आयनमंडल: Difference between revisions

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आयनमंडल ({{IPAc-en|aɪ|ˈ|ɒ|n|ə|ˌ|s|f|ɪər}}){{refn|{{cite encyclopedia |last=Jones |first=Daniel |author-link=Daniel Jones (phonetician) |title=ionosphere |encyclopedia=English Pronouncing Dictionary |editor1=Peter Roach |editor2=James Hartmann |editor3=Jane Setter |location=[[Cambridge]] |publisher=[[Cambridge University Press]] |orig-year=1917 |year=2003 |isbn=978-3-12-539683-8}}}}{{refn|{{cite Merriam-Webster|ionosphere}}}} पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल का [[आयनीकरण|आयनित]] भाग है, [[समुद्र तल से ऊँचाई|समुद्र तल से]] लगभग {{cvt|48|km|mi}} से {{cvt|965|km|mi}} [[समुद्र तल से ऊँचाई|ऊपर]],<ref>{{cite web |last=Zell|first=Holly |title=पृथ्वी की वायुमंडलीय परतें|url=https://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/science/atmosphere-layers2.html |publisher=NASA |date=2 March 2015 |access-date=2020-10-23}}</ref> एक ऐसा क्षेत्र जिसमें [[बाह्य वायुमंडल]] और [[मीसोस्फीयर|मध्यमंडल]] और [[बहिर्मंडल]] के हिस्से समिलित हैं। आयनमंडल [[सौर विकिरण]] द्वारा आयनित होता है। यह [[वायुमंडलीय बिजली]] में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है और [[चुंबकमंडल]] के अंदरूनी किनारे का निर्माण करता है। इसका व्यावहारिक महत्व है क्योंकि, अन्य कार्यों के बीच, यह पृथ्वी पर दूर के स्थानों में रेडियो प्रसार को प्रभावित करता है।<ref name=rawer>{{cite book |first=K.|last=Rawer |title=आयनमंडल में तरंग प्रसार|publisher=[[Springer Science+Business Media|Kluwer Academic]] |location=[[Dordrecht]] |year=1993 |isbn=0-7923-0775-5}}</ref> यह इस परत के माध्यम से यात्रा करने वाले [[जीपीएस सिग्नल|जीपीएस]] संकेतों को भी प्रभावित करता है।
आयनमंडल ({{IPAc-en|aɪ|ˈ|ɒ|n|ə|ˌ|s|f|ɪər}}){{refn|{{cite encyclopedia |last=Jones |first=Daniel |author-link=Daniel Jones (phonetician) |title=ionosphere |encyclopedia=English Pronouncing Dictionary |editor1=Peter Roach |editor2=James Hartmann |editor3=Jane Setter |location=[[Cambridge]] |publisher=[[Cambridge University Press]] |orig-year=1917 |year=2003 |isbn=978-3-12-539683-8}}}}{{refn|{{cite Merriam-Webster|ionosphere}}}} पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल का [[आयनीकरण|आयनित]] भाग है, [[समुद्र तल से ऊँचाई|समुद्र तल से]] लगभग {{cvt|48|km|mi}} से {{cvt|965|km|mi}} [[समुद्र तल से ऊँचाई|ऊपर]],<ref>{{cite web |last=Zell|first=Holly |title=पृथ्वी की वायुमंडलीय परतें|url=https://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/science/atmosphere-layers2.html |publisher=NASA |date=2 March 2015 |access-date=2020-10-23}}</ref> एक ऐसा क्षेत्र जिसमें [[बाह्य वायुमंडल]] और [[मीसोस्फीयर|मध्यमंडल]] और [[बहिर्मंडल]] के हिस्से समिलित हैं। आयनमंडल [[सौर विकिरण]] द्वारा आयनित होता है। यह [[वायुमंडलीय बिजली]] में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है और [[चुंबकमंडल]] के अंदरूनी किनारे का निर्माण करता है। इसका व्यावहारिक महत्व है क्योंकि, अन्य कार्यों के दौरान, यह पृथ्वी पर दूर के स्थानों में रेडियो प्रसार को प्रभावित करता है।<ref name=rawer>{{cite book |first=K.|last=Rawer |title=आयनमंडल में तरंग प्रसार|publisher=[[Springer Science+Business Media|Kluwer Academic]] |location=[[Dordrecht]] |year=1993 |isbn=0-7923-0775-5}}</ref> यह इस परत के माध्यम से यात्रा करने वाले [[जीपीएस सिग्नल|जीपीएस]] संकेतों को भी प्रभावित करता है।


[[File:Atmosphere with Ionosphere.svg|thumb|upright=1.65|वायुमंडल और आयनमंडल का संबंध]]
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पृथ्वी के वायुमंडल का सबसे निचला हिस्सा, क्षोभमंडल सतह से लगभग {{convert|10|km|mi|sigfig=1|abbr=on}} तक फैला हुआ है। इसके ऊपर [[समताप मंडल]] है, इसके बाद मध्यमंडल है। समताप मंडल में आने वाली सौर विकिरण ओजोन परत बनाती है। बाह्‍य वायुमंडल में, {{convert|80|km|mi|sigfig=1|abbr=on}} से ऊपर की ऊंचाइयों पर, वातावरण इतना पतला होता है कि पास के सकारात्मक [[आयन]] द्वारा अधिकृत किए जाने से पहले मुक्त अतिसूक्ष्म परमाणु थोड़े समय के लिए उपस्थित रह सकते हैं। इन मुक्त अतिसूक्ष्म परमाणुों की संख्या रेडियो प्रसार को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त है। वायुमंडल का यह भाग आंशिक रूप से आयनित होता है और इसमें [[प्लाज्मा भौतिकी|प्लाज्मा]] होता है जिसे आयनमंडल कहा जाता है।
पृथ्वी के वायुमंडल का सबसे निचला हिस्सा, क्षोभमंडल सतह से लगभग {{convert|10|km|mi|sigfig=1|abbr=on}} तक फैला हुआ है। इसके ऊपर [[समताप मंडल]] है, इसके बाद मध्यमंडल है। समताप मंडल में आने वाली सौर विकिरण ओजोन परत बनाती है। बाह्‍य वायुमंडल में, {{convert|80|km|mi|sigfig=1|abbr=on}} से ऊपर की ऊंचाइयों पर, वातावरण इतना पतला होता है कि पास के सकारात्मक [[आयन]] द्वारा अधिकृत किए जाने से पहले मुक्त अतिसूक्ष्म परमाणु थोड़े समय के लिए उपस्थित रह सकते हैं। इन मुक्त अतिसूक्ष्म परमाणुों की संख्या रेडियो प्रसार को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त है। वायुमंडल का यह भाग आंशिक रूप से आयनित होता है और इसमें [[प्लाज्मा भौतिकी|प्लाज्मा]] होता है जिसे आयनमंडल कहा जाता है।


