Propagacja fali elektromagnetycznej

Struktura atmosfery ziemskiej

Atmosfera ziemska to gazowa otoczka Ziemi, która osiąga wysokość około 2 000 … 3 000 km. Część atmosfery istotna dla propagacji fal rozciąga się do wysokości około 500 km i dzieli się na:

• Troposfera,
• Stratosfera i
• Jonosfera.

Troposfera

Troposfera to najniższa część atmosfery ziemskiej pomiędzy powierzchnią Ziemi a wysokością około 11 km (36 000 stóp). Obszar ten charakteryzuje się mniej więcej liniowym spadkiem temperatury wraz z wysokością, aż do średnio -50°C. W troposferze mają miejsce wszystkie zjawiska pogodowe. Wszystkie zjawiska pogodowe zachodzą w troposferze.

Tropopauza jest warstwą graniczną pomiędzy troposferą a stratosferą i leży na średniej wysokości dziesięciu do dwunastu kilometrów w średnich szerokościach geograficznych. Oddziela ona troposferę, w której dominuje pogoda, od znajdującej się nad nią spokojniejszej stratosfery. W tropopauzie przeważają silne wiatry, zwane strumieniami odrzutowymi, które często osiągają prędkość wiatru do 400 km/h. W tej warstwie ruch na duże odległości może być realizowany bardzo ekonomicznie.

Stratosfera

Stratosfera, która jest określona między 11 a 80 km, ma w dolnym regionie część o stałej temperaturze między -40 a -50°C. W tym regionie tworzy się warstwa ozonowa. W tym rejonie tworzy się pas ozonowy, którego maksymalna gęstość ozonu występuje na wysokości około 25 km, osiągając maksymalną temperaturę około +50°C na wysokości 60 km.

Pas ozonowy jest odpowiedzialny za pochłanianie dużej części szkodliwego dla zdrowia promieniowania ultrafioletowego emitowanego przez słońce.

Jonosfera

Temperatura maksymalna na wysokości 60 km ponownie gwałtownie maleje w górnej części stratosfery i przechodzi przez minimum na wysokości około 80 km. Jest to początek jonosfery, która sięga do około 600 km.

W tej najwyższej części atmosfery ziemskiej duża część neutralnych cząsteczek powietrza jest stale jonizowana przez wysokoenergetyczne promieniowanie słoneczne (promieniowanie UV i gamma), stąd nazwa jonosfera. Oznacza to, że elektrony są uwalniane z wiązań atomowych przez te promienie, tak że jonosfera składa się w dużych obszarach z wolnych elektronów (ładunki ujemne) i dodatnio naładowanych pni atomowych, czyli jonów. Rozpoznawalne rozwarstwienie gęstości elektronowej oznaczono literami D, E, F₁ i F₂.

Największa gęstość jonizacji występuje w warstwie F₂ na wysokości około 300 km. Gęstości elektronowe zjonizowanych warstw w jonosferze zmieniają się dobowo i sezonowo oraz zależą od aktywności plam słonecznych. Pod wpływem promieni słonecznych wszystkie cztery warstwy D, E, F₁ i F₂ tworzą się w mniejszym lub większym stopniu, w dużej mierze pochłaniając promienie ultrafioletowe słońca. Reszta promieniowania UV, która nadal przechodzi, jest zatrzymywana w stratosferze przez pas ozonowy. W nocy warstwy D, E i F₁ znikają prawie całkowicie. W nocy pozostają resztki warstwy F1, która w dzień jest silnie zjonizowana.

Warstwa D odbija fale elektromagnetyczne w zakresie najdłuższych fal około 50 kHz. Krótsze długości fal są tłumione przez warstwę D.

Warstwa E tworzy się o wschodzie słońca i osiąga maksimum gęstości elektronowej w południe, ale nie znika całkowicie w nocy. Nad nim często można wykryć warstwę E₂.

Warstwa E_s (sporadic E layer) pojawia się nieregularnie w nocy w połączeniu z zorzami w postaci wędrujących chmur jonowych. Często umożliwia on nieoczekiwaną i być może niepożądaną łączność radiową.

Warstwa F₂ ma szczególne znaczenie praktyczne, ponieważ utrzymuje się w nocy w wyniku bardzo powolnego ponownego łączenia się elektronów i dodatnio naładowanych jonów. Zależy to silnie od aktywności słonecznej.