Ionosfeer

De ionosfeer is het geïoniseerde deel van de bovenste atmosfeer van de aarde, van ongeveer 48 km tot 965 km boven zeeniveau, een gebied dat omvat de thermosfeer en delen van de mesosfeer en exosfeer. De ionosfeer wordt geïoniseerd door zonnestraling. Het speelt een belangrijke rol in de atmosferische elektriciteit en vormt de binnenrand van de magnetosfeer. Het is van praktisch belang omdat het, naast andere functies, de radiovoortplanting naar verre plaatsen op aarde beïnvloedt. Het heeft ook invloed op GPS-signalen die door deze laag reizen.

Geschiedenis van de ontdekking

1901: Marconi brengt een transatlantische radioverbinding tot stand.

1902: Elektromagnetische golven planten zich alleen voort in rechte lijnen, althans in een homogeen medium. Om uit te leggen hoe de door Marconi uitgezonden radiotelegraafsignalen de ronding van de aarde konden omzeilen, stellen Heaviside in Engeland en Kennelly in Amerika zich het bestaan op zeer grote hoogte voor van lagen die radiogolven reflecteren: de Kennelly-Heaviside-lagen.

1925: De Engelse natuurkundige Appleton demonstreert experimenteel de aanwezigheid van de lagen voorgesteld door Heaviside en Kennelly. Deze lagen worden Appleton-lagen genoemd

1925: Kort na Appleton meten de Amerikaanse natuurkundigen Gregory Breit en Merle Antony Tuve de hoogte van de lagen van de ionosfeer met behulp van een radiopulszender

1929: Het woord ionosfeer, voorgesteld door Robert Watson-Watt, vervangt dat van Appleton-laag.

1931: Sydney Chapman ontwikkelt zijn theorie over de vorming van lagen van de ionosfeer door de werking van UV-straling van de zon.

1999: De International Reference Ionosphere, een model van de terrestrische ionosfeer, werd in 1969 geïntroduceerd door de International Radio-Scientific Union (URSI) in overleg met de Committee on Space Research (COSpAR)3, en wordt vervolgens elke seconde opnieuw besproken en gecorrigeerd jaar door een speciale internationale commissie. Dit model is sinds 1999 een internationale standaard.

Relatie tussen de atmosfeer en de ionosfeer

Geofysica

De ionosfeer is een schil van elektronen en elektrisch geladen atomen en moleculen die de aarde omringen, en zich uitstrekt van een hoogte van ongeveer 50 km tot meer dan 1.000 km. Het bestaat voornamelijk als gevolg van ultraviolette straling van de zon.

Het laagste deel van de atmosfeer van de aarde, de troposfeer, strekt zich vanaf het oppervlak uit tot ongeveer 10 km. Daarboven bevindt zich
de stratosfeer, gevolgd door de mesosfeer. In de stratosfeer ontstaat door binnenkomende zonnestraling de ozonlaag. Op een hoogte van meer dan 80 km in de thermosfeer is de atmosfeer zo dun dat vrije elektronen korte tijd kunnen bestaan voordat ze worden opgevangen door een nabijgelegen positief ion. Het aantal van deze vrije elektronen is voldoende om de radiovoortplanting te beïnvloeden. Dit deel van de atmosfeer is gedeeltelijk geïoniseerd en bevat een plasma dat de ionosfeer wordt genoemd.

Ultraviolet (UV), röntgenstraling en kortere golflengten van zonnestraling zijn ioniserend, omdat fotonen bij deze frequenties voldoende energie bevatten om bij absorptie een elektron uit een neutraal gasatoom of molecuul op te lossen. In dit proces verkrijgt het lichte elektron een hoge snelheid zodat de temperatuur van het gecreëerde elektronische gas veel hoger is (in de orde van duizend K) dan die van ionen en neutralen.
Het omgekeerde proces van ionisatie is recombinatie, waarbij een vrij elektron wordt gevangen door een positief ion. Recombinatie vindt spontaan plaats en veroorzaakt de emissie van een foton dat de energie wegvoert die bij recombinatie wordt geproduceerd. Naarmate de gasdichtheid op lagere hoogten toeneemt, heeft het recombinatieproces de overhand, omdat de gasmoleculen en ionen dichter bij elkaar staan. Het evenwicht
tussen deze twee processen bepaalt de hoeveelheid aanwezige ionisatie.

