Таблица 8.10

Отношение концентраций отрицательных ионов и электронов в коэффициенты рекомбинации и [416, 463, 465, 469, 470]

Из анализа временного хода полного числа электронов [уравнение (8. 72)1 наряду с ад можно получить значение Q. При этом предполагают, что ионизующее соответствующую область падающее излучение достаточно мало у основания ионосферы, т. е. Sq < S, или

-а sec 3 J ndz

<1>

так что

COSX.

(8. 75)

Комбинируя (8. 74) и (8. 75), из результатов измерений можно получить не только SJe на фиксированных высотах, по и значение

ш = ~ cos у

(8. 76)

и, если известен сорт частиц (потенциал ионизации) и их плотность, определить поток излучения и сечение ионизации.

ciiFm°CM%eK 7

06 Рв Ю 12 /4 16 f!8 20

Местное бремя

W /2

ю Ь 6

Ш 2 Ш ж Ш Ш и Месяцы

Рис, 8.10. Суточный ход коэффициента рекомбинации в области максимума F2

Рис. 8.11. Сезонный ход ночных значений коэффициента рекомбинации а в области максимумов EviF

а - а период слабой солнечной активности; б - в период сильной солнечной активности

Результатов подобного анализа экспериментальных данных еще очень мало, однако именно таким путем удалось впервые оценить значение потока энергии излучения Солнца, ионизующего атмосферу.

Разные опыты, проводившиеся преимущественно во время солнечных затмепий, позволили определить продукцию электронов J\ и полное число электронов Q (табл. 8.11). С учетом различных особенностей поведения области F2 летом на основе этих данных можно также получить значения S.

Таблица 8.11

Продукция электронов 7о = ,7/(1 + и полное число электронов Q = SJSi, полученные при радиоисследоваииях ионосферы

По данным табл. 8.11 можно оценить эффективные сечения о с помощью формулы (8. 76), используя приведенные выше плотности нейтральных частиц п. Получаем

110-130 м 1,5 . 10-21-6 . 10-20 см (8. 77)

CJ200 км 10-18--6 . 10- см ; (8. 78)

ш~3оокм2.. . 10-18 см{\) (8. 79)

Подобный метод расчета с, по-видимому, сможет дать хорошие результаты лишь при обработке результатов единого опыта, в котором одновременно определяются значения Jq, SJb. и п. Однако все же обращает на себя внимание одно весьма важное обстоятельство, обнару?кенное при анализе различных результатов радиоисследований. Из (8. 79) следует, что для области, близкой к максимуму F2, радиоисследования ионосферы дают часто эффективные значения о, превышающие в 100 раз и более наибольшие из известных значений эффективного сечения фотоионизации. Для более низких высот определяемые из опытов подобного же типа значения о не противоречат известным данным. Большие значения о, которые при обработке некоторых результатов опытов достигают 10 * см 186], частично могут быть следствием недостаточной точности анализа экспериментальных данных, однако это обстоятельство, по-видимому, свидетельствует о необходимости уточнения исходных уравнений, использованных для анализа данных в области F2.

§ 9. ТЕОРИЯ ПРОСТОГО СЛ0Я1

Мы уже видели, что расчет образования ионосферы, который сводится к решению уравнения баланса ионизации, - нелегкая задача, ибо необходимо учитывать множество процессов и функциональная зависимость характеризующих их параметров очень сложна. Построить общую стройную математическую теорию ионосферы весьма затруднительно.

Все же в ряде случаев достаточно ограничиваться простыми теоретическими моделями ионосферы. В первом приближении на их основе можно

Обычно его называют слоем Чепмена.

§ 9. Теория простого слоя

анализировать экспериментальные данные и получать общие представления и данные об основных величинах, характеризующих ее структуру. Естественно, что этим путем шло развитие исследований ионосферы. Использование таких простых моделей, однако, не утеряло своей ценности и в настоящее время для анализа ряда результатов исследований ионосферы Земли, и, по-видимому, будет играть значительную роль при исследовании ионосфер других планет.

Уже в первые годы после экспериментального обнаружения ионосферы была предложена простая, достаточно стройная теория образования ионосферы для высотной зависимости нейтральных частиц, описываемой с помощью барометрической формулы

n-Tifi ехр

{9-1)

при r=const.

При этом предполагался лишь один сорт ионизуемых частиц и монохроматическое излучение, ионизующее эти частицы. Дальнейшее использование получаемых в результате такого расчета формул, характеризующих так яазываемь!й простом слом, лоназало, что в ряде случаев они довольно хорошо описывают экспериментальные данные и позволяют получать на их основе сведения о плотности нейтральных частиц, температуре и других величинах верхней атмосферы, особенно в области Е. Именно таким путем впервые были исследованы указанные величины в верхней атмосфере, и до настоящего времени роль таких расчетов с помощью уравнения простого слоя не уменьшилась. В ряде работ такого тина учитывается также высотный ход температуры.

Ниже кратко излагается теория простого слоя для плоской, а затем для сферической Земли.

Как мы видели, продукция электронов описывается уравнением

ехр О sec у \ ndz I i J

(9.2)

или, подставляя в (9. 2) равенство (9. 1), нетрудно получить

7 °с0

щ ехр

- ollsecyne-/,

(9. 3)

I. е. высотную зависимость J. Вычисление dJIdzO непосредственно определяет значения всех параметров па высоте, где продукция плектронов максимальна:

ехр -~=(зЛпо8есХ;

Х=- cos у:

cos X all

(9.4) (9.5) (9. 6)

Используя выражения (9.4)-(9.6), можно формулу (9. 3) переписать в виде

(9.7)

/ = ехр