Blīvs molekulu un elektriski lādētu daļiņu slānis, ko sauc par jonosfēru, karājas Zemes augšējā atmosfērā, sākot no aptuveni 35 jūdzēm (60 kilometriem) virs planētas virsmas un sniedzoties tālāk par 620 jūdzēm (1000 km). Saules starojums, kas nāk no augšas, bufetēs satur atmosfēras slānī suspendētās daļiņas. Radio signāli no apakšas piepeld pie jonosfēras atpakaļ uz instrumentiem, kas atrodas uz zemes. Vietās, kur jonosfēra pārklājas ar magnētiskajiem laukiem, debesis izvirzās spožos gaismas displejos, kurus ir neticami redzēt.
Kur ir jonosfēra?
Zemes atmosfēru veido vairāki atšķirīgi slāņi, ieskaitot mezosfēru, kas sākas 31 jūdzes (50 km) augšup, un termosfēru, kas sākas 53 jūdzes (85 km) augšup. Jonosfēra sastāv no trim mezosfēras un termosfēras sekcijām, kuras apzīmētas ar D, E un F slāņiem, liecina UCAR zinātniskās izglītības centrs.
Ārējais ultravioletais starojums un saules staru rentgena starojums bombardē šos atmosfēras augšējos reģionus, sitot atomus un molekulas, kas atrodas šajos slāņos. Spēcīgais starojums izdalās no daļiņām negatīvi lādētus elektronus, mainot šo daļiņu elektrisko lādiņu. Iegūtais brīvo elektronu un lādēto daļiņu mākonis, ko sauc par joniem, noveda pie nosaukuma "jonosfēra". Jonizētā gāze vai plazma sajaucas ar blīvāku, neitrālu atmosfēru.
Jonu koncentrācija jonosfērā mainās atkarībā no saules starojuma daudzuma, kas atrodas uz Zemes. Jonosfēra blīvi aug ar lādētām daļiņām dienas laikā, bet šis blīvums naktī mazinās, jo lādētās daļiņas rekombinējas ar pārvietotiem elektroniem. Saskaņā ar NASA datiem, ikdienas dienas ciklā parādās un pazūd veseli jonosfēras slāņi. Saules starojums arī svārstās 11 gadu laikā, tas nozīmē, ka saule atkarībā no gada var izstarot vairāk vai mazāk starojuma.
Sprādzienbīstami saules uzliesmojumi un saules vēja brāzmas satrauc pēkšņas pārmaiņas jonosfērā, sadarbojoties ar liela augstuma vējiem un spēcīgām laikapstākļu sistēmām, kas plūst uz Zemes zemāk.
Iedegiet debesis
Dedzinošā un karstā saules virsma izvada ļoti uzlādētu daļiņu straumes, un šīs straumes sauc par saules vēju. Saskaņā ar NASA Māršala Kosmisko lidojumu centru, saules vējš lido caur kosmosu ar ātrumu aptuveni 40 jūdzes (40 km) sekundē. Sasniedzot Zemes magnētisko lauku un zemāk esošo jonosfēru, saules vēji nakts debesīs sāka krāsainu ķīmisku reakciju, ko sauca par auroru.
Kad Saules vēji pūta pāri Zemei, planēta paliek pasargāta aiz sava magnētiskā lauka, kas pazīstams arī kā magnetosfēra. Izgatavots, sakausējot izkausētu dzelzi Zemes kodolā, magnetosfēra nosūta saules starojumu, kas skrien uz jebkuru no poliem. Tur lādētās daļiņas saduras ar ķīmiskajām vielām, kas virpuļo jonosfērā, veidojot burvju saistošās auroras.
Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka pašas saules magnētiskais lauks sagrauj Zemes vājāko, virzot auroras uz planētas nakts pusi, kā ziņo "Popular Mechanics".