पराबैंगनी (यूवी), [[एक्स-रे]] और [[सौर विकिरण]] के छोटे तरंगदैर्ध्य आयनीकरण कर रहे हैं, क्योंकि इन आवृत्तियों पर फोटॉनों में अवशोषण पर तटस्थ गैस परमाणु या अणु से अतिसूक्ष्म परमाणु को अलग करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। इस प्रक्रिया में प्रकाश अतिसूक्ष्म परमाणु उच्च वेग प्राप्त करता है ताकि निर्मित अतिसूक्ष्म परमाणुिक गैस का [[तापमान]] आयनों और तटस्थ की तुलना में बहुत अधिक (हजार K के क्रम में) हो। आयनीकरण की विपरीत प्रक्रिया [[पुनर्संयोजन (रसायन विज्ञान)]] है, जिसमें एक मुक्त अतिसूक्ष्म परमाणु एक सकारात्मक आयन द्वारा "अधिकृत" कर लिया जाता है। पुनर्संयोजन अनायास होता है, और पुनर्संयोजन पर उत्पादित ऊर्जा को ले जाने वाले फोटॉन के उत्सर्जन का कारण बनता है। जैसे-जैसे कम ऊंचाई पर गैस का घनत्व बढ़ता है, पुनर्संयोजन प्रक्रिया प्रबल होती है, क्योंकि गैस के अणु और आयन एक-दूसरे के करीब होते हैं। इन दो प्रक्रियाओं के बीच संतुलन उपस्थित आयनीकरण की मात्रा को निर्धारित करता है।
पराबैंगनी (यूवी), [[एक्स-रे]] और [[सौर विकिरण]] के छोटे तरंगदैर्ध्य आयनीकरण कर रहे हैं, क्योंकि इन आवृत्तियों पर फोटॉनों में अवशोषण पर तटस्थ गैस परमाणु या अणु से अतिसूक्ष्म परमाणु को अलग करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। इस प्रक्रिया में प्रकाश अतिसूक्ष्म परमाणु उच्च वेग प्राप्त करता है ताकि निर्मित अतिसूक्ष्म परमाणुिक गैस का [[तापमान]] आयनों और तटस्थ की तुलना में बहुत अधिक (हजार K के क्रम में) हो। आयनीकरण की विपरीत प्रक्रिया [[पुनर्संयोजन (रसायन विज्ञान)]] है, जिसमें एक मुक्त अतिसूक्ष्म परमाणु एक सकारात्मक आयन द्वारा "अधिकृत" कर लिया जाता है। पुनर्संयोजन अनायास होता है, और पुनर्संयोजन पर उत्पादित ऊर्जा को ले जाने वाले फोटॉन के उत्सर्जन का कारण बनता है। जैसे-जैसे कम ऊंचाई पर गैस का घनत्व बढ़ता है, पुनर्संयोजन प्रक्रिया प्रबल होती है, क्योंकि गैस के अणु और आयन एक-दूसरे के करीब होते हैं। इन दो प्रक्रियाओं के दौरान संतुलन उपस्थित आयनीकरण की मात्रा को निर्धारित करता है।