Ionisatie hangt voornamelijk af van de zon en zijn extreme ultraviolette (EUV) en röntgenstraling, die sterk varieert met de zonneactiviteit.
Hoe magnetisch actiever de zon is, des te meer zonnevlekkenactieve gebieden er op een bepaald moment op de zon zijn. Actieve gebieden op zonnevlekken zijn de bron van verhoogde coronale opwarming en daarmee gepaard gaande stijgingen van de EUV- en röntgenstraling, vooral
tijdens episodische magnetische uitbarstingen, waaronder zonnevlammen die de ionisatie aan de zonverlichte kant van de aarde verhogen en
zonne-energetische deeltjesgebeurtenissen die de ionisatie in de zon kunnen verhogen. de poolgebieden. De mate van ionisatie in de ionosfeer volgt dus zowel een dagelijkse cyclus (tijd van de dag) als de elfjarige zonnecyclus. Er is ook een seizoensafhankelijkheid in de ionisatiegraad, aangezien het lokale winterhalfrond van de zon af staat, waardoor er minder zonnestraling wordt ontvangen. De ontvangen straling varieert ook afhankelijk van de geografische locatie (polaire zones, poollichtzones, middelste breedtegraden en equatoriale gebieden). Er zijn ook mechanismen die de ionosfeer verstoren en de ionisatie verminderen.

Lagen van ionisatie

's Nachts is de F-laag de enige laag met significante ionisatie, terwijl de ionisatie in de E- en D-laag extreem laag is. Overdag worden de D- en E-lagen veel zwaarder geïoniseerd, net als de F-laag, die een extra, zwakker ionisatiegebied ontwikkelt dat bekend staat als de F1-laag. De F2-laag blijft dag en nacht bestaan en is het belangrijkste gebied dat verantwoordelijk is voor de breking en reflectie van radiogolven.

Ionosferische lagen

Ionosferische sublagen van nacht tot dag die hun geschatte hoogte aangeven

D-laag

De D-laag is de binnenste laag, 48 km tot 90 km boven het aardoppervlak. Ionisatie is hier te wijten aan Lyman-serie-alfa-waterstofstraling met een golflengte van 121,6 nanometer (nm) ioniserend stikstofmonoxide (NO). Bovendien kunnen zonnevlammen harde röntgenstralen genereren die N2 en O2 ioniseren. De recombinatiesnelheden zijn hoog in de D-laag, dus er zijn veel meer neutrale luchtmoleculen dan ionen.

Middenfrequente (MF) en lagere hoogfrequente (HF) radiogolven worden aanzienlijk verzwakt binnen de D-laag, omdat de passerende radiogolven ervoor zorgen dat elektronen bewegen, die vervolgens in botsing komen met de neutrale moleculen en hun energie opgeven. Lagere frequenties ervaren een grotere absorptie omdat ze de elektronen verder verplaatsen, wat leidt tot een grotere kans op botsingen. Dit is de belangrijkste reden voor de absorptie van HF-radiogolven, vooral bij 10 MHz en lager, met steeds minder absorptie bij hogere frequenties. Dit effect bereikt zijn hoogtepunt rond het middaguur en wordt 's nachts verminderd als gevolg van een afname van de dikte van de D-laag; slechts een klein deel blijft over als gevolg van kosmische straling. Een bekend voorbeeld van de D-laag in actie is het verdwijnen van afgelegen AM-omroepbandstations overdag.

