Hintergrund

Die Ionosphäre ist die Grenzschicht zwischen der neutralen Atmosphäre der Erde und dem sie umgebenden ionisierten , magnetisierten Gas, das als Magnetosphäre bezeichnet wird (technisch gesehen ist die Ionosphäre Teil der Thermosphäre der Erde ). In geringen Höhen können die Wechselwirkungen zwischen Ladung und Neutral eine dominierende Rolle spielen und sogar die Dynamik des Gases steuern (z. B. können neutrale Winde geladene Teilchen herumschieben und in einigen Fällen die Funkkommunikation beeinträchtigen). In größeren Höhen (z. B. F-Schicht und darüber) beginnt sich das Gas mehr wie ein quasi neutrales Gas zu verhalten, das ein kollektives Verhalten zeigt, das auf langreichweitigen Kräften basiert, die als Plasma bezeichnet werden .

Ich sollte jedoch anmerken, dass das Gas auch in geringeren Höhen als Plasma charakterisiert werden kann. Die Unterscheidung ergibt sich weitgehend aus dem Bereich, in dem Radiowellen von Schwankungen der freien Elektronendichte beeinflusst werden, die die lokale Plasmafrequenz bestimmen ($\omega_{pe}^{2} = \tfrac{n_{e} \ e^{2}}{\varepsilon_{o} \ m_{e}}$).

Rekombination

Die volumetrische Rekombinationsrate ist definiert als (für ein Elektron-Proton-Plasma) :

Der Koeffizient der Rekombinationsrate hängt ungefähr wie folgt von der Temperatur ab$\alpha \propto T^{-1/2}$, daher sinkt bei höheren Temperaturen die Rate. Die Rekombinationszeit – die Dauer, die erforderlich ist, um ein Plasma in einem gegebenen Volumen zu neutralisieren – hängt umgekehrt von der freien Elektronendichte und ab$\alpha$, oder$t_{rec} \approx \left( n_{e} \ \alpha \right)^{-1} \sim \sqrt{ \tfrac{T}{n_{e}^{2}} }$.

Der Gesamtionisationszustand des Gases wird allgemein durch die Saha-Gleichung definiert .

Also wollte ich wissen, warum die Rekombinationsrate in der F2-Schicht sehr niedrig ist.

Dies ist auf die Zunahme der Dichte und Temperatur zurückzuführen, die verursacht wird$t_{rec} \sim \sqrt{ \tfrac{T}{n_{e}^{2}} }$erhöhen. Das heißt, die Zeit, die zum Neutralisieren des Gases benötigt wird, wird in diesem Bereich aufgrund der zunehmenden Dichte und Temperatur viel größer. Es gibt auch das Problem, dass weniger schwere Ionen (z. B. Sauerstoff) vorhanden sind, was die Gesamtionisationsrate verringert.

Interessante Beispiele

Eine Strömgren-Kugel beschreibt die Grenze zwischen überwiegend neutralem und überwiegend ionisiertem Gas. Mit anderen Worten, es ist eine scharfe Grenze in der optischen Tiefe des Mediums gegenüber ionisierender Strahlung.