आयनीकरण मुख्य रूप से सूर्य और उसके अतिशय पराबैंगनी (ईयूवी) और एक्स-रे विकिरण पर निर्भर करता है जो [[सौर भिन्नता]] के साथ दृढ़ता से भिन्न होता है। सूर्य जितना अधिक चुंबकीय रूप से सक्रिय होता है, किसी एक समय में सूर्य पर उतने ही अधिक [[ झाई |झाई]] सक्रिय क्षेत्र होते हैं। सूर्य कलंक सक्रिय क्षेत्र बढ़े हुए [[कोरोनल हीटिंग|कोरोनल तापन]] के स्रोत हैं और ई-यूवी और एक्स-रे विकिरण में वृद्धि के साथ, विशेष रूप से प्रासंगिक चुंबकीय उदभेदन के बीच जिसमें [[सौर फ्लेयर्स]] समिलित हैं जो पृथ्वी के सूर्य के प्रकाश पक्ष पर आयनीकरण को बढ़ाते हैं और [[सौर ऊर्जावान कण]] प्रतिभासएं जो आयनीकरण को ध्रुवीय क्षेत्रों में बढ़ा सकती हैं। इस प्रकार आयनमंडल में आयनीकरण की डिग्री [[दिन|दैनिक]] (दिन के समय) चक्र और 11 साल के [[सौर चक्र]] दोनों का अनुसरण करती है। आयनीकरण की डिग्री में एक मौसमी निर्भरता भी है क्योंकि स्थानीय शीतकालीन पृथ्वी सूर्य से दूर है, इस प्रकार कम सौर विकिरण प्राप्त होता है। प्राप्त विकिरण भौगोलिक स्थिति (ध्रुवीय, [[auroral|अरोरल]] क्षेत्र, मध्य-अक्षांश और भूमध्यरेखीय क्षेत्र) के साथ भी भिन्न होता है। ऐसे तंत्र भी हैं जो आयनमंडल को उत्तेजित करते हैं और आयनीकरण को कम करते हैं।
आयनीकरण मुख्य रूप से सूर्य और उसके अतिशय पराबैंगनी (ईयूवी) और एक्स-रे विकिरण पर निर्भर करता है जो [[सौर भिन्नता]] के साथ दृढ़ता से भिन्न होता है। सूर्य जितना अधिक चुंबकीय रूप से सक्रिय होता है, किसी एक समय में सूर्य पर उतने ही अधिक [[ झाई |झाई]] सक्रिय क्षेत्र होते हैं। सूर्य कलंक सक्रिय क्षेत्र बढ़े हुए [[कोरोनल हीटिंग|कोरोनल तापन]] के स्रोत हैं और ई-यूवी और एक्स-रे विकिरण में वृद्धि के साथ, विशेष रूप से प्रासंगिक चुंबकीय उदभेदन के बीच जिसमें [[सौर फ्लेयर्स]] समिलित हैं जो पृथ्वी के सूर्य के प्रकाश पक्ष पर आयनीकरण को बढ़ाते हैं और [[सौर ऊर्जावान कण]] प्रतिभासएं जो आयनीकरण को ध्रुवीय क्षेत्रों में बढ़ा सकती हैं। इस प्रकार आयनमंडल में आयनीकरण की डिग्री [[दिन|दैनिक]] (दिन के समय) चक्र और 11 साल के [[सौर चक्र]] दोनों का अनुसरण करती है। आयनीकरण की डिग्री में एक मौसमी निर्भरता भी है क्योंकि स्थानीय शीतकालीन पृथ्वी सूर्य से दूर है, इस प्रकार कम सौर विकिरण प्राप्त होता है। प्राप्त विकिरण भौगोलिक स्थिति (ध्रुवीय, [[auroral|अरोरल]] क्षेत्र, मध्य-अक्षांश और भूमध्यरेखीय क्षेत्र) के साथ भी भिन्न होता है। ऐसे तंत्र भी हैं जो आयनमंडल को उत्तेजित करते हैं और आयनीकरण को कम करते हैं।
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मध्यम आवृत्ति (एमएफ) और कम उच्च आवृत्ति (एचएफ) [[रेडियो तरंग]]ें डी परत के भीतर महत्वपूर्ण रूप से क्षीण होती हैं, क्योंकि गुजरने वाली रेडियो तरंगें अतिसूक्ष्म परमाणुों को स्थानांतरित करने का कारण बनती हैं, जो तब तटस्थ अणुओं से टकराती हैं, जिससे उनकी ऊर्जा निकल जाती है। कम आवृत्तियाँ अधिक अवशोषण का अनुभव करती हैं क्योंकि वे अतिसूक्ष्म परमाणुों को आगे ले जाती हैं, जिससे टकराव की संभावना अधिक होती है। यह [[आयनमंडलीय अवशोषण]] का मुख्य कारण है, विशेष रूप से 10 मेगाहर्ट्ज और उससे कम पर, उच्च आवृत्तियों पर उत्तरोत्तर कम अवशोषण के साथ। यह प्रभाव दोपहर के आसपास अतिशय पर होता है और रात में डी परत की मोटाई में कमी के कारण कम हो जाता है; [[ब्रह्मांडीय किरणों]] के कारण एकमात्र एक छोटा सा हिस्सा बचा है। कार्रवाई में डी परत का एक सामान्य उदाहरण दिन के समय दूर के एएम [[प्रसारण बैंड]] स्टेशनों का गायब होना है।
मध्यम आवृत्ति (एमएफ) और कम उच्च आवृत्ति (एचएफ) [[रेडियो तरंग]]ें डी परत के भीतर महत्वपूर्ण रूप से क्षीण होती हैं, क्योंकि गुजरने वाली रेडियो तरंगें अतिसूक्ष्म परमाणुों को स्थानांतरित करने का कारण बनती हैं, जो तब तटस्थ अणुओं से टकराती हैं, जिससे उनकी ऊर्जा निकल जाती है। कम आवृत्तियाँ अधिक अवशोषण का अनुभव करती हैं क्योंकि वे अतिसूक्ष्म परमाणुों को आगे ले जाती हैं, जिससे टकराव की संभावना अधिक होती है। यह [[आयनमंडलीय अवशोषण]] का मुख्य कारण है, विशेष रूप से 10 मेगाहर्ट्ज और उससे कम पर, उच्च आवृत्तियों पर उत्तरोत्तर कम अवशोषण के साथ। यह प्रभाव दोपहर के आसपास अतिशय पर होता है और रात में डी परत की मोटाई में कमी के कारण कम हो जाता है; [[ब्रह्मांडीय किरणों]] के कारण एकमात्र एक छोटा सा हिस्सा बचा है। कार्रवाई में डी परत का एक सामान्य उदाहरण दिन के समय दूर के एएम [[प्रसारण बैंड]] स्टेशनों का गायब होना है।


[[सौर प्रोटॉन घटना|सौर प्रोटॉन प्रतिभास]]ओं के बीच, उच्च और ध्रुवीय अक्षांशों पर डी-क्षेत्र में आयनीकरण असामान्य रूप से उच्च स्तर तक पहुंच सकता है। इस तरह की बहुत ही दुर्लभ प्रतिभासओं को पोलर कैप अवशोषण (या पीसीए) प्रतिभासओं के रूप में जाना जाता है, क्योंकि बढ़े हुए आयनीकरण से क्षेत्र से गुजरने वाले रेडियो संकेतों के अवशोषण में काफी वृद्धि होती है।<ref name="Rose1962">{{cite journal|last1=Rose|first1=D.C.|last2=Ziauddin|first2=Syed|title=ध्रुवीय टोपी अवशोषण प्रभाव|journal=Space Science Reviews|date=June 1962|volume=1|issue=1|page=115|doi=10.1007/BF00174638|bibcode=1962SSRv....1..115R|s2cid=122220113}}</ref> वास्तव में, गहन प्रतिभासओं के बीच अवशोषण का स्तर कई दसियों डीबी तक बढ़ सकता है, जो ट्रांसपोलर एचएफ रेडियो सिग्नल ट्रांसमिशन को अवशोषित करने के लिए पर्याप्त है (यदि सभी नहीं)। ऐसे आयोजन सामान्यतः पर 24 से 48 घंटे से कम समय तक चलते हैं।
[[सौर प्रोटॉन घटना|सौर प्रोटॉन प्रतिभास]]ओं के दौरान, उच्च और ध्रुवीय अक्षांशों पर डी-क्षेत्र में आयनीकरण असामान्य रूप से उच्च स्तर तक पहुंच सकता है। इस तरह की बहुत ही दुर्लभ प्रतिभासओं को पोलर कैप अवशोषण (या पीसीए) प्रतिभासओं के रूप में जाना जाता है, क्योंकि बढ़े हुए आयनीकरण से क्षेत्र से गुजरने वाले रेडियो संकेतों के अवशोषण में काफी वृद्धि होती है।<ref name="Rose1962">{{cite journal|last1=Rose|first1=D.C.|last2=Ziauddin|first2=Syed|title=ध्रुवीय टोपी अवशोषण प्रभाव|journal=Space Science Reviews|date=June 1962|volume=1|issue=1|page=115|doi=10.1007/BF00174638|bibcode=1962SSRv....1..115R|s2cid=122220113}}</ref> वास्तव में, गहन प्रतिभासओं के बीच अवशोषण का स्तर कई दसियों डीबी तक बढ़ सकता है, जो ट्रांसपोलर एचएफ रेडियो सिग्नल ट्रांसमिशन को अवशोषित करने के लिए पर्याप्त है (यदि सभी नहीं)। ऐसे आयोजन सामान्यतः पर 24 से 48 घंटे से कम समय तक चलते हैं।