Tijdens zonneprotongebeurtenissen kan ionisatie ongewoon hoge niveaus bereiken in het D-gebied boven hoge en polaire breedtegraden. Dergelijke zeer zeldzame gebeurtenissen staan bekend als Polar Cap Absorption (of PCA) gebeurtenissen, omdat de verhoogde ionisatie de absorptie van radiosignalen die door de regio gaan aanzienlijk verbetert. In feite kunnen de absorptieniveaus tijdens intense gebeurtenissen met vele tientallen dB toenemen, wat voldoende is om de meeste (zo niet alle) transpolaire HF-radiosignaaltransmissies te absorberen. Dergelijke gebeurtenissen duren doorgaans minder dan 24 tot 48 uur.

E-laag

De E-laag is de middelste laag, 90 km tot 150 km boven het aardoppervlak. Ionisatie is het gevolg van zachte röntgenstraling en ver-ultraviolette (UV) zonnestraling, ionisatie van moleculaire zuurstof (O2). Normaal gesproken kan deze laag bij schuine inval alleen radiogolven reflecteren met frequenties lager dan ongeveer 10 MHz en kan deze laag een beetje bijdragen aan de absorptie op frequenties daarboven. Tijdens intense sporadische E-gebeurtenissen kan de Es-laag echter frequenties tot 50 MHz en hoger reflecteren. De verticale structuur van de E-laag wordt voornamelijk bepaald door de concurrerende effecten van ionisatie en recombinatie. 's Nachts verzwakt de E-laag doordat de primaire bron van ionisatie niet meer aanwezig is. Na zonsondergang vergroot een toename van de hoogte van het E-laagmaximum het bereik waarnaar radiogolven kunnen reizen door reflectie van de laag.

Es-laag

De Es-laag (sporadische E-laag) wordt gekenmerkt door kleine, dunne wolken van intense ionisatie, die de reflectie van radiogolven kunnen ondersteunen, vaak tot 50 MHz en zelden tot 450 MHz. Sporadische E-gebeurtenissen kunnen slechts enkele minuten tot vele uren duren. Sporadische E-voortplanting maakt VHF-gebruik door radioamateurs erg spannend wanneer voortplantingspaden over lange afstanden, die doorgaans onbereikbaar zijn, zich openstellen voor tweerichtingscommunicatie. Er zijn meerdere oorzaken van sporadische E die nog steeds door onderzoekers worden nagestreefd. Deze voortplanting vindt in juni en juli elke dag plaats op de middelste breedtegraden van het noordelijk halfrond, waar vaak hoge signaalniveaus worden bereikt. De skipafstanden zijn over het algemeen ongeveer 1.640 km. De afstanden voor de voortplanting van één hop kunnen variëren van 900 km tot 2.500 km. Voortplanting van meerdere hoppen over 3.500 km is ook gebruikelijk, soms tot afstanden van 15.000 km of meer.

F-laag

De F-laag of -regio, ook bekend als de Appleton-Barnett-laag, strekt zich uit van ongeveer 150 km tot meer dan 500 km boven het aardoppervlak. Het is de laag met de hoogste elektronendichtheid, wat impliceert dat signalen die deze laag binnendringen, de ruimte in zullen ontsnappen. De elektronenproductie wordt gedomineerd door extreem ultraviolette (UV, 10–100 nm) straling die atomaire zuurstof ioniseert. De F-laag bestaat 's nachts uit één laag (F2), maar overdag vormt zich vaak een secundaire piek (genaamd F1) in het elektronendichtheidsprofiel. Omdat de F2-laag dag en nacht aanwezig blijft, is deze verantwoordelijk voor de meeste voortplanting van radiogolven en hoogfrequente (HF- of kortegolf) radiocommunicatie over lange afstanden.

Boven de F-laag neemt het aantal zuurstofionen af en worden lichtere ionen zoals waterstof en helium dominant. Dit gebied boven de piek van
de F-laag en onder de plasmasfeer wordt de ionosfeer aan de bovenzijde genoemd.

Ionosferisch model

Een ionosferisch model is een wiskundige beschrijving van de ionosfeer als functie van locatie, hoogte, dag van het jaar, fase van de zonnevlekkencyclus en geomagnetische activiteit. Geofysisch gezien kan de toestand van het ionosferische plasma worden beschreven door vier parameters: elektronendichtheid, elektronen- en ionentemperatuur en, aangezien er verschillende soorten ionen aanwezig zijn, de ionische samenstelling. Radiovoortplanting hangt op unieke wijze af van de elektronendichtheid.

