Advertisement

Ionization of the Upper Atmosphere by Solar Extreme Ultraviolet

  • G. S. Ivanov-Kholodny
Chapter

Abstract

Taking into account new data on the energy and spectrum of solar extreme ultraviolet, its absorption and ion production rate q in the altitude range 100 – 800 km in the atmosphere for different moments of the day are computed. Analysis of the data show that the ion production rate maximum is situated in the F1 region in the daytime and in the 12 region in the morning and in the evening. During the daytime, in the F1 region q changes by two orders of magnitude, but above the 12 region the change of q is negligible. A typical peak is found on the curves q (h) at ~ 120 km altitude. At each height during the day, ne variations should be proportional to (cos Z©)n; index n for the E and F2 regions is equal to 0. 38 and 0. 15 respectively, which contradicts Chapman’s theory but agrees with experiments. Exponent “n” is not constant during the day for the altitudes between the Fl and F2 regions. Owing to the atmosphere density increase in the daytime at the > 200 km altitude, q value should increase at the > 200 - 300 km altitude and decrease at the 150 - 300 km altitude (according to Z©), and hence above the 12 region maximum one should observe a decrease of q and ne gradients, which is confirmed by rocket and satellite observations.

Résumé

Ionisationdela haute atmosphère par le rayonnement lointain ultraviolet solaire. En considérant les nouveelles données sur l’énergie et le spectre du rayonnement lointain ultraviolet solaire on а са1сиlé l’abeorption et la vitesse de la formation ionique q aux hauteurs 100 – 800 km dans l’atmosphere pour différents moments de jour. L’analyse des données q montre, que le maximum de la formation ionique se trouve dans le région Fx plutaut le jour et dans le régionF2 le soir et le matin; au cours du jour dansla region Fx q est change par deux ordres, dans la region F2 et plus hautelle est chang£e peu. A la hauteur ~ 120 km on découvre le maximum typique sur les courves q (h). A chaque hauteur au cours du jour la variation doit être proportionnelle à (cos Z©) n. Les valeurs “n” pour les regions E et F2 egalent 0. 38 et 0.15 c’est en contradiction avec les données theoriques de la couche simple de Chapman mais s’accorde avec l’ехрériment. La valeur “n” n’est pas constante pour les altitudes entre les régions Fj et F2 au cours du jour. En rapport avec l fagrandissement de la densite atmospherique. aux hauteurs > 200 km le valeur q doit s’accroltre aux hauteurs > 200 - 300 km et diminuer aux altitudes 150 - 300 km (en fonction de ZQ). Avec cela plus haut du maximum de la région F2 on doit observer diminution de q et ne gradients, est confirme par les observations sur fusees et satellites.