=== ई परत ===
=== ई परत ===
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=== एफ परत ===
=== एफ परत ===
[[एफ क्षेत्र]] या क्षेत्र, जिसे एपलटन-बार्नेट परत के रूप में भी जाना जाता है, लगभग से फैला हुआ है {{convert|150|km|mi|sigfig=2|abbr=on}} से अधिक {{convert|500|km|mi|sigfig=2|abbr=on}} पृथ्वी की सतह के ऊपर। यह उच्चतम अतिसूक्ष्म परमाणु घनत्व वाली परत है, जिसका अर्थ है कि इस परत को भेदने वाले संकेत अंतरिक्ष में निकल जाएंगे। अतिसूक्ष्म परमाणु उत्पादन [[अत्यधिक पराबैंगनी]] (यूवी, 10-100 एनएम) विकिरण आयोनाइजिंग परमाणु ऑक्सीजन का प्रभुत्व है। F परत में एक परत होती है (F{{sub|2}}) रात में, लेकिन दिन के बीच, एक द्वितीयक चोटी (लेबल एफ{{sub|1}}) प्रायः अतिसूक्ष्म परमाणु घनत्व प्रोफाइल में बनता है। क्योंकि एफ{{sub|2}} परत दिन और रात तक बनी रहती है, यह रेडियो तरंगों के अधिकांश [[ skywave ]] प्रसार और लंबी दूरी की [[उच्च आवृत्ति]] (एचएफ, या [[शॉर्टवेव|लघु तरंग]]) रेडियो संचार के लिए उत्तरदायी है।
[[एफ क्षेत्र]] या क्षेत्र, जिसे एपलटन-बार्नेट परत के रूप में भी जाना जाता है, पृथ्वी की सतह से लगभग {{convert|150|km|mi|sigfig=2|abbr=on}} से {{convert|500|km|mi|sigfig=2|abbr=on}} से अधिक तक फैली हुई है। यह उच्चतम अतिसूक्ष्म परमाणु घनत्व वाली परत है, जिसका अर्थ है कि इस परत को भेदने वाले संकेत अंतरिक्ष में निकल जाएंगे। अतिसूक्ष्म परमाणु उत्पादन [[अत्यधिक पराबैंगनी]] (यूवी, 10-100 एनएम) विकिरण आयोनाइजिंग परमाणु ऑक्सीजन का प्रभुत्व है। F परत में एक परत होती है (F{{sub|2}}) रात में, लेकिन दिन के दौरान, एक द्वितीयक चोटी (लेबल एफ{{sub|1}}) प्रायः अतिसूक्ष्म परमाणु घनत्व प्रोफाइल में बनता है। क्योंकि एफ{{sub|2}} परत दिन और रात तक बनी रहती है, यह रेडियो तरंगों के अधिकांश [[ skywave |स्काईवेव]] प्रसार और लंबी दूरी की [[उच्च आवृत्ति]] (एचएफ, या [[शॉर्टवेव|लघु तरंग]]) रेडियो संचार के लिए उत्तरदायी है।


F परत के ऊपर, ऑक्सीजन आयनों की संख्या कम हो जाती है और हल्के आयन जैसे हाइड्रोजन और हीलियम प्रभावी हो जाते हैं। F परत शिखर के ऊपर और [[plussphere]] के नीचे के इस क्षेत्र को टॉपसाइड आयनमंडल कहा जाता है।
F परत के ऊपर, ऑक्सीजन आयनों की संख्या कम हो जाती है और हल्के आयन जैसे हाइड्रोजन और हीलियम प्रभावी हो जाते हैं। F परत शिखर के ऊपर और [[plussphere|प्लास्मास्फीयर]] के नीचे के इस क्षेत्र को शीर्षपक्ष आयनमंडल कहा जाता है।


1972 से 1975 तक [[नासा]] ने F क्षेत्र का अध्ययन करने के लिए EROS (उपग्रह) उपग्रह लॉन्च किए।<ref name="Yenne">{{cite book|author=Yenne, Bill|title=''द एनसाइक्लोपीडिया ऑफ यूएस स्पेसक्राफ्ट''|publisher=Exeter Books (A Bison Book), New York|date=1985|isbn=978-0-671-07580-4}} p. 12 '''AEROS'''</ref>
1972 से 1975 तक [[नासा]] ने F क्षेत्र का अध्ययन करने के लिए इरोस और इरोज B (उपग्रह) उपग्रह प्रक्षेपित किए।<ref name="Yenne">{{cite book|author=Yenne, Bill|title=''द एनसाइक्लोपीडिया ऑफ यूएस स्पेसक्राफ्ट''|publisher=Exeter Books (A Bison Book), New York|date=1985|isbn=978-0-671-07580-4}} p. 12 '''AEROS'''</ref>