Modellen worden meestal uitgedrukt als computerprogramma's. Het model kan gebaseerd zijn op de basisfysica van de interacties van de ionen en elektronen met de neutrale atmosfeer en zonlicht, of het kan een statistische beschrijving zijn gebaseerd op een groot aantal waarnemingen of een combinatie van natuurkunde en waarnemingen.

Aanhoudende afwijkingen van het geïdealiseerde model

Met ionogrammen kan via berekeningen de ware vorm van de verschillende lagen worden afgeleid. De niet-homogene structuur van het elektron/ion-plasma produceert ruwe echosporen, die voornamelijk 's nachts en op hogere breedtegraden en tijdens verstoorde omstandigheden worden waargenomen.

Winterafwijking

Op de middelste breedtegraden is de ionenproductie overdag in de F2-laag, zoals verwacht, hoger in de zomer, omdat de zon directer op de aarde schijnt. Er zijn echter seizoensgebonden veranderingen in de moleculair-atomaire verhouding van de neutrale atmosfeer die ervoor zorgen dat het verlies aan ionen in de zomer zelfs nog groter is. Het resultaat is dat de toename van het verlies in de zomer de toename van de productie in de zomer overtreft, en dat de totale F2-ionisatie feitelijk lager is in de lokale zomermaanden. Dit effect staat bekend als de winteranomalie. De anomalie is altijd aanwezig op het noordelijk halfrond, maar is meestal afwezig op het zuidelijk halfrond tijdens perioden van lage zonneactiviteit.

Equatoriale afwijing

Binnen ongeveer ± 20 graden van de magnetische evenaar bevindt zich de equatoriale anomalie. Het is het optreden van een dieptepunt in de ionisatie in de F2-laag op de evenaar en toppen op ongeveer 17 graden magnetische

Overzicht van ionosfeerverschijnselen

breedtegraad. De magnetische veldlijnen van de aarde zijn horizontaal op de magnetische evenaar. Zonneverwarming en getijdenoscillaties in de lagere ionosfeer verplaatsen plasma omhoog en over de magnetische veldlijnen. Hierdoor ontstaat er een laag elektrische stroom in het E-gebied
die, samen met het horizontale magnetische veld, de ionisatie naar de F-laag dwingt, met een concentratie op ± 20 graden van de magnetische evenaar. Dit fenomeen staat bekend als de equatoriale fontein.

Equatoriale elektrojet

De wereldwijde door zonne-energie aangedreven wind resulteert in het zogenaamde Sq (solar quiet) stroomsysteem in het E-gebied van de ionosfeer van de aarde (ionosferische dynamoregio) (100-130 km hoogte). Het resultaat van deze stroom is een elektrostatisch veld dat van west naar oost (zonsopgang en zonsondergang) is gericht aan de equatoriale dagzijde van de ionosfeer. Bij de magnetische dip-evenaar, waar het geomagnetische veld horizontaal is, resulteert dit elektrische veld in een verbeterde oostwaartse stroom binnen ± 3 graden van de magnetische evenaar, bekend als de equatoriale elektrojet.

Kortstondige ionosferische verstoringen

Röntgen straling: plotselinge ionosferische verstoringen (SID)

Wanneer de zon actief is, kunnen er sterke zonnevlammen optreden die de zonverlichte kant van de aarde treffen met harde röntgenstraling.
De röntgenstralen dringen door tot in het D-gebied, waarbij elektronen vrijkomen die de absorptie snel verhogen, waardoor een hoogfrequente
(3-30 MHz) radio-black-out ontstaat die na sterke uitbarstingen vele uren kan aanhouden. Gedurende deze tijd zullen signalen met een zeer lage frequentie (3-30 kHz) worden gereflecteerd door de D-laag in plaats van de E-laag, waar de verhoogde atmosferische dichtheid gewoonlijk de absorptie van de golf zal vergroten en deze dus zal dempen. Zodra de röntgenstraling eindigt, neemt de plotselinge ionosferische verstoring (SID)
of radio-black-out gestaag af naarmate de elektronen in het D-gebied zich snel recombineren en de voortplanting geleidelijk terugkeert naar omstandigheden van vóór de uitbarsting, gedurende minuten tot uren, afhankelijk van de zonnestraling. Flitssterkte en frequentie.