Абстрактный

Ионизация верхней атмосферы коротковолновым излучением Солнца. С учетом новых данных об энергии и спектре коротковолнового излучения Солнца расчитано поглощение излучения и скорость образования ионов q на высотах 100-800 км в атмосфере для различных моментов дня. Анализ данных о q показывают, что максимум ионообразования находится в области F1 днем и в области F2 вечером и утром; в течении дня q в области F1 изменяется на 2 порядка, а в области F2 и вышезменяется мало. На высоте ~ 120 км обнаруживается характерный пик на кривых q(h)„ На каждой высоте в течение дня изменение пе должно быть пропорционально (Cos Z©)n; значения п, для областей Е, и F2 равно 0.38 и 0.15 соответственно, что противоречит данным теории простого слоя Чепмэна, но согласуется с экспериментом. Для высот между слоями F1 и F2 не остается постоянным в течение дня. В связи с увеличением днем плотности атмосферы на высотах > 200 км величина q должна увеличиваться на высотах > 200-300 км и уменьшаться на высотах 150-300 км (в зависимости от Z q), при этом выше максимума области F2 должно наблюдаться уменьшение градиентов q и пе, что одтверждается наблюдательными данными, полученными на ракетах и спутниках.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. 1).
    Chapman, S., Proc. Phys. Soc. 43, 26, 433 (1931).ADSGoogle Scholar
  2. 2).
    Chapman, S., Proc. Phys. Soc. B 66, 710 (1953).ADSCrossRefGoogle Scholar
  3. 3).
    Watanabe, K., Advances Geophys. 5, 153 (1958).ADSCrossRefGoogle Scholar
  4. 4).
    Nicolet, M., Mém. Soc. Roy. Sci., Liège, 4, 319 (1961).Google Scholar
  5. 5).
    Nicolet, M., “Aeronomy” in Handbuch der Physik, Bd. 49: Geophysik III ( Springer-Verlag, Berlin-Göttingen-Heidelberg, 1962 ).Google Scholar
  6. 6).
    Friedman, H., In Physics of the Upper Atmosphere, J. A. Ratcliffe, ed. ( New York-London, 1960 ), p. 173.Google Scholar
  7. 7).
    Hinteregger, H. E., J. Geophys. Res. 66, 2367 (1961).ADSCrossRefGoogle Scholar
  8. 8).
    Weissler, G. L., Po Lee and Mohr, E. I., J. Opt. Soc. Amer. 42, 84 (1952).ADSCrossRefGoogle Scholar
  9. 9).
    Astoin, N. and Granier, J., Compt. Rend. Acad. Sci., Paris 1957, 244.Google Scholar
  10. 10).
    Wainfan, N., Waller, W. C. and Weissler, G. L., Phys. Rev. 99, 542 (1955).ADSCrossRefGoogle Scholar
  11. 11).
    Dalgarno, A. and Parkinson, D., J. Atm. Terr. Phys. 18, 335 (1960).ADSCrossRefGoogle Scholar
  12. 12).
    Massey, H. S. and Burhop, E. H. S., Electronic and Ionic Impact Phenomena (Oxford, 1952 ).Google Scholar
  13. 13).
    Engle, A., Ionized Gases (Oxford, 1955 ).Google Scholar
  14. 14).
    Funfer, E. and Neuert, H.. Zahlrohre und Szintillationszdhler (Verlag G. Braun, Karlsruhe, 1959 ).Google Scholar
  15. 15).
    Eiwert, G., J. Atm. Terr. Phys. 4, 68 (1953).ADSCrossRefGoogle Scholar
  16. 16).
    Detwiler, C. R., Garrett, D. L. Purcell, J. D. and Tousy, R., Ann. Geophys. 17, 263 (1961).Google Scholar
  17. 17).
    Ivanov-Kholodny, G. S., “On the rate of ionization and recombination processes in the ionosphere - interpretation of rocket and satellite data,” Geomagnetism i Aeronomia 2, 377 (1962), Cf. Internat. Space Sci. Symp. COSPAR III, Washington, 1962, p. 303.Google Scholar
  18. 18).
    Ivanov-Kholodny, G. S. and Nikolsky, G. M., Astron. J. USSR 38, 45 (1961).ADSGoogle Scholar
  19. 19).
    Ivanov-Kholodny, G. S. and Nikolsky, G. M., “Prediction and identification of emission lines in the solar extreme ultra-violet 1100A, “Geomagnetism i Aeronomia 2, 425 (1962), Cf. Internat. Space Sci. Sympos. COSPAR III, Washington, 1962, p. 787.Google Scholar
