İyonosfer

İyonosfer, Dünya atmosferinin elektrikle yüklü parçacıklar içeren üst bölümüdür. Deniz seviyesinden yaklaşık 48 kilometreden 965 kilometreye kadar uzanır; mezosferin bir kısmını, termosferi ve ekzosferin bir bölümünü kapsar. Ayrı bir katman değil, atmosferin bu yükseklikteki iyonlaşmış hâlidir ve manyetosferin iç sınırını oluşturur. Atmosferin katmanları Dünya'nın atmosferi sayfasında anlatılıyor.

Nasıl işler?

Güneş'in morötesi ve X ışınları, üst atmosferdeki azot ve oksijen atomlarıyla moleküllerinden elektron koparır. Ortaya çıkan serbest elektronlar ve iyonlar, gazı seyrek bir plazmaya dönüştürür. İyonlaşma güneşe bağlı olduğu için gece ile gündüz arasında büyük fark vardır.

İyonosfer, elektron yoğunluğuna göre katmanlara ayrılır. En alttaki D katmanı 60-90 kilometrededir ve geceleri neredeyse kaybolur. 105-160 kilometredeki E katmanı, öngörücüleri anısına Kennelly-Heaviside katmanı diye de anılır. En yüksekteki F katmanı gündüz F1 ve F2 diye ikiye ayrılır; 200 kilometreden 800 kilometrenin ötesine uzanan F2 katmanı gece gündüz varlığını korur ve radyo dalgalarını yansıtan başlıca bölgedir.

Katmanlar radyo dalgalarını farklı biçimde etkiler. D katmanı düşük frekanslı dalgaları emer; bu dalgalar ancak D katmanının kaybolduğu gece saatlerinde üst katmanlara ulaşabilir. Daha yüksek frekanslar D katmanını geçip E ya da F katmanında geri kırılır. Yeterince yüksek bir frekansta ise dalga bütün katmanları aşıp uzaya kaçar. Bilim insanları iyonosferi, 0,5-25 megahertz arasında darbeler gönderip yankılarını dinleyen iyonosonda denen cihazlarla düzenli olarak ölçer.

Örnekler

Kısa dalga radyo yayınlarının okyanus aşırı uzaklıklara ulaşabilmesi iyonosfer sayesindedir: sinyaller bu katmanda kırılıp yere geri döner. Guglielmo Marconi 12 Aralık 1901'de ilk Atlantik ötesi radyo sinyalini aldığında, sinyalin Atlantik'i aşabilmesi için iyonosferden yansıması gerekiyordu; bu açıklamaya itiraz eden araştırmacılar da olmuştur. 1902'de Arthur Kennelly ve Oliver Heaviside birbirinden bağımsız olarak bu katmanın varlığını öne sürdü. Edward Appleton 1924'te katmanı deneyle saptadı ve bu çalışmalar ona 1947'de Nobel Fizik Ödülü kazandırdı. "İyonosfer" adını 1926'da İskoç fizikçi Robert Watson-Watt önerdi. İyonosferi incelemek için fırlatılan ilk uydulardan biri, 1962'de yörüngeye çıkan Kanada uydusu Alouette 1'dir.

Güneş'in etkinliği iyonosferi doğrudan sarsar. Güçlü bir Güneş patlaması D katmanını aşırı iyonlaştırır ve gündüz tarafında kısa dalga radyo yayınlarını saatlerce kesebilir. Jeomanyetik fırtınalar sırasında F2 katmanı bozulup parçalanabilir, kutup bölgelerinde ise kutup ışıkları görülür. Güneş patlamalarıyla gelen yüksek enerjili protonlar kutup bölgelerinde radyo sinyallerini emerek ortalama 24-36 saat süren kesintilere yol açabilir.

E katmanında zaman zaman beliren ve olağandan çok yoğun olan "seyrek E" bulutları ise 100 megahertze kadar radyo dalgalarını yansıtabilir. Birkaç dakikadan saatlere kadar süren bu olaylar, orta enlemlerde en çok yaz gündüzlerinde görülür ve göktaşlarından kalan metal iyonlarıyla ilişkili olabilir.

Neden önemli?

Uydu sinyalleri yere ulaşırken iyonosferden geçer ve bu geçişte yolları bükülür, varışları gecikir. GPS alıcıları bu gecikmeyi hesaba katmak zorundadır; GPS'te 1970'lerde geliştirilen Klobuchar modeli, Avrupa'nın Galileo sisteminde ise NeQuick modeli kullanılır. İyonosferi anlamak, kısa dalga haberleşmeden uydu konumlamaya kadar pek çok sistemin güvenilirliği için gereklidir.

İlgili terimler

• Termosfer
• Manyetosfer
• Kutup ışıkları
• Jeomanyetik fırtına
• Uzay havası