Protonen: absorptie van de poolkap (PCA)

Geassocieerd met zonnevlammen is het vrijkomen van hoogenergetische protonen. Deze deeltjes kunnen de aarde binnen 15 minuten tot 2 uur na de zonnevlam raken. De protonen draaien rond en langs de magnetische veldlijnen van de aarde en dringen door in de atmosfeer nabij de magnetische polen, waardoor de ionisatie van de D- en E-lagen toeneemt. PCA's duren doorgaans ongeveer een uur tot meerdere dagen, met een gemiddelde van ongeveer 24 tot 36 uur. Coronale massa-ejecties kunnen ook energetische protonen vrijgeven die de absorptie van het D-gebied in de poolgebieden verbeteren.

Geomagnetische storm en ionosferische storm

Geomagnetische stormen en ionosferische stormen zijn tijdelijke en intense verstoringen van de magnetosfeer en ionosfeer van de aarde.
Tijdens een geomagnetische storm zal de F₂-laag instabiel worden, fragmenteren en zelfs volledig verdwijnen. In de noordelijke en zuidelijke poolgebieden van de aarde zullen aurorae waarneembaar zijn aan de nachtelijke hemel.

Bliksem

Bliksem kan op twee manieren ionosferische verstoringen in het D-gebied veroorzaken. De eerste is via VLF-radiogolven (zeer lage frequentie) die
in de magnetosfeer worden gelanceerd. Deze zogenaamde "whistler" -modusgolven kunnen interageren met deeltjes uit de stralingsgordel en ervoor zorgen dat deze neerslaan op de ionosfeer, waardoor ionisatie aan het D-gebied wordt toegevoegd. Deze verstoringen worden "bliksem-geïnduceerde elektronenprecipitatie" (LEP) -gebeurtenissen genoemd. Extra ionisatie kan ook optreden door directe verwarming/ionisatie als gevolg van enorme ladingsbewegingen bij blikseminslagen. Deze gebeurtenissen worden vroeg/snel genoemd

Toepassingen

Radio communicatie

Vanwege het vermogen van geïoniseerde atmosferische gassen om hoogfrequente (HF- of kortegolf) radiogolven te breken, kan de ionosfeer radiogolven reflecteren die naar de hemel zijn gericht, terug naar de aarde. Radiogolven die onder een hoek de lucht in worden gericht, kunnen
voorbij de horizon naar de aarde terugkeren. Deze techniek, genaamd "skip" of "skywave" -voortplanting, wordt sinds de jaren twintig gebruikt om te communiceren op internationale of intercontinentale afstanden. De terugkerende radiogolven kunnen weer van het aardoppervlak naar de hemel reflecteren, waardoor met meerdere sprongen een groter bereik kan worden bereikt. Deze communicatiemethode is variabel en onbetrouwbaar, waarbij de ontvangst via een bepaald pad afhankelijk is van het tijdstip van de dag of de nacht, de seizoenen, het weer en de elfjarige zonnevlekkencyclus. Tijdens de eerste helft van de 20e eeuw werd het op grote schaal gebruikt voor transoceanische telefoon- en telegraafdiensten, en voor zakelijke en diplomatieke communicatie. Vanwege de relatieve onbetrouwbaarheid ervan is kortegolfradiocommunicatie grotendeels verlaten door de telecommunicatie-industrie, hoewel het belangrijk blijft voor communicatie op hoge breedtegraden, waar op satellieten gebaseerde radiocommunicatie niet mogelijk is. Kortegolf uitzendingen zijn nuttig bij het overschrijden van internationale grenzen en het bestrijken van grote gebieden tegen lage kosten. Geautomatiseerde diensten maken nog steeds gebruik van kortegolfradiofrequenties, net als radioamateurhobbyisten voor particuliere recreatieve contacten en om te helpen bij noodcommunicatie tijdens natuurrampen. Strijdkrachten gebruiken kortegolf om onafhankelijk te zijn van kwetsbare infrastructuur, waaronder satellieten, en de lage latentie van kortegolfcommunicatie maakt het aantrekkelijk
voor aandelenhandelaren, waar milliseconden tellen.

