Номер 4, страница 88 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

4. В чем причина появления ионосферы?

4. В чем причина появления ионосферы?

Ионосфера — это ионизированная часть верхних слоев атмосферы Земли, которая простирается примерно от 60 до 1000 км над поверхностью. Основная причина её существования — это воздействие на атмосферные газы коротковолнового солнечного излучения, в первую очередь ультрафиолетового (УФ) и рентгеновского.

Процесс, приводящий к появлению ионосферы, называется фотоионизацией. Когда фотоны солнечного излучения с высокой энергией $h\nu$ (где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота излучения) сталкиваются с нейтральными атомами и молекулами газов (в основном кислородом и азотом), они могут выбить из них электроны. В результате этого образуются положительно заряженные ионы и свободные электроны. Пример такой реакции для молекулярного кислорода: $O_2 + h\nu \rightarrow O_2^+ + e^-$. Совокупность этих ионов и электронов, смешанных с нейтральными частицами, и образует ионосферу, которая по своей сути является слабоионизированной плазмой.

Формирование ионосферы именно в виде слоя на определённых высотах объясняется балансом двух факторов: плотности атмосферы и интенсивности проникающего излучения. На очень больших высотах (выше 1000 км) плотность газа слишком мала, и, несмотря на сильное излучение, происходит мало актов ионизации. На более низких высотах (ниже 60 км) плотность газа велика, но большая часть ионизирующего излучения уже поглощена вышележащими слоями атмосферы. Таким образом, максимальная концентрация ионов и электронов наблюдается на тех высотах, где имеется оптимальное сочетание достаточного количества частиц газа и ещё достаточно мощного потока солнечного излучения.

Степень ионизации атмосферы непостоянна и сильно зависит от активности Солнца. Днём, когда Земля освещена Солнцем, процессы ионизации преобладают, и плотность ионосферы максимальна. Ночью, в отсутствие солнечного света, новые ионы и электроны не образуются, а существующие начинают рекомбинировать (соединяться обратно в нейтральные атомы), что приводит к значительному уменьшению ионизации. Также плотность ионосферы меняется в зависимости от 11-летнего цикла солнечной активности.

Небольшой вклад в ионизацию также вносят галактические и солнечные космические лучи, особенно в нижних слоях ионосферы и в полярных областях.

Ответ: Основная причина появления ионосферы — это ионизация атомов и молекул газов в верхних слоях атмосферы под действием коротковолнового (ультрафиолетового и рентгеновского) излучения Солнца.