индексов есть недостатки: они не показывают, как изменение числа электронов зависит от амплитуды возмущений в ионосфере, а также не позволяют отделить реальные измерения от ошибочных.
В связи с этим исследователи из Института солнечно-земной физики СО РАН предложили совершенно новый индекс. Он позволяет на основе ряда математических уравнений получить усреднённое значение амплитуды ионосферных возмущений со всех наблюдаемых спутников. Разработчики назвали свой индекс WTEC, что означает «Индекс волновой активности полного электронного содержания».
Один из разработчиков, Гелий Жеребцов, рассказал, что новый индекс позволит создавать глобальные карты ионосферных возмущений, а также прогнозировать возможность возникновения помех и ошибок в работе радиотехнических систем. Индекс WTEC в связи с этим обладает значительным исследовательским потенциалом.
Изучение ионосферы производится различными методами. Помимо описанного выше применяется, например, метод исследования с помощью ионосферных станций. Это достаточно сложные конструкции, работа которых напоминает радиолокацию. Для анализа состояния ионосферы в такой станции используются приёмник и передатчик, установленные на небольшом расстоянии друг от друга, а также другое лабораторное оборудование. Передатчик посылает радиоволны вертикально вверх, где они отражаются от ионизированного слоя, а затем их улавливает приёмник, который по особой формуле вычисляет высоту слоя и его параметры. Формула содержит скорость распространения радиоволн, которая примерно равна скорости света в «обычной», нейтральной части атмосферы, а в ионизированных оболочках понижается.