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आयनमंडलीय  प्रतिरूप स्थान, ऊंचाई, वर्ष के दिन, सूर्य कलंक चक्र के चरण और भू-चुंबकीय गतिविधि के फलन के रूप में आयनमंडल का गणितीय विवरण है। भूभौतिक रूप से, आयनमंडलीय [[प्लाज्मा (भौतिकी)]] की स्थिति को चार मापदंडों द्वारा वर्णित किया जा सकता है: ''अतिसूक्ष्म परमाणु घनत्व, अतिसूक्ष्म परमाणु और आयन तापमान'' और, चूंकि आयनों की कई प्रजातियां उपस्थित हैं, ''आयनिक संरचना''। रेडियो प्रसार विशिष्ट रूप से अतिसूक्ष्म परमाणु घनत्व पर निर्भर करता है।
आयनमंडलीय  प्रतिरूप स्थान, ऊंचाई, वर्ष के दिन, सूर्य कलंक चक्र के चरण और भू-चुंबकीय गतिविधि के फलन के रूप में आयनमंडल का गणितीय विवरण है। भूभौतिक रूप से, आयनमंडलीय [[प्लाज्मा (भौतिकी)]] की स्थिति को चार मापदंडों द्वारा वर्णित किया जा सकता है: ''अतिसूक्ष्म परमाणु घनत्व, अतिसूक्ष्म परमाणु और आयन तापमान'' और, चूंकि आयनों की कई प्रजातियां उपस्थित हैं, ''आयनिक संरचना''। रेडियो प्रसार विशिष्ट रूप से अतिसूक्ष्म परमाणु घनत्व पर निर्भर करता है।


प्रतिरूप सामान्यतः कंप्यूटर प्रोग्राम के रूप में व्यक्त किए जाते हैं। प्रतिरूप तटस्थ वातावरण और सूर्य के प्रकाश के साथ आयनों और अतिसूक्ष्म परमाणुों की पारस्परिक प्रभाव के बुनियादी भौतिकी पर आधारित हो सकता है, या यह बड़ी संख्या में टिप्पणियों या भौतिकी और टिप्पणियों के संयोजन के आधार पर सांख्यिकीय विवरण हो सकता है। सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले  प्रतिरूपों में से एक [[अंतर्राष्ट्रीय संदर्भ आयनमंडल]] (IRI) है,<ref>Bilitza, 2001</ref> जो डेटा पर आधारित है और अभी उल्लिखित चार मापदण्ड निर्दिष्ट करता है। आई.आर.आई अंतरिक्ष अनुसंधान समिति (सी.ओ.एस.पी.एआर) और [[इंटरनेशनल यूनियन ऑफ रेडियो साइंस]] (यूआरएसआई) द्वारा प्रायोजित एक अंतरराष्ट्रीय परियोजना है।<ref>{{cite web |url=http://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/ionos/iri.html |title=अंतर्राष्ट्रीय संदर्भ आयनमंडल|publisher=Ccmc.gsfc.nasa.gov |access-date=2011-11-08 |url-status=live |archive-url=http://archive.wikiwix.com/cache/20110223151912/http://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/ionos/iri.html |archive-date=2011-02-23 }}</ref> प्रमुख डेटा स्रोत आयनसोंद्स का विश्वव्यापी नेटवर्क, शक्तिशाली असंगत प्रकीर्ण रडार (जिकामार्का, [[अरेसीबो टेलीस्कोप]], मिलस्टोन हिल, मालवर्न, सेंट सैंटिन), आईएसआईएस और अलौएट टॉपसाइड [[ वायुमंडलीय अवरक्त साउंडर |वायुमंडलीय अवरक्त साउंडर]] , और कई उपग्रहों और रॉकेटों पर सीटू उपकरण हैं। आईआरआई वार्षिक अद्यतन किया जाता है। कुल अतिसूक्ष्म परमाणु परितृप्ति (टीईसी) का आयनमंडल के नीचे से अधिकतम घनत्व की ऊंचाई तक वर्णन करने की तुलना में अतिसूक्ष्म परमाणु घनत्व की भिन्नता का वर्णन करने में आईआरआई अधिक सटीक है। 1999 से यह प्रतिरूप स्थलीय आयनमंडल के लिए "अंतर्राष्ट्रीय मानक" (मानक TS16457) है।
प्रतिरूप सामान्यतः कंप्यूटर प्रोग्राम के रूप में व्यक्त किए जाते हैं। प्रतिरूप तटस्थ वातावरण और सूर्य के प्रकाश के साथ आयनों और अतिसूक्ष्म परमाणुों की पारस्परिक प्रभाव के बुनियादी भौतिकी पर आधारित हो सकता है, या यह बड़ी संख्या में टिप्पणियों या भौतिकी और टिप्पणियों के संयोजन के आधार पर सांख्यिकीय विवरण हो सकता है। सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले  प्रतिरूपों में से एक [[अंतर्राष्ट्रीय संदर्भ आयनमंडल]] (IRI) है,<ref>Bilitza, 2001</ref> जो डेटा पर आधारित है और अभी उल्लिखित चार मापदण्ड निर्दिष्ट करता है। आई.आर.आई अंतरिक्ष अनुसंधान समिति (सी.ओ.एस.पी.एआर) और [[इंटरनेशनल यूनियन ऑफ रेडियो साइंस]] (यूआरएसआई) द्वारा प्रायोजित एक अंतरराष्ट्रीय परियोजना है।<ref>{{cite web |url=http://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/ionos/iri.html |title=अंतर्राष्ट्रीय संदर्भ आयनमंडल|publisher=Ccmc.gsfc.nasa.gov |access-date=2011-11-08 |url-status=live |archive-url=http://archive.wikiwix.com/cache/20110223151912/http://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/ionos/iri.html |archive-date=2011-02-23 }}</ref> प्रमुख डेटा स्रोत आयनसोंद्स का विश्वव्यापी नेटवर्क, शक्तिशाली असंगत प्रकीर्ण रडार (जिकामार्का, [[अरेसीबो टेलीस्कोप]], मिलस्टोन हिल, मालवर्न, सेंट सैंटिन), आईएसआईएस और अलौएट शीर्षपक्ष [[ वायुमंडलीय अवरक्त साउंडर |वायुमंडलीय अवरक्त साउंडर]] , और कई उपग्रहों और रॉकेटों पर सीटू उपकरण हैं। आईआरआई वार्षिक अद्यतन किया जाता है। कुल अतिसूक्ष्म परमाणु परितृप्ति (टीईसी) का आयनमंडल के नीचे से अधिकतम घनत्व की ऊंचाई तक वर्णन करने की तुलना में अतिसूक्ष्म परमाणु घनत्व की भिन्नता का वर्णन करने में आईआरआई अधिक सटीक है। 1999 से यह प्रतिरूप स्थलीय आयनमंडल के लिए "अंतर्राष्ट्रीय मानक" (मानक TS16457) है।