Netālu no Arktikas un Antarktikas lokiem katru vakaru debesīs svītro auroras, vēsta National Geographic. Krāsainie gaismas aizkari, kas attiecīgi pazīstami kā aurora borealis un aurora australis, karājas apmēram 620 jūdzes (1000 km) virs Zemes virsmas. Auroras mirdz zaļi dzeltenā krāsā, kad joni sit skābekļa daļiņas apakšējā jonosfērā. Sarkanā gaisma bieži zied gar auroras malām, un nakts debesīs parādās arī purpursarkanas un blūza krāsas, kaut arī tas notiek reti.
"Aurora cēlonis ir nedaudz zināms, taču tas nav pilnībā atrisināts," sacīja Bostonas universitātes ģeofiziķis Toshi Nishimura. "Piemēram, tas, kas izraisa īpašu aurora krāsu tipu, piemēram, purpursarkanu, joprojām ir noslēpums."
Kas ir Stīvs?
Ārpus auroras jonosfēra uzņem arī citus iespaidīgus gaismas šovus.
Pilsoņu zinātnieki 2016. gadā pamanīja īpaši uzkrītošas parādības, kuras zinātnieki centās izskaidrot, iepriekš ziņoja Live Science māsu vietne Space.com. Spilgtas, baltas un rozīgas gaismas upes plūda pār Kanādu, kas ir tālāk uz dienvidiem, nekā parādās vairums auru. Reizēm maisījumam pievienojās zaļas svītras. Noslēpumainās gaismas tika nosauktas par Stīvu, godinot animācijas filmu “Pār dzīvžogu”, un vēlāk tika pārveidotas par “Spēcīgu termiskās emisijas ātruma uzlabošanu”, kas vēl joprojām īsi bija STEVE.
"Mēs simtiem gadu esam pētījuši auru, un mēs nevarējām un joprojām nevaram izskaidrot, kas ir Stīvs," sacīja Ņūdžersijas Tehnoloģiju institūta kosmosa laika apstākļu zinātnieks Garets Perijs. "Tas ir interesanti, jo tā izstarojums un īpašības neatšķiras no visa cita, ko mēs vismaz optikā novērojam jonosfērā."
Saskaņā ar 2019. gada pētījumu žurnālā Geophysical Research Letters, zaļās svītras STEVE iekšienē var veidoties līdzīgi tam, kā veidojas tradicionālās auroras, jo lādētas daļiņas nokļūst atmosfērā. Tomēr STEVE, šķiet, gaismas upe kvēlo, kad jonosfēras daļiņas saduras un savā starpā rada siltumu.
Sakari un navigācija
Lai arī reakcijas jonosfērā debesis krāso ar spilgtām nokrāsām, tās var arī traucēt radiosignālus, traucēt navigācijas sistēmas un dažreiz izraisīt plašu elektrības padeves pārtraukumu.
Jonosfēra atspoguļo radiopārraidi zem 10 megahercu, ļaujot militārpersonām, aviosabiedrībām un zinātniekiem savienot radaru un sakaru sistēmas lielos attālumos. Šīs sistēmas vislabāk darbojas, ja jonosfēra ir gluda, līdzīgi kā spogulis, bet plazmā tās var izjaukt. GPS pārraide iet caur jonosfēru, un tāpēc tai ir tāda pati ievainojamība.
"Lielu ģeomagnētisko vētru vai kosmosa laika apstākļu laikā straumes var izraisīt citas straumes zemē, elektriskos tīklus, cauruļvadus utt. Un izraisīt postījumus," sacīja Perijs. Viena šāda saules vētra izraisīja slavenā Kvebekas elektrības zudumu 1989. gadā. "Trīsdesmit gadus vēlāk mūsu elektriskās sistēmas joprojām ir neaizsargātas pret šādiem notikumiem."
Lai labāk izprastu reģiona fizikālo un ķīmisko dinamiku, zinātnieki pēta jonosfēru, izmantojot radarus, kameras, ar satelītiem saistītus instrumentus un datoru modeļus. Bruņojušies ar šīm zināšanām, viņi cer labāk prognozēt traucējumus jonosfērā un novērst problēmas, kuras var izraisīt zemē esošā zeme.
