kotisivu |
hakemisto |
kartat |
kohteet |
ilmakehä |
Alin magneettikentän hallitsema osa on ionosfääri, joka sijaitsee termosfäärin alaosassa. Ionosfäärissä Auringon säteily hajottaa riittävästi atomeja ioneiksi, jotta ne voivat merkittävästi vaikuttaa radioaaltoihin. Matalilla radoilla kiertävät satelliitit liikkuvat juuri ionosfäärissä. Niiden ansiosta ionosfäärin tutkimus on viimeisinä vuosikymmeninä edistynyt huomattavasti.
Joulukuussa 1901 Guglielmo Marconi (1874-1937) onnistui lähettämään sähkötystä yli 3000 kilometrin matkan Cornwallista Newfoundlandiin. Tämän piti olla mahdotonta, koska radioaallot etenevät suoraviivaisesti, eivätkä voi taipua näin paljon horisontin taakse. Seuraavana vuonna Edisonin apulaisena työskennellyt Arthur Kennelly (1861-1939) ja hänestä riippumatta englantilainen insinööri Oliver Heaviside (1850-1925) antoivat ilmiölle selityksen: ilmakehässä on sähköäjohtava kerros, joka heijastaa radioaallot takaisin maanpintaa kohti. Aallot voivat myös heijastua merestä. Heijastumalla useita kertoja sopivan ilmakehän kerroksen ja meren välillä radiolähetys voi edetä vaikka maapallon toiselle puolelle.
Ionosfäärin heijastava vaikutus aiheutuu elektroneista. Jos elektroneja on harvassa, lyhytaaltoinen säteily pääsee etenemään niiden välitse suhteellisen vapaasti. Jos säteily on riittävän pitkäaaltoista, se ei näe elektronien välissä olevia aukkoja, vaan heijastuu. Kyseessä on oleellisesti sama syy, miksi radioteleskooppien antenneissa voidaan heijastavana aineena käyttää harvaa verkkoa, jos havaitaan pitkiä aallonpituuksia.
Ionosfäärin elektronitiheydestä siis riippuu, mitä aallonpituuksia se heijastaa. Elektronien määrä taas riippuu ionisoivan ultraviolettisäteilyn määrästä, ja kasvaa ylöspäin mentäessä.
Historiallisista syistä käyttöön on jäänyt tapa nimetä ionosfäärin kerroksia lähinnä niiden aiheuttamien vaikutusten perusteella. Alin kerros on nimeltään D-kerros, ja se sijaitsee noin 90 kilometrin korkeudella. Sen yläpuolella 90-140 kilometrin korkeudella on E-kerros, ja 140 kilometrin yläpuolella F-kerros. F-kerros jaetaan vielä alempaan F1-kerrokseen ja 250 kilometrin korkeudelta alkavaan F2-kerrokseen, jossa ionisaatio on kaikkein voimakkainta. Korkeudet ovat vain likimääräisiä. Lisäksi kerroksien ominaisuuksissa esiintyy vuorokauden- ja vuodenajoista riippuvaa vaihtelua.
Keskipäivällä Auringon säteily on voimakkainta
ja ionisoiva ultraviolettisäteily pääsee
tunkeutumaan syvälle ilmakehään. Ionosfääri
on silloin voimakkaimmillaan ja samalla sen
kerrokset ovat alimmillaan. Illalla ja aamulla
säteily on heikompaa, eikä pääse yhtä syvälle,
joten ionosfäärin kerrokset heikkenevät ja
kohoavat ylemmäksi. Yöllä ionisoivaa säteilyä
ei juuri ole, ja alimmat kerrokset voivat
kadota kokonaan. Vain F
Radioaaltojen heijastumisen kannalta tärkein
on juuri F2-kerros. Alemmat kerrokset
aiheuttavat lähinnä häiriöitä. Koska nämä
kerrokset heikkenevät tai katoavat kokonaan yöllä,
kuuluvuus on parasta yöaikaan. Siksi voimme
Suomessa kuunnella öisin keskipitkän alueen
radio-ohjelmia eri puolilta Eurooppaa. Päivisin
kuuluvuus on paljon heikompaa.
FM- ja televisiolähetyksissä käytetään niin
lyhyitä aallonpituuksia, ettei ionosfäärin
elektronitiheys riitä heijastamaan niitä. Siksi
niiden kantama rajoittuukin suunnilleen
näköetäisyydelle. Todellisuudessa tilanne
on hieman mutkikkaampi, mutta sen käsittely
veisi meidät liian kauas varsinaisesta aiheesta.
Tärkeimpiä ionosfäärin ioneja ovat O+2,
O+, N+2 ja NO+.
Ionisaatiossa vapautuva elektroni voi osua
O+2-ioniin ja hajottaa sen kahdeksi
neutraaliksi happiatomiksi. Se voi myös kohdata
typpioksidi-ionin ja hajottaa sen neutraaliksi
typpi- ja happiatomiksi.
Jos elektroni liikkuu nopeasti, sillä voi olla
enemmän energiaa kuin tarvitaan molekyylin
hajottamiseen. Ylimääräinen energia voi virittää
vapautuvat atomit korkeampiin energiatiloihin.
Kun tämä viritys sitten laukeaa, atomi säteilee
fotonin. Näin syntyvät fotonit havaitaan himmeänä
valona, jota kutsutaan
ilmahehkuksi.
Ionosfäärissä syntyy toinenkin merkittävä
valoilmiö: revontulet.
Ne aiheutuvat ilmakehään osuvista varatuista hiukkasista,
lähinnä elektroneista ja protoneista.