Ionosfäär: erinevus redaktsioonide vahel

[[Pilt:Atmosphere with Ionosphere et.svg|thumb|Ionosfäär atmosfääris. E- ja F -tähed tähistavad plasma kontsentratsiooni kahte maksimumväärtust vastavates kihtides]]

'''Ionosfäär''' on üks [[atmosfäär]]i kõrgeimaid kihte, mis algab umbes 50<ref name="ttu">[http://www.lr.ttu.ee/irm/transmissioon/pdf/Ionosfaar.pdf Raadiolainete levi ionosfääris] TTÜ Raadio- ja sidetehnika instituudi õppematerjal</ref>-70–70<ref name="kallenrode">M.-B. Kallenrode, ''Space Physics: an introduction to plasmas and particles in the heliosphere and magnetospheres'' (Springer, Berliin, 2004)</ref> km kõrgusel ning ulatub 800<ref name="mudellend">[http://www.coptercam.ee/mudellend/ohkkond_1.htm Õhkkonna ehitus] A. Abel, E. Helme, ''Mudellend'' (1955)</ref>-1000–1000<ref name="kallenrode" /><ref name="stolle">C. Stolle, ''Three-dimensional imaging of ionospheric electron density fields using GPS observations ad the ground and onboard the CHAMP satellite'' (Institut für Meteorologie der Universität Leipzig, Leipzig, 2004)</ref> km kõrgusele. Nimetus tuleb sellest, et erinevalt madalamatest [[atmosfäärikiht]]idest on ionosfäär [[päikePäike|päikesePäikese]] lühilainelise kiirguse toimel osaliselt ioniseeritud, see tähendab sisaldab vabu [[elektron]]e ja [[ioon]]e ([[plasma]]t). Kuigi laetud osakeste [[kontsentratsioon]] võrreldes neutraalsete osakeste kontsentratsiooniga on väike, mõjutab see siiski olulisel määral ionosfääri omadusi.

Atmosfääri kihtideks jagamisel lähtutakse mitmetest kriteeriumidest. Tuntuim on jaotus vertikaalse temperatuuri[[gradient|gradiendi]] põhjal, mille järgi jaguneb atmosfäär [[troposfäär|tropo-]], [[stratosfäär|strato-]], [[mesosfäär|meso-]], [[termosfäär|termo-]] ja [[eksosfäär]]iks. Ionosfäär eraldub ülejäänud atmosfäärist kõrgema plasmasisalduse alusel ja jaguneb plasma kontsentratsiooni erinevuste tõttu veel omakorda kihtideks. Ionosfäär paikneb [[termosfäär]]i ja osaliselt [[eksosfäär]]i ning [[mesosfäär]]i alas; moodustab [[magnetosfäär]]i siseääre. Ionosfääri kohal asub [[plasmasfäär|plasma-]] ehk [[protonosfäär]], mis algab seal, kus [[vesinik|H]]⁺-ioonid ([[prooton]]id) hakkavad domineerima [[hapnik|O]]⁺-ioonide üle, mis toimub kusagil 800-2000800–2000 km vahel, sõltuvalt plasma temperatuurist<ref name="stolle" />

Ionosfäär on väga tähtis muu hulgas raadiolainete kauglevi seisukohast, sest teatud [[sagedusala]]de [[raadiolained]] (3-303–30 MHz<ref name="vanhamäki" />) peegelduvad sellelt tagasi maapinna poole, võimaldades seega [[raadioside]]t tuhandete kilomeetrite kaugusele, mis muidu oleks võimatu.

Ionosfäär on atmosfäärikiht, mis sisaldab vabu elektrone ning positiivse [[laeng]]uga [[aatom]]eid ja [[molekul]]e, mis on tekkinud neutraalsete aatomite [[fotoionisatsioon]]il päikeseltPäikeselt tuleneva [[UV-kiirgus]]e, vähesel määral ka [[EUV-kiirgus|EUV-]] ja [[röntgenikiirgus]]e mõjul<ref name="kallenrode" />. Positiivsed ioonid tõmbuvad negatiivsete elektronidega ning võivad niimoodi muutuda jälle neutraalseteks osakesteks, kuid see protsess domineerib vaid öösel. Päeval on õhuosakesed päikesePäikese ioniseerivast kiirgusest ergastatud ja muutuvad taas plasmaks.

Päikesekiirguse intensiivsus erinevatel laiuskraadidel varieerub nii ööpäevases lõikes kui ka aasta jooksul. Lisaks sõltub kiirgushulk päikesePäikese enda [[päikese intensiivsuse tsükkel|11-aastasest tsüklist]], mille jooksul esineb nii vaiksem kui aktiivsem kiirguse emiteerimise periood.