  20. 20).
    Ivanov-Kholodny, G. S. and Nikolsky, G. M., Astron. J. U. S. S. R. 38, 828 (1961).ADSGoogle Scholar
  21. 21).
    Ivanov-Kholodny, G. S., and Nikolsky, G. M., Astron. J. U. S. S. R. 39, 777 (1962).Google Scholar
  22. 22).
    Kallman-Bijl, H., Boyd. R. L. F., La’Gow, H., Poloskov, S. M. and Priester, W., COSPAR international reference atmosphere, 1961.Google Scholar
  23. 23).
    Rudakov, W. A., Iskusstvennye Sputniki Zemli No. 10, p. 102 (1961).Google Scholar
  24. 24).
    Ratcliffe, J. A. and Weekes, K., in Physics of the Upper Atmosphere, J. A. Ratcliffe, ed. ( New York-London, 1960 ), p. 338.Google Scholar
  25. 25).
    Evans, J. V., Proc. Phys. Soc. 69 B, 953 (1956).Google Scholar
  26. 26).
    King, G. A. M. and Cummach, C. H., J. Atm. Terr. Phys. 8, 270 (1956).ADSCrossRefGoogle Scholar
  27. 27).
    Titheridge, J. E., J. Atm. Terr, Phys. 17, 96, 110, 126 (1959).CrossRefGoogle Scholar
  28. 28).
    Gates, D. M., Trans. Amer. Geophys. Un. 40, 391 (1959).Google Scholar
  29. 29).
    Rishbeth, H. and Setty, C. S. G. K., J. Atm. Terr. Phys. 20, 263, 277 (1961).ADSCrossRefGoogle Scholar
  30. 30).
    Jarosheva, A. I., Reports on Scientific Symposium on the Ionosphere (Publ. Rostov Univ. of U. S. S. R., 1961 ),p. 142.Google Scholar
  31. 31).
    Jaccia, L. G., Spec. Rept. Smithsonian Inst. Astrophys. Obs. Nr. 29 (1959).Google Scholar
  32. 32).
    Wyatt, S. P., Nature 184, 351 (1959).ADSCrossRefGoogle Scholar
  33. 33).
    Paetzold, H. K. and Zschörner, H., in Space Research, H. Kallmann -Bijl, ed. ( Amsterdam, 1960 ), p. 24.Google Scholar
  34. 34).
    Jacchia, L. G., Spec. Rept. Smithsonian Inst. Astrophys. Obs. No. 39 (1960).Google Scholar
  35. 35).
    Priester, W. and Martin, H. A., Mitt. Univ. -Sternwarte Bonn No. 29, (1960).Google Scholar
  36. 36).
    King-Hele, D. G. and Walker, D. M. C., Ann. Geophys. 17, 162 (1961).Google Scholar
  37. 37).
    Priester, W., J. Geophys. Res. 66, 4143 (1961).ADSCrossRefGoogle Scholar
  38. 38).
    Cummack, C. H., J. Atm. Terr. Phys. 14, 229 (1952).CrossRefGoogle Scholar
  39. 39).
    Appleton, E. V., Proc. Roy. Soc. A162, 451 (1937).ADSCrossRefGoogle Scholar
  40. 40).
    Nisbet, J. S., J. Geophys. Res. 65, 2597 (1960).ADSCrossRefGoogle Scholar
  41. 41).
    Nisbet, J. S. and Bowhill, S. A. J. Geophys. Res. 65, 3609 (1960).ADSCrossRefGoogle Scholar
  42. 42).
    Datta, S., Indian J. Phys. 31, 43 (1957).Google Scholar
  43. 43).
    Ivanov-Kholodny, G. S., Doklady A. N. S. S. S. R. 137, 327 (1961).Google Scholar
  44. 44).
    Danilov, A. D., Doklady A. N. S. S. S. R. 137, 1098 (1961).Google Scholar
  45. 45).
    Istomin, W. G., Iskusstvennye Sputniki Zemli, No. 11, p. 94 (1961).Google Scholar
  46. 46).
    Ivanov-Kholodny, G. S., Doklady A. N. S. S. S. R. 140, 1062 (1961).Google Scholar
  47. 47).
    Antonova, L. A. and Ivanov-Kholodny, G. S., Geomagnetism i Aeronomia I 164 (1961), Cf. Internat. Space Sci. Sympos. COSPAR II, 1961, p. 892.Google Scholar
  48. 48).
    Alpert, J. L., “The propagation of radiowave in the ionosph+Qre,” Publ. Acad. Sci. U. S. S. R., Moscow, 1960.Google Scholar
  49. 49).
    Ivanov-Kholodny, G. S., Geomagnetism i Aeronomia 2, 674 (1962).Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Wien 1964

Authors and Affiliations

  • G. S. Ivanov-Kholodny
    • 1
  1. 1.Institute of Applied Geophysics of the U. S. S. R.Academy of SciencesMoscowUSSR

Personalised recommendations