Mechanisme van breking

Een kwalitatief begrip van hoe een elektromagnetische golf zich door de ionosfeer voortplant, kan worden verkregen door geometrische optica in herinnering te brengen. Omdat de ionosfeer een plasma is, kan worden aangetoond dat de brekingsindex kleiner is dan één. Daarom wordt de elektromagnetische "straal" van de normaal afgebogen in plaats van naar de normaal toe, zoals zou worden aangegeven wanneer de brekingsindex groter is dan één. Er kan ook worden aangetoond dat de brekingsindex van een plasma, en dus van de ionosfeer, frequentieafhankelijk is, zie Dispersie (optica).

Wanneer een radiogolf de ionosfeer bereikt, dwingt het elektrische veld in de golf de elektronen in de ionosfeer tot oscillatie met dezelfde frequentie als de radiogolf. Een deel van de radiofrequentie-energie wordt doorgegeven aan deze resonante oscillatie. De oscillerende elektronen zullen dan verloren gaan door recombinatie of zullen de oorspronkelijke golfenergie opnieuw uitstralen. Totale breking kan optreden wanneer de botsingsfrequentie van de ionosfeer kleiner is dan de radiofrequentie, en als de elektronendichtheid in de ionosfeer groot genoeg is

Metingen

Wetenschappers onderzoeken de structuur van de ionosfeer met een grote verscheidenheid aan methoden. Ze bevatten:

- passieve observaties van optische en radio-emissies gegenereerd in de ionosfeer

- er radiogolven met verschillende frequenties uit weerkaatsen

- onsamenhangende verstrooiingsradars zoals de EISCAT, Sondre Stromfjord, Millstone Hill, Arecibo,
Advanced Modular Incoherent Scatter Radar (AMISR) en Jicamarca-radars

- coherente verstrooiingsradars zoals de Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN) radars

- speciale ontvangers om te detecteren hoe de gereflecteerde golven zijn veranderd ten opzichte van de uitgezonden golven

Bij een verscheidenheid aan experimenten, zoals HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program), zijn krachtige radiozenders betrokken om de eigenschappen van de ionosfeer te wijzigen. Deze onderzoeken zijn gericht op het bestuderen van de eigenschappen en het gedrag van ionosferisch plasma, met bijzondere nadruk op het kunnen begrijpen en gebruiken ervan om communicatie- en bewakingssystemen voor zowel civiele als militaire doeleinden te verbeteren. HAARP werd in 1993 gestart als een voorgesteld twintigjarig experiment en is momenteel actief in de buurt van Gakona, Alaska.

Het SuperDARN-radarproject onderzoekt de hoge en middelste breedtegraden met behulp van coherente terugverstrooiing van radiogolven in het bereik van 8 tot 20 MHz. Coherente terugverstrooiing is vergelijkbaar met Bragg-verstrooiing in kristallen en omvat de constructieve interferentie
van verstrooiing door onregelmatigheden in de ionosferische dichtheid. Bij het project zijn meer dan elf landen en meerdere radars op beide halfronden betrokken

