Плътен слой от молекули и електрически заредени частици, наречени йоносфера, виси в горната атмосфера на Земята, започвайки на около 35 мили (60 километра) над повърхността на планетата и се простира над 620 мили (1000 км). Слънчева радиация, идваща от частици от буфери, суспендирани в атмосферния слой. Радиосигналите отдолу отскачат от йоносферата обратно към инструментите на земята. Там, където йоносферата се припокрива с магнитни полета, небето изригва в блестящи светлинни дисплеи, които са невероятни за гледане.
Къде е йоносферата?
Няколко отделни слоя съставят земната атмосфера, включително мезосферата, която започва на 31 мили (50 км) нагоре, и термосферата, която започва от 53 мили (85 км) нагоре. Йоносферата се състои от три секции в мезосферата и термосферата, обозначени със слоевете D, E и F, според Центъра за научно образование на UCAR.
Изключителната ултравиолетова радиация и рентгеновите лъчи от слънцето бомбардират тези горни участъци на атмосферата, поразявайки атомите и молекулите, държани в тези слоеве. Мощното излъчване изхвърля отрицателно заредените електрони от частиците, променяйки електрическия заряд на тези частици. Полученият облак от свободни електрони и заредени частици, наречени йони, доведе до името "йоносфера". Йонизираният газ или плазма се смесва с по-плътната, неутрална атмосфера.
Концентрацията на йони в йоносферата варира в зависимост от количеството слънчева радиация, носещо на Земята. Йоносферата става плътна със заредени частици през деня, но тази плътност отшумява през нощта, тъй като заредените частици се рекомбинират със изместени електрони. По време на този дневен цикъл се появяват и изчезват цели слоеве на йоносферата, според НАСА. Слънчевата радиация също се колебае за период от 11 години, което означава, че слънцето може да изложи повече или по-малко радиация в зависимост от годината.
Взривоопасни слънчеви пламъци и пориви на слънчевия вятър предизвикват внезапни промени в йоносферата, обединявайки се с ветрове от голяма надморска височина и тежки метеорологични системи, които се носят на Земята отдолу.
Запалете небето
Изгарящата гореща повърхност на слънцето изхвърля потоци от силно заредени частици и тези потоци са известни като слънчев вятър. Според Центъра за космически полети Маршал на НАСА, слънчевият вятър лети през космоса с около 25 мили (40 км) в секунда. Достигайки магнитното поле на Земята и йоносферата отдолу, слънчевите ветрове образуват цветна химическа реакция на нощното небе, наречена аврора.
Когато слънчевите ветрове бият по Земята, планетата остава екранирана зад магнитното си поле, известно още като магнитосфера. Генериран чрез разтопяване на разтопено желязо в земното ядро, магнитосферата изпраща слънчева радиация, движеща се към всеки полюс. Там заредените частици се сблъскват с химикали, завихрящи се в йоносферата, генериращи омагьосващите аурори.
Учените са установили, че собственото магнитно поле на слънцето присвива по-слабото на Земята, измествайки полярните ъгли към нощната страна на планетата, както се съобщава от Popular Mechanics.
В близост до арктическия и антарктическия кръг всяка вечер се извива по небето полярна север, според National Geographic. Цветните светлинни завеси, известни съответно като aurora borealis и aurora australis, висят на около 620 мили (1000 км) над земната повърхност. Аврорите светят зелено-жълто, когато йони поразяват кислородни частици в долната йоносфера. Червеникавата светлина често цъфти по краищата на Аврората, а пурпурните и сините също се появяват на нощното небе, въпреки че това се случва рядко.
"Причината за аурората е известна до известна степен, но тя не е напълно решена", казва Тоши Нишимура, геофизик от Бостънския университет. "Например, това, което причинява конкретен тип цвят на полярното зърно, като лилавото, все още е загадка."
Кой е Стив?
Освен аурорите, йоносферата също е домакин на други впечатляващи светлинни шоута.
През 2016 г. гражданските учени забелязаха особено привличащи вниманието явления, които учените се мъчеха да обяснят, съобщи по-рано сестринският сайт Live Science Space.com. Ярки реки от бяла и розовата светлина течаха над Канада, която е по-далеч на юг, отколкото изглежда повечето аврори. Понякога в сместа се присъединяват тирета зелено. Мистериозните светлини бяха наречени Стив в знак на почит към анимационния филм „Над живия плет“ и по-късно бяха пребрани като „Силно повишаване на скоростта на топлинните емисии“ - все още STEVE за кратко.
"Ние изучаваме аврората от стотици години и не можахме и все още не можем да обясним какво е Стив", казва Гарет Пери, космически учен от Института за технологии в Ню Джърси. "Интересно е, защото неговите емисии и свойства са за разлика от всичко друго, което наблюдаваме, поне с оптиката, в йоносферата."
Според проучване от 2019 г. в списанието Geophysical Research Letters, зелените ивици в рамките на STEVE могат да се развият подобно на това как се образуват традиционните аврори, тъй като заредените частици валят върху атмосферата. В STEVE обаче реката на светлината сякаш свети, когато частиците в йоносферата се сблъскат и генерират топлина помежду си.
Комуникация и навигация
Въпреки че реакциите в йоносферата боядисват небето с блестящи нюанси, те също могат да нарушат радиосигналите, да пречат на навигационните системи и понякога да причинят широко прекъсване на захранването.
Йоносферата отразява радиопредавания под 10 мегагерца, което позволява на военните, авиокомпаниите и учените да свързват радари и комуникационни системи на дълги разстояния. Тези системи работят най-добре, когато йоносферата е гладка, като огледало, но те могат да бъдат нарушени от нередности в плазмата. GPS предаванията преминават през йоносферата и следователно носят същите уязвимости.
"По време на големи геомагнитни бури или космически метеорологични събития, теченията могат да предизвикат други токове в земята, електрически мрежи, тръбопроводи и др. Една такава слънчева буря предизвика прочутия Квебек от 1989 г. "Тридесет години по-късно нашите електрически системи все още са уязвими за подобни събития."
Учените изучават йоносферата с помощта на радари, камери, свързани със сателит инструменти и компютърни модели, за да разберат по-добре физическата и химическата динамика на региона. Въоръжени с тези знания, те се надяват по-добре да предскажат смущения в йоносферата и да предотвратят проблеми, които могат да причинят на земята по-долу.