Maapinnale kõige lähedasemas kihis valdab osakeste seas [[Browni liikumine]], kõige kõrgemal on [[magnetväli|magnetväljast]] juhitud laetud osakesed, nende kahe ala vahepeal domineerivad atomaarsete osakeste kokkupõrked<ref name="kallenrode" />. Ka suur osaenamus ionosfäärist asub selles keskmises alas, ainult ülemine osa ulatub [[magnetosfäär]]i välja.

D-kiht on madalaim, paikneb kõrgusel 60-9060–90 km<ref name="kallenrode" />. Võrreldes teiste ionosfääri kihtidega on laetud osakesi vähem ning kihi omadused on kõige varieeruvamad. Laetud osakestest domineerivad negatiivsed ja [[klasterioon]]id<ref name="stolle" />.

E-kiht paikneb D- ja F-kihi vahel, kõrgusel 90-17090–170 km. KõigeOn pareminiionosfääri uuritudkihtidest ionosfäärikõige kihtparemini uuritud, sest paikneb madalal ja hea [[elektriväli|elektriväljade]] [[peegeldumine|peegeldamise]] võime tõttu (sellest tuleb ka nimetusse e-täht) on seda võimalik maapinnal paiknevate seadmetega (peamiselt [[radar]]id) uurida. Umbes iga 10⁸ neutraalse osakese kohta on 1 [[vaba elektron]]. E-kihis asub teine laetud osakeste tiheduse maksimum, mis on F-kihis asuvast maksimumist väiksem. Ioonidest domineerivad O₂⁺ ja [[lämmastikoksiid|NO]]⁺. E-kihti nimetatakse ka [[dünamo]]-kihiks, sest elektrivälja mõjul toimub seal laetud osakeste kõige aktiivsem liikumine, mille käigus väikesed elektronid liiguvad kiiremini kui suured aeglased ioonid, osakesed jagunevad vastavalt laengutele ning tekitavad erinimeliste laengute [[vastasmõju]] tõttu omakorda elektrivälja.<ref name="kallenrode" />

E_s-kiht ehk sporaadiline (juhuslik, hajus) E-kiht võib esineda päikesePäikese aktiivsuse tsükli maksimumi ajal suvel, kui E-kihis tekib ajutiselt umbes 1<ref name="stolle" /> km paksune tavapärasest suurema [[elektrontihedus]]ega ala.

F-kiht on kõige kõrgem, asub 140 (või 170<ref name="kallenrode" />)–800<ref name="mudellend" /> (maksimum 1000<ref name="kallenrode" />) km maapinnast ja selles kihis on ka vabade elektronide kontsentratsiooni maksimum (10¹²/m³<ref name="kallenrode" />) – umbes 300 km kõrgusel (varieerub vastavalt päikesePäikese aktiivsusele 200-800200–800 km vahel)<ref name="kallenrode" />. F-kihis on palju atomaarset (üksikute aatomite kujul) [[hapnik]]ku, seepärast domineerivad seal laetud osakestest O⁺-ioonid<ref name="stolle" />. F-kihil on [[raadiolevi]] seisukohast väga tähtis roll, sest D- ja E-kihis väheneb öisel ajal plasma kontsentratsioon nii palju, et neid enam omaette kihtideks ei loeta. Päevasel ajal jaguneb F-kiht kaheks kihiks – alumine F₁ ja ülemine F₂; öösel püsib ainult F₂-kiht.<ref name="ttu"/>

[[Mudel]] on ionosfääri matemaatiline kirjeldus asukoha, kõrguse, aja, päikesePäikese tsükli seisu ja [[geomagnetism|geomagnetilise]] aktiivsuse funktsioonina. Mudel võib baseeruda vaatlustest saadud statistilistel andmetel, teoreetilistel teadmistel laetud osakeste [[interaktsioon]]idest atmosfääri ja päikesevalgusega või ka mõlema variandi kombinatsioonil. Üks kuulsamaid ja laiemalt kasutuses olevaid mudeleid on IRI ([[International Reference Ionosphere]])<ref>D. Bilitza, ''International Reference Ionosphere 2000 '' (Radio Sci.36,#2,261-275 2001)</ref><ref name="stolle" />, mis põhineb ülemaailmsel [[ionosond]]ide ja radarite võrgustiku ning ''in situ'' mõõtmiste teel [[satelliit]]idelt ja [[rakett]]idelt saadud infol. Ülemaailmse Reeperatmosfäärireeperatmosfääri mudelit hakati arendama 1970. aastatel ja see on [[International Union of Radio Science]] (URSI) ja [[Committee on Space Research]] (COSPAR) organisatsioonide koostööprojekt. Eesmärgiks on võetud anda infot standardse ionosfääri parameetrite kohta kogu maailmas kuni 1000 km kõrguses atmosfääris.

