電離層を語る。

電離層とは

太陽はエネルギーの高い電磁波(紫外線、X線、ガンマ線)を放っている。
これら電磁波が熱圏内に入ると、気体の原子を電子とイオンに電離する。

電離された気体はプラズマ(電離ガス)の層を形成する。
これが電離層だ。

電離層は電波を吸収・反射する性質を持つ。
この性質によって電離層はD層、E層、F層に分かれている。

電離層は太陽のない夜間も存在する。
それは宇宙線の影響で大気が電離するからだ。
しかし、昼間と夜とでは電離層の様子も大きく異なっている。

太陽からの電磁波は高空ほど強い。
従って、高空ほど気体分子は電離されやすいことになる。
しかし高空は気体の密度が低い(空気が薄い)ため、電離ガスがあまり作られない。

反対に高度が低いと、電磁波が通過してくる距離が長くなるため、電磁波の強度が弱くなる。
さらに、気体分子を電離できたとしても、密度が高い(気体分子が混みあっている)ため、電子とイオンはすぐに再結合してしまう。
このため、低空では気体の電離を維持することができないのだ。

その結果、地上80kmから500kmの範囲の気体分子が、ちょうどよく電離された状態になる。

熱圏内の気体分子(窒素や酸素)子は、太陽からの放射線や宇宙線を受けて電離する。
このため、熱圏には電子密度の高い状態の領域が層状に存在することになる。
これが電離層である。

地上80kmから500kmの範囲の気体分子がすべて均一に電離されているわけではない。

大気中には、酸素分子、窒素分子など様々な成分がある。
これら成分の分布は高度によって異なっている。

成分ごとに電離のされ方が違っているので、性質の異なる3つの電離層が作られる。
D層、E層、F層だ。
最も下層の電離層がD層、中央がE層、上層がF層である。

電離層は太陽の影響で形成される。
従って、夜と昼では電離層の様子は大きく異なる。
例えば、F層は昼間はF1層、F2層に分離しているが、夜間にF層として一つになる。

また11年の周期の太陽活動サイクルにも影響を受ける。

短波は、低層のD層を楽々と通過するが、高層のF層では反射される。
このため、短波による通信は放送は長距離に届く。
長波はD層で反射するので、遠方へはとどかない。

電離層の異常が原因で通信障害が発生する現象をデリンジャー現象という。
太陽フレアによって放たれた放射線(ガンマ線、紫外線等)が電離層に作用し、デリンジャー現象が起こる場合が多い。
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太陽活動の影響を受けて、突発して発生する電離層をスポラディックE層という。
地上約100kmに出現するが、局地的である。

電離層の挙動や、それに伴う無線通信への影響を調査するために、大出力・高周波の電磁波を電離層に照射する実験プロジェクトがHAARPである。
HAARPは「ハープ」と読む。

2008/08/19