İyonosfer, dünya atmosferinin mezosfer, termosfer ve ekzosfer boyunca uzanan ve yaklaşık 800 km’ye kadar yaklaşık 60 km yükseklikte başlayan katmanıdır. Bu şekilde adlandırılmıştır çünkü atmosferde iyonların bulunduğu bir tabakadır. Atmosferi oluşturan moleküller birleşik halde veya nötr halde bulunurken, iyonosferde, bu moleküller solar radyasyonla (ultraviyole ışık) ayrılır veya iyonize olur. Farklı bölgeleri, yüksekliğe bağlı olarak daha yoğun olan iyonlaşma seviyelerinin zirveleri olarak kategorize edilir; Atmosferde ne kadar yüksek olurlarsa, o kadar elektriklenirler.
Fotoğrafta da görebileceğiniz üzere bu katmanları veya bölgeleri tanımlamak için, farklı harfler kullanılıyor. Elektrikli anlamına gelen E, keşfedilen ilk bölge olduğu için yapılan ilk tarihi atamadır. En alttaki D bölgesi ve en üstteki F bölgesi daha sonra keşfedildi. C harfiyle gösterilen başka bir bölge daha var, ancak bu bölge yeterince iyonize değil ve bu nedenle radyo iletişimi üzerinde herhangi bir gerçek etkiye sahip değil.
Atmosfer Tabakasının İyonlaşması
İyonosferde, kozmik ışınlar ve yüklü parçacıklarla birlikte aşırı ultraviyole ve x-ışını güneş radyasyonu, mevcut atomları ve molekülleri iyonize ederek, pozitif yüklü iyonlardan ve serbest elektronlardan oluşan bir bölge oluşturur. Yüksek frekanslı radyo dalgalarının kırılmasına ve yeryüzüne geri yansımasına neden olan serbest elektronlardır. Yansıyan yüksek frekanslar, iyonosferdeki serbest elektronların yoğunluğuna bağlıdır.
Kozmik ışınlar güneşten kaynaklanır, ancak aynı zamanda güneş sistemi dışındaki galaktik kozmik ışınlar olarak bilinen diğer cisimlerden de gelebilir.
İyonosferik Katmanlar
İyonosfer, D, E ve F bölgeleri olarak bilinen üç farklı bölgeden oluşur. F bölgesi hem gündüz hem de gece var olurken, D ve E bölgeleri yoğunluk olarak değişebilir. Gün boyunca, D ve E bölgeleri güneş radyasyonu tarafından daha yoğun bir şekilde iyonize edilir ve F tabakası da F1 bölgesi adı verilen daha zayıf bir bölge geliştirir. Yani F bölgesi F1 ve F2 bölgelerinden oluşur. F2 bölgesi hem gündüz hem de gece mevcuttur ve radyo dalgalarının kırılması ve yansımasından sorumludur.
D tabakası en alt tabakadır ve atmosferde seyahat ederken ulaştığı tek radyo dalgasıdır. Yaklaşık 50-80 km’den başlar. Gün içinde güneşten gelen ultraviyole radyasyonun moleküller ve atomlarla etkileşime girerek bir elektronu sıyırdığı zaman mevcuttur. Gün batımından sonra güneş radyasyonu azaldıkça elektronlar yeniden birleşir ve bu tabaka kaybolur. D bölgesinin iyonlaşması, 121.5 nanometre dalga boyunda Lyman serisi radyasyon olarak bilinen ve atmosferde bulunan nitrik oksit gazını iyonize eden bir radyasyon türüne bağlıdır.
D katmanı, içinden geçen radyo sinyallerini zayıflatır. Zayıflatma seviyesi, radyo sinyallerinin dalga boyuna bağlıdır. Düşük frekanslar, yüksek frekanslardan daha fazla etkilenir. Bu, frekansın ters karesi olarak değişir, yani D bölgesinin dağıldığı gece dışında, daha düşük frekansların daha ileri gitmesinin önlendiği anlamına gelir.
E bölgesi, atmosferin üzerindeki D’yi takip eden bölgedir. Yaklaşık 90-125 km (56-78 mil) yükseklikte bulunur. Burada iyonlar ve elektronlar çok hızlı bir şekilde yeniden birleşirler. İyonlaşma seviyeleri gün batımından sonra hızla düşer ve az miktarda iyonlaşma kalır, ancak bu da geceleri kaybolur. E bölgesindeki gaz yoğunluğu D bölgesine göre daha azdır; bu nedenle, radyo dalgaları elektronların titreşmesine neden olduğunda daha az çarpışma meydana gelir.
Radyo sinyali bölgeye doğru ilerlerken, daha fazla elektronla karşılaşır ve sinyal, yüksek yoğun elektron bölgesinden kırılır. Sinyal frekansı arttığında kırılma miktarı azalır. Daha yüksek frekanslar bölgeden geçer ve bir sonraki bölgeye geçer.
Uzun mesafe yüksek frekanslı iletişim için en önemli bölge F bölgesidir. Bu bölge, gün boyunca genellikle F1 ve F2 olmak üzere iki farklı bölgeye ayrılır. Genel olarak, F1 bölgesi yaklaşık 300 km ve F2 bölgesi yaklaşık 400 km mesafede bulunur. İyonosferdeki bölgelerin rakımı bölgeler arasında değişirken, F bölgesi en çok değişir ve güneşin değişimlerinden, günün saati ve mevsiminden etkilenir.