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電離層是怎樣形成的？有哪些主要特征？

添加時(shí)間：2018-10-15 10:17:37 來源：環(huán)球新時(shí)空信息技術(shù)研究院
　　地球高層大氣的分子和原子，在太陽紫外線、Χ射線和高能粒子的作用下電離，產(chǎn)生自由電子和正、負(fù)離子，形成等離子體區(qū)域即電離層。電離層從宏觀上呈現(xiàn)中性。電離層的變化，主要表現(xiàn)為電子密度隨時(shí)間的變化。而電子密度達(dá)到平衡的條件，主要取決于電子生成率和電子消失率。電子生成率是指中性氣體吸收太陽輻射能發(fā)生電離，在單位體積內(nèi)每秒鐘所產(chǎn)生的電子數(shù)。電子消失率是指當(dāng)不考慮電子的漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位體積內(nèi)每秒鐘所消失的電子數(shù)。帶電粒子通過碰撞等過程又產(chǎn)生復(fù)合，使電子和離子的數(shù)目減少；帶電粒子的漂移和其他運(yùn)動(dòng)也可使電子或離子密度發(fā)生變化。
 
　　從離地面約50千米開始一直伸展到約1000千米高度的地球高層大氣空域，其中存在相當(dāng)多的自由電子和離子，能使無線電波改變傳播速度，發(fā)生折射、反射和散射，產(chǎn)生極化的旋轉(zhuǎn)并受到不同程度的吸收。
 
　　大氣的電離主要是太陽輻射中紫外線和 X射線所致。此外，太陽高能帶電粒子和銀河宇宙射線也起相當(dāng)重要的作用。太陽輻射使部分中性分子和原子電離為自由電子和正離子，它在大氣中穿透越深，強(qiáng)度（產(chǎn)生電離的能力）越弱，而大氣密度逐漸增加，于是，在某一高度上出現(xiàn)電離的極大值。大氣不同成分，如分子氧、原子氧和分子氮等，在空間的分布是不均勻的。它們?yōu)椴煌ǘ蔚妮椛渌婋x，形成各自的極值區(qū)，從而導(dǎo)致電離層的層狀結(jié)構(gòu)。在電離作用產(chǎn)生自由電子的同時(shí)，電子和正離子之間碰撞復(fù)合，以及電子附著在中性分子和原子上，會(huì)引起自由電子的消失。大氣各風(fēng)系的運(yùn)動(dòng)、極化電場的存在、外來帶電粒子不時(shí)入侵，以及氣體本身的擴(kuò)散等因素，引起自由電子的遷移。電離層內(nèi)任一點(diǎn)上的電子密度，決定于上述自由電子的產(chǎn)生、消失和遷移三種效應(yīng)。在不同區(qū)域，三者的相對作用和各自的具體作用方式也大有差異。
 
　　在55千米高度以下的區(qū)域中，大氣相對稠密，碰撞頻繁，自由電子消失很快，氣體保持不導(dǎo)電性質(zhì)。在電離層頂部及其以上區(qū)域，大氣異常稀薄，電離的遷移運(yùn)動(dòng)主要受地球磁場的控制，稱為磁層。
 
　　電離層的主要特性，由電子密度、電子溫度、碰撞頻率、離子密度、離子溫度和離子成分等基本參數(shù)來表示。
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