Ionogrammen

Ionogrammen tonen de virtuele hoogten en kritische frequenties van de ionosferische lagen en worden gemeten door een ionosonde.
Een ionosonde zendt een reeks frequenties uit, gewoonlijk van 0,1 tot 30 MHz, en zendt met verticale inval uit naar de ionosfeer. Naarmate de frequentie toeneemt, wordt elke golf minder gebroken door de ionisatie in de laag, waardoor elke golf verder doordringt voordat deze wordt gereflecteerd. Uiteindelijk wordt een frequentie bereikt waardoor de golf de laag kan binnendringen zonder te worden gereflecteerd. Voor golven in
de gewone modus gebeurt dit wanneer de uitgezonden frequentie net de piekplasma- of kritische frequentie van de laag overschrijdt.
Traceringen van de gereflecteerde hoogfrequente radiopulsen staan bekend als ionogrammen

Incoherente verstrooiingsradars

Incoherente verstrooiingsradars werken boven de kritische frequenties. Daarom maakt de techniek het mogelijk om, in tegenstelling tot ionosonden, de ionosfeer te onderzoeken, ook boven de pieken van de elektronendichtheid. De thermische fluctuaties van de elektronendichtheid die de uitgezonden signalen verstrooien, missen coherentie, wat de techniek zijn naam gaf. Hun vermogensspectrum bevat niet alleen informatie over de dichtheid, maar ook over de ionen- en elektronentemperaturen, ionenmassa's en driftsnelheden. .

GNSS-radio-occultatie

Radio-occultatie is een techniek voor teledetectie waarbij een GNSS-signaal tangentiaal over de aarde schraapt, door de atmosfeer gaat en wordt ontvangen door een Low Earth Orbit (LEO)-satelliet. Terwijl het signaal door de atmosfeer gaat, wordt het gebroken, gebogen en vertraagd. Een LEO-satelliet bemonstert het totale elektronengehalte en de buighoek van veel van dergelijke signaalpaden terwijl hij de GNSS-satelliet achter de aarde ziet opkomen of ondergaan. Met behulp van een Inverse Abel-transformatie kan een radiaal refractiviteitsprofiel op dat raakpunt op aarde worden gereconstrueerd.

Indices van de ionosfeer

Zonne-intensiteit

F10.7 en R12 zijn twee indices die vaak worden gebruikt bij ionosferische modellering. Beide zijn waardevol vanwege hun lange historische gegevens over meerdere zonnecycli. F10.7 is een meting van de intensiteit van radio-emissies van de zon met een frequentie van 2800 MHz, uitgevoerd met behulp van een grondradiotelescoop. R12 is een twaalfmaandsgemiddelde van de dagelijkse zonnevlekkenaantallen. Er is aangetoond dat de twee indices met elkaar gecorreleerd zijn.

Beide indices zijn echter slechts indirecte indicatoren voor de emissie van ultraviolette straling en röntgenstraling, die in de eerste plaats verantwoordelijk zijn voor het veroorzaken van ionisatie in de bovenste lagen van de atmosfeer van de aarde. We hebben nu gegevens van het GOES-ruimtevaartuig die de achtergrondröntgenstraling van de zon meten, een parameter die nauwer verband houdt met de ionisatieniveaus in de ionosfeer.

Geomagnetische verstoringen

De A- en K-indices zijn een maatstaf voor het gedrag van de horizontale component van het aardmagneetveld. De K-index gebruikt een semi-logaritmische schaal van 0 tot 9 om de sterkte van de horizontale component van het aardmagnetische veld te meten. De Boulder K-index wordt gemeten bij het Boulder Geomagnetic Observatory

De geomagnetische activiteitsniveaus van de aarde worden gemeten door de fluctuatie van het magnetische veld van de aarde in SI-eenheden die tesla's worden genoemd of gauss in vooral in oudere literatuur. Het magnetische veld van de aarde wordt door veel observatoria over de hele
planeet gemeten. De opgehaalde gegevens worden verwerkt en omgezet in meetindexen. Dagelijkse metingen voor de hele planeet worden beschikbaar gemaakt via een schatting van de Ap-index, de zogenaamde planetaire A-index (PAI).

Bronnen: Wikipedia-nl, Wikipedia-en, Wikipedia-fr

Categorieën: Meteorologie I Weer A tot Z

Meteorologie A tot Z

Ionosfeer