전리층

플라즈마 상태

열운동과 전자기력으로 인해어떤 분자로부터 빠져나온 전자는 전자를 잃은 다른 양이온과 충돌하여 복합될 수도 있고, 중성 분자와 일시적으로 결합하여 음이온을 만들 수도 있습니다. 전리층에서는 전리 및 복합이 끊임없이 진행되지만, 한 지역 내에서 자유전자와 음이온의 농도가 양이온의 농도와 거의 같기 때문에 전체적으로 전기적 중성을 나타냅니다. 이것은 물질의 네 번째 상태이며, 이를 플라스마 상태라고 합니다. 전리층의 온도는 최고 1000K를 넘지 않는 차갑고 약한 플라즈마입니다.

태양복사의 각종 성분 대기에 대한 작용은 다릅니다. 짧은 자외선과 X선은 대기를 전리시키고, 긴 자외선은 대기 분자를 단일 원자로 분해하며, 더 긴 자외선은 O2를 O3으로 변화시킵니다. 미립자 흐름은 대기의 전리와 높아진 온도 등 다양한 작용을 일으킬 수 있습니다. 태양 복사가 대기를 통과할 때 흡수되어 감쇠합니다. 같은 기층을 통과하면 복사의 파장이 짧을수록 감쇠가 많아집니다. 따라서 파장이 긴 자외선만이 지면에 도달할 수 있고, 대기의 성분도 자외선을 흡수함에 따라 고도에 따라 달라집니다.

 

이온층 내 이온의 분포

연구와 로켓 실측으로 밝혀졌습니다. 약 90km의 고도 이하의 대기 분자량은 큰 변동이 없지만, 고도 l0~50km의 범위 내에서 O3 함량의 백분수가 커서 대략 20~35km 정도의 크기입니다. 35~40km 이상에서 NO가 나타납니다. 90km 이상 O2는 산소원자로 분해되기 시작하고 더 높은 곳에서도 N2가 분해되기 시작하며 약 100km 이상에서 대기의 주성분은 O, N2, N입니다. 약 500km 이상에서는 N2와 O2가 존재하지 않습니다. He와 H 함량의 백점수는 점점 증가합니다. 2000km 이상 가면 이 두 종류의 원자밖에 없습니다.

대기 분자는 밖으로 흩어집니다. 이러한 추세는 지구의 중력에 대항한 결과, 대기압은 고도에 따라 지수 법칙에 따라 감소합니다. 각 성분에 포함된 이온의 수는 어느 고도에서 최대치를 나타낼 수 있습니다만, 여러 요소(지자계 포함)가 전리층에 동시에 작용하고 하전 입자의 이동, 산일한 결과, 실제 이온 농도의 변동은 몇 가지 성분 이론적 분포의 중첩이 아닙니다. 대체로 음이온은 70km(낮) 또는 90km(밤) 이하에서만 존재하며 주로 농도가 거의 같은 양리입니다. 자와 자유전자 농도는 고도의 분포곡선을 따라 어느 고도에 머물며, 이러한 고도는 전자기파의 반사에 중요한 역할을 합니다. 각 구역은 아래에서 위로 D층(지상 40~90km), E층(약 90~160km), F층(수천km 밖으로 뻗어있음)으로 명명합니다.

전자의 농도는 높이에 따라 달라지는 천은 시간, 계절, 태양의 활동적인 영향을 많이 받아 농도값과 각 구의 범위가 정해져 있는 것이 아닙니다. 밤에는 태양을 받지 못해 저층 대기의 밀도가 높고 복합이 강해 D층이 사라지고 E, F층의 전자 농도가 1, 2단계 낮아집니다. 우연히 E층에서는 Es층이 나타나 50MHz 정도의 전자파를 반사할 정도로 농도가 높으며 수명이 수시간 또는 그 이상입니다. 태양 표면에 흑점이 많아 많은 양의 입자류가 분출될 때,F층은 열팽창으로 농도가 크게 떨어져 단파통신이 몇 시간 내지 수십 시간 동안 끊길 수 있습니다. 이런 경우는 고위도 지역에서 좀 심합니다. 전리층은 색산성 매질 굴절률이 허수가 될 때 전자파는 차단 감쇠를 받아 전파되지 않습니다.

 

 

전리층에서 자유 전자의 움직임

전리층의 자유전자는 전기장의 작용 하에서,그 운동방식은 무작위적인 열운동과 규칙적인 진동이 겹쳐지는 것입니다. 다른 무거운 입자와 충돌할 때 진동 에너지는 충돌된 입자에 의해 흡수되며, 이러한 운동 에너지는 전자에 힘을 가하는 전자기장에 의해 유동화되기 때문에 충돌에 의해 전자파가 흡수 감쇠됩니다. D층에서는 높은 대기밀도로 충돌 빈도가 초속 약 8×107회 F층에서는 태양이 폭발할 때(열소동) 이외에는 충돌을 거의 무시할 수 있습니다. 전리층에서의 자유 전자의 운동은 지자계의 것도 수용합니다. 전자열운동의 궤적은 직접선이 아닙니다. 전리층에 외신 자장 작용이 있을 때, 전리 정도가 약하기 때문에 전하 간의 상호 작용 및 전자파의 자기장이 전자에 미치는 작용이 상대적으로 약합니다. 전자파의 유기적인 운동을 결정하는 힘은 전자파의 전기장과 지자장에서 나옵니다. 지자계 전력의 방향은 지자계 및 전자속도가 공통되는 평면에 직교하여 전자가 항상 횡가속도를 얻으므로 전자의 규칙적인 진동이 전장과 일직선이 되지 않으므로 등가전극화강도 벡터와 전기장강도 벡터가 동등합니다. 양이 평행하지 않습니다. 전리층은 지자계에 있습니다. 이음새는 스핀의 이방성 중매질이 됩니다. 전리층의 등가 굴절률은 이중값 n1, n2이며, 파동의 전파 방향과 지자성 방향의 협각에 관계됩니다. n1, n2, 모두 실수인 경우 n1<n2입니다. 파동 전파 방향과 지자기 방향이 수직일 때 n2는 지자기장과 무관하므로 심상 굴절률, n1은 이상 굴절률이라고 합니다.

이온층은 결코 전체 정적이 아닙니다. 그리고 거기에는 무작위적인 흐름이 존재합니다. 하전입자의 분포는 평균값에 무작위로 겹쳐져 있고, 일부 지역에서는 농도가 높은 덩어리가 존재할 수 있으며, 덩어리도 수시로 변동합니다. 전리층 미세구조 탐지와 메커니즘 분석이 눈길을 끌고 있습니다.