Ionosfääri

Radioaaltojen heijastuminen ionosfääristä.

Ionosfääri tarkoittaa planeetan kaasukehän yläosan kerrosta, jossa kaasukehän molekyylit ovat ionisoituneet tähden säteilyn vaikutuksesta, ja se muodostaa magnetosfäärin sisimmän osan. Esimerkiksi Maalla ja Jupiterilla on ionosfäärit. Maan ionosfääri on noin 50–400 kilometrin korkeudella ilmakehän ylimmissä kerroksissa. Maan ionosfäärissä ilmakehän molekyylit ovat ionisoituneet auringon säteilyn vaikutuksesta. Ionosfääri muodostaa magnetosfäärin sisimmän osan. Käytännöllistä merkitystä ionosfäärillä on esimerkiksi radioaaltojen peilautumisen muodossa. Tämä mahdollistaa kommunikaation radioaaltojen avulla paljon näkyvää horisonttia pidemmälle.

Kerrokset

• D-kerros sijaitsee mesopaussin alapuolella, muodostuu päivällä ja heijastaa alle 50 kHz:n radioaaltoja, mutta myös vaimentaa voimakkaasti 0,3–3 MHz taajuuksisia radioaaltoja. D-kerroksessa esiintyy pääosin vetyatomien ionisoimia typpioksidi (NO) -molekyylejä.
• E-kerros eli Heaviside-kerros (nimetty löytäjänsä Oliver Heavisiden mukaan) ulottuu noin 90–120 kilometrin etäisyydelle maapallosta. Se syntyy Auringon noustessa ja on minimissään yöllä. Se heijastaa alle 1 MHz:n radioaaltoja. Ilmahehku sijaitsee näillä main ja syntyy, kun vapaat elektronit yhtyvät takaisin ioneihin. E-kerros heijastaa satunnaisesti kesäaikaan myös VHF-taajuisia radioaaltoja noin 150 MHz asti (E_s).
• F-kerros koostuu pääosin atomaarisen hapen ioneista. Se sisältää kaksi tiheämpää kohtaa:
  • F₁-kerros sijaitsee noin 200 km:n korkeudella.
  • F₂-kerros eli Appleton-kerros (nimetty brittifyysikko Edvard Victor Appletonin mukaan) noin 300 km:n korkeudella. Tämä kerros on luonteeltaan varsin pysyvä, sillä kerroksen aiheuttava ionien ja elektronien yhtyminen on varsin hidasta ilmantiheyden pienuuden vuoksi.
  • F-kerrokset heijastavat lyhyitä radioaaltoja, Suomessa auringonpilkkumaksimin aikoihin pystyluotauksessa noin 7–15 MHz:n ja minimin aikaan noin 4–5 MHz:n aaltoja. Vastaavasti radioaalto taipuu horisontin taakse matalilla heijastuskulmilla pilkkumaksimin aikoihin talviaikaan jopa 40–50 MHz taajuuksille asti ja pilkkuminimin tienoilla 10–20 MHz. Suurempitaajuuksiset aallot menevät kerrosten läpi.

Vaikutuksia ja ilmiöitä

Ionosfäärissä esiintyvät häiriöt aiheuttavat muun muassa vaihteluita Maan magneettikentässä. Näitä voimakkaita vaihteluita kutsutaan magneettisiksi myrskyiksi, ja ne aiheuttavat häiriöitä radioliikenteelle. Magneettiset myrskyt aiheutuvat Auringosta syöksyvistä vety-ytimistä ja kalsiumioneista, jotka saavat aikaan muun muassa revontulet.

Ionosfäärissä esiintyviä ilmiöitä ovat muun muassa:

• Mögelin-Dellingerin häiriö, joka aiheutuu Auringon ultraviolettisäteilyn väliaikaisesta voimistumisesta. Lyhyiden radioaaltojen absorptio kasvaa ja pitkien radioaaltojen heijastuskyky paranee. Ionosfäärissä on myös voimakkaita sähkövirtoja; jopa kymmeniä tuhansia ampeereja.
• Faraday-kiertymä, joka tarkoittaa sähkömagneettisen aallon polarisaatiotason kiertymistä. Kiertymä on suoraan verrannollinen ionosfäärin vapaiden ionien määrään. Kiertymän vaikutus alkaa näkyä matalilla mikroaaltotaajuuksilla (~1 GHz) ja sitä pienemmillä taajuuksilla.
• revontulet

Maan ilmakehä

troposfääri • stratosfääri • mesosfääri • termosfääri • eksosfääri
tropopaussi • stratopaussi • mesopaussi • termopaussi
otsonikerros • ionosfääri

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Ionosfääri Wikimedia Commonsissa