к

1000 800 600 иоо

Алина волны,А

Рис. 8,5. Зависимость сечений фотоионизации молекулярного кислорода и азота от длины волны в ультрафиолетовом диапазоне частот [424]

изменяется в пределах 10 -10 см и имеет область максимума в интервале X да 1525 А, где а, да (2-30).Ю см.

Высотные зависимости продукции электронов до высоты z да 350 км, рассчитанные с помощью различных данных о высотном распределении концентрации составляющих атмосферы (см. § 7), о спектральном распределении потока излучения Солнца (см. табл. 8.2 и 8.3) и частотной зависимосш сечения поглощения (см. табл. 8.4), приведены на рис. 8.6.

На рис. 8.6, а показана высотная зависимость суммарной продукции

2/,==/(0-)H-/(N)4-/(Ot)

(8.12)

для различных зенитных углов Солнца (х=0 на экваторе) 1420]. Зависимости / (Oj), / (NJ) и / (0+) и их сумма, приведенные на рис. 8.6, б, в, рассчитаны для других моделей атмосферы [408, 412].

Таблица 8.4

Сечение поглощения и сечение фотоионизации с - основных компонент ионосферы в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах частот [412, 420-425]

X, А

<7/. см 10

3/, см . 10

1030-1000 1000-911 911-796 796--700 700-600 600-500 500-400 400-300 300-230 230-170 170-110 110-80 80-60 60-30 30-20 20-10 10-5 5-3 3-1

1,2-1,3 1,4-11

7-27 20-35 23-39 27-30 23-27 20-22 11-18 7-11 2-5 1,4-2 0,8-0,93 0,2-0,44 0,09-0,16 0,27-0,6 0,075 0,012 0,002

2,6-3,3

3,3-8

8,3-12,5

13-15 11-13

8-12 6,5-9 2,5-7

2-2,8 0,7 0,4 0,1-0,2

0,045 0,13-0,35

0,037

0,006

0,001

0,1 0,4-8,0

1-37 9,7-71 22-27 23-26 13-25 5-13 3,6-10 2,2-3,1 1,4-2 0,5-0,7 0,37-0,55 0,07-0,27

-1,0 0,07-0,27 0,045 0,0065 0,0015

0,9-1,1 2,8-5,5 4-15 11-25 22-37 25-26 23-24 17-22 11-18 7-16 4,2-9 1,4-5,7 0,8-3,6 0,2-3,5

0,09 0,2-3,5 0,037 0,012 0,002

2,7-5

3,3-8,1

8,3-12,5

13-15

11-13

8-11 6,7-10 3,4-8

2-4,8 0,7-2,85 0,4-2,0 0,2-1,8

0,045 0,2-1,8

0,075

0,006

0,001

о о о

4,9-49 22-25 21-23 13-22 5-13 3,6-12 2,2-8 1,4-1,8 0,5-2,9 0,37-2,0 0,07-1,78

1,0 0,07-1,78 0,045 0,0065 0,0015

Продукция электроновJ,cMсек

Продукция электронов J, cjvicbk

Рис. 8.6. Зависимости продукции ионов 0J, О*, и суммарной продукции 2/у, рассчитанных в работах [408, 412, 420] для различных моделей атмосферы

Из этих даппых видно, что максимальная продукция электронов в общем соответствует высотам z 140160 км, где

{IiJj)max {S~Q)- 103 ионов/см сек. (8.13)

На высотах z = 130 и z = 300 км соответственно

(2yU.o(2-5). Ю- ионов/см. сек; (8. 14)

S-.Uaoo кл. (1-5)- 10 ионов/см сек. (8. 15)

В формировании основания области D ионосферы, как показано в ряде работ (см., например, [470, 471]), играет также роль ионизация за счет

80 ез

W 10 10 10 1

продукция ионов , смсек

Рис. 8.7. Высотные зависимости продукции ионов различного сорта в области D ионосферы (z 60 - 90 кж), вызванной эмиссионной линией Z (N0 ), рентгеном и космическими лучами (0 и Nt) [463]

ВЛИЯНИЯ первичных космических лучей, состоящих примерно и 80% протонов, 19% а-частиц и 1% тяжелых ионов. Влияние космических лучей проявляется, в частности, в зависимости концентрации электронов от геомагнитной широты и в появлении дополнительного слоя в области D. Продукция ионов, рассчитанная в работе [463] в области высот z да 60--90 км, показана на рис. 8.7. В расчетах учтена ионизация за счет космических лучей, рентгена и эмиссионной линии Lk; приведены кривые для двух моделей распределения N0, рекомендуемых в литературе.

2. Различные неупрутие столкновения зарядов

В предыдущем разделе речь шла об образовании положительных ионов и электронов (продукции /) в ионосфере, обусловленном фотоионизацией, были рассмотрены данные, от которых оно зависит. Рассмотрим теперь основные микропроцессы, приводящие к нейтрализации зарядов, к образованию отрицательных ионов, а также другие неунругие столкновения частиц.

Перезарядка - обменные ионно-молекулярные реакции. Прежде всего необходимо описать процесс, приводящий к исчезновению ионов одного типа и возникновению ионов другого типа. Эта реакция обмена зарядами, перезарядка ионов, играет очень большую роль в ионосфере, поскольку при этом образуются ионы молекул, которые быстро рекомбинируют, распадаясь на атомы. Это - главный процесс в нижней ионосфере (ниже NF2) и в низких областях внешней ионосферы, регулирующий баланс ионизации.

Рассматриваемая реакция записывается в виде

Х+ Ч- = -f Х

X + Y, = X, + Yr, -

где Xj, Yj, Х2 и Yg - соответственно нейтральные или ионизованные (индекс плюс) атомы и молекулы различного сорта. В уравнениях баланса ионизации для заряженных частиц этот процесс записывается членом общего типа:

где у(всж/сек) - коэффициент скорости обменной реакции; [Х+]и [XiY+1 - концентрации ионов соответствующего тина; n{Y) - концентрация нейтраль-пых молекул Y.

В ионосфере преимущественную роль играют ионно-молекулярные обменные реакции (табл. 8.5).

Таблица 8.5

Некоторые обменные ионно-молекулярные реакции в ионосфере и их скорости