== आदर्श  प्रतिरूप के लिए लगातार विसंगतियाँ ==
== आदर्श  प्रतिरूप के लिए लगातार विसंगतियाँ ==
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===एक्स-रे: [[अचानक आयनमंडलीय गड़बड़ी|आकस्मिक आयनमंडलीय अस्तव्यस्तता]] (SID)===
===एक्स-रे: [[अचानक आयनमंडलीय गड़बड़ी|आकस्मिक आयनमंडलीय अस्तव्यस्तता]] (SID)===
जब सूर्य सक्रिय होता है, तो शक्तिशाली सौर ज्वालाएं उत्पन्न हो सकती हैं जो कठोर एक्स-रे के साथ पृथ्वी के सूर्य के प्रकाश वाले हिस्से से टकराती हैं। एक्स-रे डी-क्षेत्र में प्रवेश करते हैं, अतिसूक्ष्म परमाणुों को छोड़ते हैं जो तेजी से अवशोषण को बढ़ाते हैं, जिससे उच्च आवृत्ति (3-30 मेगाहर्ट्ज) रेडियो तिमिरण होता है जो शक्तिशाली फ्लेयर्स के बाद कई घंटों तक जारी रह सकता है। इस समय के बीच बहुत कम आवृत्ति (3–30 kHz) सिग्नल E परत के बजाय D परत द्वारा परिलक्षित होंगे, जहाँ बढ़ा हुआ वायुमंडलीय घनत्व सामान्यतः पर तरंग के अवशोषण को बढ़ाएगा और इस प्रकार इसे कम कर देगा। जैसे ही एक्स-रे समाप्त होते हैं, अचानक आयनमंडलीय [[अचानक आयनमंडलीय गड़बड़ी|अस्तव्यस्तता]] (SID) या रेडियो तिमिरण तेजी से घटता है क्योंकि डी-क्षेत्र में अतिसूक्ष्म परमाणु तेजी से पुनर्संयोजित होते हैं और प्रसार धीरे-धीरे पूर्व-भड़कने की स्थिति में सौर ज्वालाएं  ताकत और आवृत्ति के आधार पर मिनटों से घंटों तक वापस आ जाता है।  
जब सूर्य सक्रिय होता है, तो शक्तिशाली सौर ज्वालाएं उत्पन्न हो सकती हैं जो कठोर एक्स-रे के साथ पृथ्वी के सूर्य के प्रकाश वाले हिस्से से टकराती हैं। एक्स-रे डी-क्षेत्र में प्रवेश करते हैं, अतिसूक्ष्म परमाणुों को छोड़ते हैं जो तेजी से अवशोषण को बढ़ाते हैं, जिससे उच्च आवृत्ति (3-30 मेगाहर्ट्ज) रेडियो तिमिरण होता है जो शक्तिशाली फ्लेयर्स के बाद कई घंटों तक जारी रह सकता है। इस समय के दौरान बहुत कम आवृत्ति (3–30 kHz) सिग्नल E परत के बजाय D परत द्वारा परिलक्षित होंगे, जहाँ बढ़ा हुआ वायुमंडलीय घनत्व सामान्यतः पर तरंग के अवशोषण को बढ़ाएगा और इस प्रकार इसे कम कर देगा। जैसे ही एक्स-रे समाप्त होते हैं, अचानक आयनमंडलीय [[अचानक आयनमंडलीय गड़बड़ी|अस्तव्यस्तता]] (SID) या रेडियो तिमिरण तेजी से घटता है क्योंकि डी-क्षेत्र में अतिसूक्ष्म परमाणु तेजी से पुनर्संयोजित होते हैं और प्रसार धीरे-धीरे पूर्व-भड़कने की स्थिति में सौर ज्वालाएं  ताकत और आवृत्ति के आधार पर मिनटों से घंटों तक वापस आ जाता है।  


