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• die Ionosphäre.

Die Ionosphäre

Die Ionosphäre ist jener Teil der oberen Atmosphäre der Erde, in dem sich durch harte, kurzwellige solare Strahlung verstärkt Ionen, d.h. geladene Teilchen, und freie Elektronen anreichern können. Die Ionosphäre macht den Großteil der hohen Atmosphäre aus.

Die Ionosphäre beginnt oberhalb der Mesosphäre bei einer Höhe von ungefähr 80 km, erreicht ihr Ladungsmaximum bei etwa 300 km und geht dann allmählich in den interplanetaren Raum über. Sie liegt somit größtenteils innerhalb der Thermosphäre, mit der sie oft fälschlich gleichgesetzt wird. Die Thermosphäre ist somit auch ein Teil der Ionosphäre und umgekehrt.

Eine obere Begrenzung der Ionosphäre gibt es nicht, weil die Abnahme der Atmosphärendichte und somit der Anzahl der Ladungsträger mit zunehmender Höhe immer langsamer erfolgt. Die Ionosphäre geht letztendlich in die Plasmasphäre über, in der nahezu alle vorhandenen Teilchen ionisiert sind. Als Grenze zwischen Ionosphäre und Plasmasphäre kann die sog. Übergangshöhe in einer Höhe von 1.000 km betrachtet werden.

Die Gasmoleküle dieser extrem dünnen Atmosphärenschicht werden von der eintreffenden hochenergetischen kosmischen Strahlung (harte Ultraviolett- und Röntgenstrahlung) ionisiert, also in Ionen und Elektronen gespalten. Die dabei entstehende Energie wird in Wärme umgewandelt. Dieser Prozeß macht die Luft elektrisch leitfähig. So wie eine heiße Straße im Sommer das Licht spiegelt, so beginnt diese Schicht dadurch Funkwellen zu reflektieren. Zudem sind für das Ausmaß der Ionisierung auch noch andere Folgeprozesse von Bedeutung, weshalb sich in verschiedenen Höhen maximale Ionenkonzentrationen ergeben. In aufsteigender Reihenfolge werden diese Regionen D-, E- und F-Schicht genannt. Diese Schichten maximaler Ionisation sind vor allem für die Ausbreitung von Radiowellen wichtig, da sie für diese im wesentlichen wie ein Reflektor wirken und so den Funkverkehr ermöglichen.

Bei Kurzwellen, die sonst quasi-optisch nur kurze Distanzen direkt überbrücken könnten, wird die sog. Raumwelle an der Ionosphäre reflektiert, so daß sie so den gesamten Globus umrunden kann. Diese Fähigkeit der Ionosphäre, Funkwellen zu spiegeln, ist dabei stark von der Sonnenaktivität abhängig. Dadurch spielt dieses Stockwerk der Erdatmosphäre eine wesentliche Rolle für die Verbreitung von Funkwellen.

Weil die solare Einstrahlung Voraussetzung für die Bildung solcher Ionen ist, ist die Ionenkonzentration maßgeblich vom Sonnenstand abhängig, d.h. die Ionenkonzentation weist sowohl einen Tages-, wie auch einen Jahresgang auf. Der Empfang von Kurzwellensendern ist daher bei Nacht deutlich besser als tagsüber. Bei fehlender oder gerigerer Sonnenstrahlung, also nachts bzw. im Winter, überwiegt der Rekombinationseffekt, d.h. einmal entstandene negative und positive Ionen verbinden sich wieder zu neutralen Molekülen. Außer Licht erreicht die Ausläufer der oberen Atmosphäre auch ein steter Strom geladener Teilchen: der Sonnenwind. Diese Teilchen werden von dem Magnetfeld der Erde beeinflußt und treten bevorzugt in den Polarregionen in die Erdatmosphäre ein. Die Abbremsung dieser bis zu einer Million km/h schnellen Teilchen führt u.a. zu den Polarlichtern (Aurora), eindrucksvollen Naturschauspielen, die vor allem in hohen nördlichen und hohen südlichen Breiten zu beobachten sind.