[[Äkiline ionosfääri häiring|Äkilised Ionosfääriionosfääri Häiredhäiringud]] (Sudden Ionospheric Disturbances) – päikesePäikese suure aktiivsuse perioodil jõuab ionosfääri alumistesse kihtidesse niipalju ioniseerivat kiirgust, et laengute tihedus[[laengutihedus]] muutub piisavalt suureks, et elektromagnetilisi laineid saab peegeldada ka kõige alumine ionosfääri kiht, mis oma õhuosakeste tiheduse tõttu neid osaliselt või täielikult neelata võib. Selline nähtus on lühiajaline, aga häirib tugevalt maapealseid kommunikatsioone, mis kasutavad pikalainelist kiirgust (raadiolaineid).<ref name="kallenrode" />

[[Geomagnetiline torm]] ehk [[magnettorm]] – [[päikesepurse]]te poolt põhjustatud magnetosfääri voogude (laetud osakeste suunatud liikumine magnetvälja mõjul) häiring, mis kestab harilikult 1-31–3 päeva ja mille poolt põhjustatud ioonide kontsentratsiooni tõus ja [[Maa (planeet)]] magnetvälja tugevuse muutused on mõõdetavad üle terve maailma. Päikese aktiivsuse tippperioodil võib esineda paar korda kuus, madalseisu ajal paar korda aastas.<ref name="vanhamäki">H. Vanhamäki, ''Theoretical modeling of ionospheric electrodynamics including induction effects '' (Finnish Meteorological Institute, Helsinki, 2007)</ref> Geomagnetilise tormiga võib kaasneda teine nähtus – [[alamtorm]], mille jooksul toimub väiksemamõõtmeline osakeste ergastumine ja magnetvälja voogude ümberpaiknemine magnetvälja saba (Päikesest eemale suunatud väljavenitatud Maa [[magnetväli|magnetvälja]] osa) piirkonnas, Maa ööpoolsel küljel. Kestab ligikaudu 1-31–3 tundi, on seadmete poolt registreeritav peamiselt 60. laiuskraadidest pooluste poole jäävas piirkonnas.

[[Qb50]] on alles planeerimisjärgus 50 ''[[CubeSat]]'' standarditele vastavast [[satelliit|satelliidist]] koosnev senini kõige põhjalikum ionosfääri alumise poole ''in situ'' seirevõrgustik.<ref>[http://www.qb50.eu Qb50 projekti koduleht]</ref>

12. detsembril [[1901]] saadeti oletatavasti esimene atlandiüleneAtlandi-ülene [[raadiosignaal]] [[Inglismaa]]lt [[Cornwall]]ist [[Kanada]]sse, [[Newfoundland]]i, kus selle võttis vastu [[Guglielmo Marconi]]. Signaal sisaldas [[morsekood]]is tähte [[S]] ning pidi selle maa läbimiseks kaks korda ionosfäärilt tagasi peegelduma. Eksperimendi õnnestumises kahtlejaid oli varemgi, aga eelmise sajandi viimasel kümnendil hakkas laiemalt levima arvamus, et see saavutus ei olnud tolle aja tehnikat arvestades siiski võimalik ning et Marconi tõlgendas mingi kõrvalise müra oodatavaks signaaliks.<ref name="belrose">John S. Belrose, "[http://www.ieee.ca/millennium/radio/radio_differences.html Fessenden and Marconi: Their Differing Technologies and Transatlantic Experiments During the First Decade of this Century]". International Conference on 100 Years of Radio -- 5–7 September 1995.</ref>

Esimene tõendatav õnnestunud katse toimus aasta hiljem, [[1902]] oktoobris, mille käigus saadeti [[Poldhu]]st (Cornwallist), signaal [[Nova Scotia]]sse, [[Sydney sadam]]asse itaalia [[ristleja]]le, millel viibis ka Marconi<ref name="belrose" />.

1902. aastal pakkus [[Oliver Heaviside]] välja idee atmosfäärikihist, mis võimaldab saata raadiolaineid Maa kumeruse taha. Samal ajal avastas [[Arthur Edwin Kennelly]] mõningad ionosfääri elektrilisi omadused, ning nende mõlema järgi sai nimetuse [[FE-kiht (ionosfäär)|Kennelly-Heaviside´i kiht]], mida praegu nimetatakse ka FE-kihiks.