Источник: Radio Science
Изучение ионосферы
На высоте от 50 до 1000 километров над нашими головами находится ионосфера — слой земной атмосферы, состоящий из заряженных частиц: ионов (атомов, которые приобрели или потеряли отрицательно заряженный электрон) и свободных электронов. Ионосфера изменяет траекторию электромагнитных волн, достигающих её, включая радиоволны и сигналы GPS. Поэтому её изучение полезно для понимания систем связи и навигации.
Один из способов изучения ионосферы — «воздействие» на неё с помощью мощных радиоволн, посылаемых с земли, чтобы увидеть, как она реагирует. В местах, где волны достигают ионосферы, они временно нагревают её, изменяя плотность заряженных частиц и создавая нерегулярные структуры, которые можно обнаружить по тому, как они рассеивают радиосигналы. Изучая эти неоднородности, известные как искусственные периодические неоднородности (API), учёные могут узнать больше о составе и поведении ионосферы.
Препятствия для изучения
Однако такие факторы, как космическая погода и солнечная активность, могут препятствовать как формированию API, так и их обнаружению. Ла Роза и Хайселл стремились повысить надёжность и полезность метода исследования API, изучая формирование API во всех трёх основных областях ионосферы: D, E и F. Предыдущие методы были сосредоточены только на формировании API в области E.
Исследование данных
Для этого исследователи вновь обратились к данным, полученным в апреле 2014 года на объекте программы высокочастотных активных авроральных исследований (HAARP) на Аляске. Радиопередатчики HAARP создавали небольшие возмущения в ионосфере, а приёмники объекта фиксировали рассеянные радиосигналы.
Первоначальный анализ данных 2014 года выявил некоторые API в области E, но эта группа исследователей переработала данные с более высоким разрешением. Этот повторный анализ позволил им впервые задокументировать одновременное присутствие API во всех трёх областях, вызванных одним радиосигналом.
Формирование API в каждой из трёх областей определяется различным набором механизмов, включая химические взаимодействия, эффекты нагрева и силы, изменяющие плотность заряженных частиц. Эта изменчивость затрудняла разработку отдельной модели формирования API в ионосфере.
Разработка модели
Чтобы решить эту задачу, исследователи расширили модель, ранее созданную для описания формирования API в области E, включив в неё соответствующие механизмы для областей D и F. В ходе имитационных испытаний модель успешно воспроизвела поведение, наблюдаемое во всех трёх областях. Эта модель может помочь углубить понимание физических процессов, происходящих в ионосфере. (Radio Science, https://doi.org/10.1029/2025RS008226, 2025)
— Сара Стэнли, научный писатель
Citation: Stanley, S. (2025), Nudging Earth’s ionosphere helps us learn more about it, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO250222. Published on 17 June 2025.
Text © 2025. AGU. CC BY-NC-ND 3.0
Except where otherwise noted, images are subject to copyright. Any reuse without express permission from the copyright owner is prohibited.