===प्रोटॉन: ध्रुवीय कैप अवशोषण (पीसीए)===
===प्रोटॉन: ध्रुवीय कैप अवशोषण (पीसीए)===
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=== रेडियो संचार===
=== रेडियो संचार===
आयनित वायुमंडलीय गैसों की उच्च आवृत्ति (एच.एफ, या लघु तरंग) रेडियो तरंगों को अपवर्तित करने की  क्षमता के कारण, आयनमंडल रेडियो तरंगों को आकाश में वापस पृथ्वी की ओर निर्देशित कर सकता है। आकाश में एक कोण पर निर्देशित रेडियो तरंगें क्षितिज से परे पृथ्वी पर लौट सकती हैं। "स्किप' या "स्काईवेव" प्रचार नामक इस तकनीक का उपयोग 1920 के दशक से अंतरराष्ट्रीय या अंतरमहाद्वीपीय दूरियों पर संचार करने के लिए किया जाता रहा है। लौटने वाली रेडियो तरंगें पृथ्वी की सतह से फिर से आकाश में प्रतिबिंबित हो सकती हैं, जिससे कई [[हॉप (दूरसंचार)]] के साथ अधिक से अधिक परिसर प्राप्त की जा सकती हैं। यह संचार पद्धति दिन या रात के समय, मौसम और 11 साल के [[सनस्पॉट चक्र|सूर्यकलंक चक्र]] के आधार पर किसी दिए गए पथ पर स्वीकृति के साथ परिवर्तनशील और अविश्वसनीय है। 20वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध के बीच इसका व्यापक रूप से पारमहासागरीय दूरभाष और टेलीग्राफ सेवा, और व्यापार और राजनयिक संचार के लिए उपयोग किया गया था। इसकी सापेक्ष अविश्वसनीयता के कारण, [[शॉर्टवेव रेडियो|लघु तरंग रेडियो]] संचार को ज्यादातर दूरसंचार उद्योग द्वारा छोड़ दिया गया है, लेकिन यह उच्च-अक्षांश संचार के लिए महत्वपूर्ण है जहां उपग्रह-आधारित रेडियो संचार संभव नहीं है। लघु तरंग प्रसारण अंतरराष्ट्रीय सीमाओं को पार करने और कम लागत पर बड़े क्षेत्रों को समुपयोग करने में उपयोगी है। स्वचालित सेवाएं अभी भी लघु तरंग रेडियो आवृत्तियों का उपयोग करती हैं, जैसे कि निजी मनोरंजक संपर्कों के लिए और प्राकृतिक आपदाओं के बीच आपातकालीन संचार में सहायता के लिए रेडियो अव्यवसायी शौकिया करते हैं। सशस्त्र सेना लघु तरंग का उपयोग करते हैं ताकि दुर्बल बुनियादी ढांचे से स्वतंत्र हो सकें, जिसमें उपग्रह समिलित हैं, और लघु तरंग संचार की कम विलंबता ख्याति व्यापारियों के लिए आकर्षक बनाती है, जहां मिलीसेकंड की गिनती होती है। <ref>{{cite journal | url=https://ieeexplore.ieee.org/document/9311865 | doi=10.1109/TWC.2020.3046475 | title=लो-लेटेंसी एचएफ संचार के लिए रिसीवर डिजाइन| year=2021 | last1=Arikan | first1=Toros | last2=Singer | first2=Andrew C. | journal=IEEE Transactions on Wireless Communications | volume=20 | issue=5 | pages=3005–3015 | s2cid=233990323 }}</ref>  
आयनित वायुमंडलीय गैसों की उच्च आवृत्ति (एच.एफ, या लघु तरंग) रेडियो तरंगों को अपवर्तित करने की  क्षमता के कारण, आयनमंडल रेडियो तरंगों को आकाश में वापस पृथ्वी की ओर निर्देशित कर सकता है। आकाश में एक कोण पर निर्देशित रेडियो तरंगें क्षितिज से परे पृथ्वी पर लौट सकती हैं। "स्किप' या "स्काईवेव" प्रचार नामक इस तकनीक का उपयोग 1920 के दशक से अंतरराष्ट्रीय या अंतरमहाद्वीपीय दूरियों पर संचार करने के लिए किया जाता रहा है। लौटने वाली रेडियो तरंगें पृथ्वी की सतह से फिर से आकाश में प्रतिबिंबित हो सकती हैं, जिससे कई [[हॉप (दूरसंचार)]] के साथ अधिक से अधिक परिसर प्राप्त की जा सकती हैं। यह संचार पद्धति दिन या रात के समय, मौसम और 11 साल के [[सनस्पॉट चक्र|सूर्यकलंक चक्र]] के आधार पर किसी दिए गए पथ पर स्वीकृति के साथ परिवर्तनशील और अविश्वसनीय है। 20वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध के बीच इसका व्यापक रूप से पारमहासागरीय दूरभाष और टेलीग्राफ सेवा, और व्यापार और राजनयिक संचार के लिए उपयोग किया गया था। इसकी सापेक्ष अविश्वसनीयता के कारण, [[शॉर्टवेव रेडियो|लघु तरंग रेडियो]] संचार को ज्यादातर दूरसंचार उद्योग द्वारा छोड़ दिया गया है, लेकिन यह उच्च-अक्षांश संचार के लिए महत्वपूर्ण है जहां उपग्रह-आधारित रेडियो संचार संभव नहीं है। लघु तरंग प्रसारण अंतरराष्ट्रीय सीमाओं को पार करने और कम लागत पर बड़े क्षेत्रों को समुपयोग करने में उपयोगी है। स्वचालित सेवाएं अभी भी लघु तरंग रेडियो आवृत्तियों का उपयोग करती हैं, जैसे कि निजी मनोरंजक संपर्कों के लिए और प्राकृतिक आपदाओं के दौरान आपातकालीन संचार में सहायता के लिए रेडियो अव्यवसायी शौकिया करते हैं। सशस्त्र सेना लघु तरंग का उपयोग करते हैं ताकि दुर्बल बुनियादी ढांचे से स्वतंत्र हो सकें, जिसमें उपग्रह समिलित हैं, और लघु तरंग संचार की कम विलंबता ख्याति व्यापारियों के लिए आकर्षक बनाती है, जहां मिलीसेकंड की गिनती होती है। <ref>{{cite journal | url=https://ieeexplore.ieee.org/document/9311865 | doi=10.1109/TWC.2020.3046475 | title=लो-लेटेंसी एचएफ संचार के लिए रिसीवर डिजाइन| year=2021 | last1=Arikan | first1=Toros | last2=Singer | first2=Andrew C. | journal=IEEE Transactions on Wireless Communications | volume=20 | issue=5 | pages=3005–3015 | s2cid=233990323 }}</ref>  


==== अपवर्तन का तंत्र ====
==== अपवर्तन का तंत्र ====

Revision as of 02:17, 25 April 2023

आयनमंडल (/aɪˈɒnəˌsfɪər/)[1][2] पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल का आयनित भाग है, समुद्र तल से लगभग 48 km (30 mi) से 965 km (600 mi) ऊपर,[3] एक ऐसा क्षेत्र जिसमें बाह्य वायुमंडल और मध्यमंडल और बहिर्मंडल के हिस्से समिलित हैं। आयनमंडल सौर विकिरण द्वारा आयनित होता है। यह वायुमंडलीय बिजली में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है और चुंबकमंडल के अंदरूनी किनारे का निर्माण करता है। इसका व्यावहारिक महत्व है क्योंकि, अन्य कार्यों के दौरान, यह पृथ्वी पर दूर के स्थानों में रेडियो प्रसार को प्रभावित करता है।[4] यह इस परत के माध्यम से यात्रा करने वाले जीपीएस संकेतों को भी प्रभावित करता है।

