Ionosfæren

Ionosfæren er den øvste delen av jordatmosfæren og skil seg frå atmosfæren under ved at han vert ionisert av solstråling. Han spelar ei viktig rolle i atmosfærisk elektristet og dannar den indre grensa av magnetosfæren. Mellom anna spelar ionosfæren ei viktig rolle innan radiokommunikasjon fordi han reflekterer radiobølgjer til fjerne stader på jorda. Ionosfæren ligg innanfor termosfæren.

Tradisjonelt, og hovudsakleg av historiske årsaker, vert ionosfæren delt inn i tre område eller lag: D-, E- og F-laget. D-laget er den lågaste delen av ionosfæren og strekkjer seg frå 60 til 90 km. Elektrontettleiken er her forholdsvis låg og er typisk 10⁹ elektron per m³, og aukar jamt med høgda. Berre radiobølgjer med låg frekvens (eller lang bølgjelengd) vert reflektert i dette laget, men bølgjer med høgare frekvens kan verte kraftig dempa når dei passerer D-laget. Dette laget forsvinn nesten heilt på nattestid.

E-laget ligg mellom 90 og 150 km og er den delen av ionosfæren som først vart oppdaga. Det vart tidlegare ofte kalla Heaviside-laget. Normalt er elektrontettleiken størst kring 120 km med kring 10¹¹ elektron per m³, men det finst store variasjonar. E-laget har høgaste konduktans av områda i ionosfæren og gjev grunnlag for sterke elektriske straumar, såkalla elektrojetstraumar, særskild i polarlysovalen og noko svakare over ekvator.

F-laget, òg kalla Appletonsjiktet, er det øvste laget, over 150 km, og er gjerne vidare delt inn i F1- og F2-laget. F1-laget forsvinn derimot om natta. F-laget er den delen av ionosfæren som er viktigast for radiokommunikasjon. Dei fleste kortbølgjesambanda over lange avstandar baserer seg på refleksjon av radiobølgjene i dette laget. Den høgaste elektrontettleiken i ionosfæren finn ein kring 250-300 km høgd der tettleiken er kring 10¹² per m³.

Den lågaste delen av jordatmosfæren vert kalla troposfæren og strekkjer seg frå overflata til ei høgd på om lag 10 km. Delen av atmosfæren over troposfæren vert kalla stratosfæren og over der igjen ligg mesosfæren. Det er i stratosfæren at det innkomande solstrålinga dannar ozonlaget. I ei høgd på 80 km over jordoverflata byrjar termosfæren og her er atmosfæren så tynn at frie elektron kan eksistere i korte augneblink før dei vert fanga av det næraste positivet ionet. Talet på desse frie elektrona er høgt nok til at dei kan påverke radioforplanting. Denne delen av atomsfæren er ionisert, inneheld plasma og vert omtalt som ionosfæren. I ein plasma trekk dei negative frie elektrona til seg positive ion på grunn av den elektromagnetiske krafta, men dei er for energirike til å henge saman i eit elektrisk nøytralt molekyl.

Solstråling som ultrafiolett stråling (UV) og røntgenstråling, som har kortare bølgjelengd vert rekna for å vere ioniserande sidan foton ved desse frekvensane kan rive laus eit elektron frå eit nøytralt gassatom eller molekyl under ein kollisjon. Samtidig startar ein motverkande prosess kalla rekombinasjon der eit fritt elektron vert «fanga» av eit positiv ion viss dei kjem nær nok kvarande. Sidan gasstettleiken minkar med høgda er denne rekombinasjonsprosessen større i lågare høgder sidan gassmolekyla og iona ligg nærare kvarandre.

Ioniseringar er stort sett avhengig av sola og aktiviteten hennar. Mengda ionisering i ionosfæren varierer stort etter kor mykje stråling laget mottar frå sola. Derfor er det ein dagleg variasjon og ein årstidsvariasjon. Om vinteren, når jorda heller bort frå sola får laget mindre solstråling. Solaktiviteten er assosiert med solflekksyklusen og ein får meir solstråling når sola har fleire solflekkar. Strålinga som laget får varierer òg med den geografiske plasseringa, om ein t.d. er over polane eller lenger mot ekvator). Det finst òg mekanismar som forstyrrar ionosfæren og minkar inoiseringar. Dette kan vere forstyrringar som solutbrot og dei ladde partiklane som vert ført med solvinden til Jorda. Desse partikalne vekselverkar med det geomagnetiske feltet til jorda.

Regulære, bølgjeliknande tettleiksvariasjonar i ionosfæren vert kalla ionosfærebølgjer.