地面60千米到1000千米的地方有块“空中魔镜”，科学家告诉你，电离层为什么值得关注？

距离地面60千米到1000千米的大气层被称为电离层，又有“空中魔镜”之称。因为对短波无线电信号来说，它就像一面高悬天上、能反射无线电波的大镜子———人类发展全球短波无线电通讯，离不开它对无线电波的反射和折射。

1901年，意大利发明家、无线电工程师马可尼率领一个小组在加拿大纽芬兰的圣约翰斯进行越洋通信试验。他使用了一个通过风筝竖起的400英尺长的天线，接收到从相隔3000千米外，横跨大西洋的英国普尔杜发送的无线电信号，从而开辟了无线电远距离通信的新时代。

1925年，英国物理学家阿普尔顿　( E.V.Appleton)　和巴奈特(M.A.F.Barnett)，用连续波进行了探测电离层高度的实验，他们利用变换频率的电磁波接收到来自电离层的回波，首次直接证实了电离层的存在。

我们通常所说的对流层、平流层、散逸层等，是按地球大气温度随高度分布的特征来分的。如果按大气电离状况分层，则可分为中性层和电离层。

电离层是一个环绕地球的带电粒子层，是含有相当浓度的自由电子和离子的电离化区域。地球高层大气的分子和原子，在太阳紫外线、X　射线和高能粒子的作用下电离，产生自由电子和正、负离子组成的粒子海洋，即电离层。电离层在宏观上呈电中性。

电离层的变化，主要表现为电子密度随时间的变化。这个“粒子海洋”浸在地磁场中，带电粒子的运动必然受到地磁场的约束。电离层的厚度和电子密度会随昼夜、季节而变化。

电离层变化的主要驱动力来自太阳活动。太阳是一颗非常活跃的星球，它持续的活动，包括光线、粒子和磁场的爆发，都会给地球大气的电离层注入能量。此外，龙卷风、季风等地球上的天气也会影响电离层。

电离层的急剧变化，会使地面的无线电通讯受到严重影响，甚至还会破坏输电网。1989年3月13日23时，加拿大魁北克省的供电网络全部瘫痪，全省陷入长达9小时的黑暗和寒冷之中。与此同时，美国、日本的通信卫星出现异常，全球无线电通信信号受到极大干扰。事后人们才知道，灾难的元凶是太阳风暴。它扰乱了地球上空的电离层，而全球无线电通讯所依靠的，正是大气电离层对无线电信号的反射。

可见，深入了解日地空间环境事件的来源和机理，及早探测和预报日地空间环境事件的发生，就可避免或减少这类事件对人类生产和生活造成的破坏性后果。

▲对短波无线电信号来说， 电离层就像一面高悬于天上的大镜子。

责任编辑：顾军

*独家稿件，转载请注明出处。丨图文由中国科学院地质与地球物理研究所空间环境探测实验室提供