File:Atmosphere with Ionosphere.svg
वायुमंडल और आयनमंडल का संबंध

आविष्कार का इतिहास

1839 के प्रारम्भ में, जर्मन गणितज्ञ और भौतिक विज्ञानी कार्ल फ्रेडरिक गॉस ने कहा था कि वायुमंडल का एक विद्युत प्रवाहकीय क्षेत्र पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के देखे गए बदलावों के लिए उत्तरदायी हो सकता है।[5] साठ साल बाद, गुग्लिल्मो मार्कोनी ने 12 दिसंबर, 1901 को सेंट जॉन्स, न्यूफाउंडलैंड (अब कनाडा में) में स्वीकृति के लिए 152.4 m (500 ft) पतंग-समर्थित स्पृशा का उपयोग करके पहला अटलांटिक पार का रेडियो सिग्नल प्राप्त किया। पसंद, कॉर्नवॉल में प्रसारण केंद्र ने कुछ दूरी के प्रेषक का उपयोग लगभग 500 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति और पहले उत्पादित किसी भी रेडियो सिग्नल की तुलना में 100 गुना अधिक की आवृत्ति के साथ सिग्नल उत्पन्न करने के लिए किया था। प्राप्त संदेश तीन अंकों का था, S अक्षर के लिए मोर्स कोड। न्यूफाउंडलैंड तक पहुंचने के लिए सिग्नल को आयनमंडल से दो बार टकरा कर लौटना होगा। लेकिन, डॉ. जैक बेलरोज़ ने सैद्धांतिक और प्रायोगिक कार्य के आधार पर इसका विरोध किया है।[6] लेकिन, मारकोनी ने एक साल बाद ग्लेस बे, नोवा स्कोटिया में अटलांटिक पार बेतार संचार प्राप्त किया।[7]

1902 में, ओलिवर हीविसाइड ने आयनमंडल की केनेली-हेविसाइड परत के अस्तित्व का प्रस्ताव रखा, जिस पर उनका नाम है।[8] हीविसाइड के प्रस्ताव में वे साधन समिलित हैं जिनके द्वारा रेडियो संकेतों को पृथ्वी की वक्रता के चारों ओर प्रसारित किया जाता है। इसके अतिरिक्त 1902 में, आर्थर एडविन केनेली ने आयनमंडल के कुछ रेडियो-विद्युत गुणों का आविष्कार किया।[9]

1912 में, अमेरिकी कांग्रेस ने अव्यवसायी रेडियो संचालक पर 1912 का रेडियो अधिनियम लागू किया, जिससे उनके संचालन को 1.5 मेगाहर्ट्ज (तरंग दैर्ध्य 200 मीटर या उससे कम) से अधिक आवृत्तियों तक सीमित कर दिया गया। सरकार ने सोचा कि वे आवृत्तियाँ अनुपयोगी थीं। इसने 1923 में आयनमंडल के माध्यम से एच.एफ रेडियो प्रसार का आविष्कार किया।[10]

1926 में, स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी रॉबर्ट वाटसन-वाट ने 1969 में प्रकृति (पत्रिका) में प्रकाशित एक पत्र में आयनमंडल शब्द की प्रस्तुत की:[11]

हमने हाल के वर्षों में 'समताप मंडल' शब्द ..और साथी शब्द 'क्षोभमंडल'... को सार्वभौमिक रूप से अपनाते हुए देखा है शब्द 'आयनमंडल', उस क्षेत्र के लिए जिसमें मुख्य विशेषता काफी अवकृष्ट मुक्त पथों के साथ बड़े पैमाने पर आयनीकरण है, इस श्रृंखला के अतिरिक्त के रूप में उचित प्रतीत होता है।

1930 के दशक के प्रारम्भ में, रेडियो लक्ज़मबर्ग के परीक्षण प्रसारण ने अनजाने में आयनमंडल के पहले रेडियो संशोधन का प्रमाण प्रदान किया; HAARP ने 2017 में इसी नाम के लक्ज़मबर्ग-गोर्की प्रभाव का उपयोग करते हुए प्रयोगों की एक श्रृंखला चलाई।[12]

एडवर्ड वी. एपलटन को 1947 में आयनमंडल के अस्तित्व की पुष्टि करने के लिए 1927 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। लॉयड बर्कनर ने सबसे पहले आयनमंडल की ऊंचाई और घनत्व को मापा। इसने लघु तरंग रेडियो प्रचार के पहले पूर्ण सिद्धांत की अनुमति दी। मौरिस वी. विल्क्स और जे.ए. रैटक्लिफ ने आयनमंडल में बहुत लंबी रेडियो तरंगों के रेडियो प्रसार के विषय पर शोध किया। विटाली गिन्ज़बर्ग ने आयनमंडल जैसे जीवद्रव्य में विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रसार का सिद्धांत विकसित किया है।

1962 में, आयनमंडल का अध्ययन करने के लिए कनाडा उपग्रह अलौएट 1 का प्रक्षेपण किया गया था। इसकी सफलता के बाद 1965 में अलौएट 2 और 1969 और 1971 में दो ISIS (उपग्रह) उपग्रह, आगे 1972 और 1975 में AEROS-A और -B, सभी आयनमंडल को मापने के लिए थे।

26 जुलाई, 1963 को पहला क्रियाशील भूतुल्यकाली उपग्रह सिंकॉम 2 का प्रक्षेपण किया गया था।[13] इस उपग्रह (और इसके उत्तराधिकारी) पर युगपत रेडियो बीकन पहली बार सक्षम हुए - भूस्थैतिक कक्षा से पृथ्वी समापक तक रेडियो किरण के साथ कुल अतिसूक्ष्म परमाणु सामग्री (टीईसी) भिन्नता का मापन। (ध्रुवीकरण के विमान का घूर्णन सीधे रास्ते के साथ टी.ई.सी को मापता है।) ऑस्ट्रेलियाई भूभौतिकीविद् एलिजाबेथ एसेक्स-कोहेन 1969 से ऑस्ट्रेलिया और अंटार्कटिका के ऊपर के वातावरण की निगरानी के लिए इस तकनीक का उपयोग कर रहे थे।[14]

भूभौतिकी

आयनमंडल अतिसूक्ष्म परमाणु और विद्युत आवेशित परमाणुओं और अणुओं का एक खोल है जो पृथ्वी को चारों ओर से घेरे हुए है, जो लगभग 50 km (30 mi) की ऊंचाई से 1,000 km (600 mi) से अधिक फैला हुआ है। यह मुख्य रूप से सूर्य से आने