電離層是地球大氣層被太陽射線電離的部分，它是地球磁層的內界。由於它影響到高頻電波的傳播，它有非常重要的實際意義。 地球物理--------------------------------------------------------------------------------地球大氣層最下面的一層是對流層，它從地面延伸到約10千米的高處。10千米以上為平流層，再向上為中間層。在中間層裡入射的Sunny形成臭氧層。在約80千米以上的熱成層大氣已經非常稀薄，在這裡Sunny中的紫外線和X射線可以使得空氣分子電離，自由的電子在與正電荷的離子合併前可以短暫地自由活動，這樣在這個高度造成一個等離子體。在這裡自由電子的數量足以影響電波的傳播。 在電離層中Sunny電離大氣分子與離子重新捕獲自由電子的過程平衡。一般來說高度越高，大氣約稀薄，則電離過程約佔上風。不過電離層的特性還隨許多其它因素影響。 電離過程的主力是太陽及其活動。電離層內電離度主要由獲得的太陽輻射所影響。因此電離層隨週日和季節（冬季半球遠離太陽，因此受到的輻射比較少）而變化。太陽活動主要隨太陽黑子週期而變化。一般來說太陽表面黑子越多，太陽活動越強烈。除此以外隨地球表面緯度的不同當地受到的太陽輻射強度也不同。耀斑和太陽風中的帶電粒子可以與地球磁場相互作用，導致對電離層的擾亂。 分層--------------------------------------------------------------------------------太陽輻射對不同高度不同成分的空氣分子電離造成電離層不同的分層： D層D層是電離層最低的一層，離地球表面50至90千米。這裡主要是波長為121.5奈米的賴曼-α氫光譜線的光電離一氧化氮。在太陽活動非常強烈時（超過50個黑子），硬X射線還可以電離空氣中的氮氣和氧氣的分子。夜間宇宙射線造成一個剩餘電離。這個層裡離子對自由電子的捕獲率比較高，因此電離效應比較低，因此它對高頻無線電波沒有影響。日間這裡自由電子與其它粒子的碰撞率約為每秒1000萬次。10MHz以下的電波會被D層吸收，隨著電波頻率的增高這個吸收率下降。夜間這個吸收率最低，中午最高。日落後這個層減弱非常大。D層最明顯的效應是白天遠處的中波電臺收不到。 E層E層是中層，在地面上90至120千米。這裡的電離主要是軟X射線和遠紫外線對氧氣分子的電離。這個層只能反射頻率低於10MHz的電波，對頻率高於10MHz的電波它有吸收的作用。E層的垂直結構主要由電離和捕獲作用所決定。夜間E層開始消失，因為造成電離的輻射消失了，由於捕獲在低處比較強，因此其高度開始上升。高空週日變化的風對E層也有一定影響。隨著夜間E層的升高，電波可以被反射到更加遠的地方。 ES層ES層也被稱為偶現E層。它是小的、強烈電離的雲，它可以反射頻率在25至225MHz之間的電波。偶現E層可以持續數分鐘到數小時不等，其形成原因可能有多種，而且還在研究中。夏季偶現E層出現得比較多，持續時間一般也比冬季長。電波的反射距離一般為1000千米左右。 F層F層離地面120至400千米。在這裡太陽輻射中的強紫外線（波長10至100奈米）電離單原子氧。F層對於電波傳播來說是最重要的層。夜間F層合併為一個層，白天分為F1和F2兩個層。大多數無線電波天波傳送是F層形成的。在白天F層是電離層反射率最高的層。 異常--------------------------------------------------------------------------------實際上電離層不象上面所敘述的那樣由規則的、平滑的層組成。實際上的電離層由塊狀的、雲一般的、不規則的電離的團或者層組成。 冬季異常夏季由於Sunny直射中緯度地區的F2層在白天電離度加高，但是由於季節性氣流的影響夏季這裡的分子對單原子的比例也增高，造成離子捕獲率的增高。這個捕獲率的增高甚至強於電離度的增高。因此造成夏季F2層反而比冬季低。這個現象被稱為冬季異常。在北半球冬季異常每年都出現，在南半球在太陽活動低的年度裡沒有冬季異常。 赤道異常在地球磁赤道左右約±20度之間F2層形成一個電離度高的溝，這個現象被稱為赤道異常。其形成原因如下：在赤道附近地球磁場幾乎水平。由於Sunny的加熱和潮汐作用電離層下層的等離子上移，穿越地球磁場線。這在E層形成一個電流，它與水平的磁場線的相互作用導致磁赤道附近±20度之間F層的電離度加強。 擾亂--------------------------------------------------------------------------------X射線：突發電離層騷擾太陽活躍時期強烈的耀斑發生時硬X射線會射擊到地球。這些射線可以一直穿透到D層，在這裡迅速導致大量自由電子，這些電子吸收高頻（3-30MHz）電波，導致無線電中斷。與此同時及低頻（3-30kHz）會被D層（而不是被E層）反射（一般D層吸收這些訊號）。X射線結束後D層電子迅速被捕獲，無線電中斷很快就會結束，訊號恢復。 質子：極冠吸收耀斑同時也釋放高能質子。這些質子在耀斑爆發後15分鐘至2小時內到達地球。這些質子沿地球磁場線螺旋在磁極附近撞擊地球大氣層，提高D層和E層的電離。極冠吸收可以持續一小時至數日，平均持續24至36小時。 地磁風暴地磁風暴是地球磁場暫時的、劇烈的騷擾。 地磁風暴時F2層非常不穩定，會分裂甚至完全消失。 在極地附近會有極光產生。 無線電應用--------------------------------------------------------------------------------電離層被用來反射和傳送高頻無線電訊號。反射後的訊號回到地球表面，可以再次被反射到電離層。 電波可以使得電離層裡的自由電子以同樣的頻率振盪。假如此時自由電子被捕獲的話電波中的部分能量消失。假如電離層裡自由電子的碰撞頻率小於電波頻率，而且自由電子密度足夠高的話可以產生全發射。 假如電波頻率高於電離層內的等離子頻率的話，則電子運動不夠快來反射電波。在一個臨界頻率以下電離層可以垂直反射電波： f{critical} = 9 \times 10^{-3} \sqrt{N} N是每立方厘米電子密度，fcritical是頻率（單位為MHz）。 最高可用頻率是在一定時間裡可以在兩點之間傳送訊號的頻率上限。 f{muf} = \frac{f{critical}}{ \sin{(I)}} I是波與水平線之間的角度。 截止頻率以下的電波無法在一定角度下穿透電離層。 其它應用--------------------------------------------------------------------------------有人建議使用電離層來從地球磁場裡獲取能量。目前有對這個建議的可行性的研究。 測量--------------------------------------------------------------------------------電離層圖電離層圖顯示使用電離層探測儀測量的電離層層次的高度及其臨界頻率。電離層探測儀垂直向電離層傳送一系列頻率（一般從0.1至30MHz）。隨頻率增高，訊號在被髮射前可以穿透更高的層。最後頻率高到不再被反射。 太陽流太陽流是使用加拿大渥太華的一臺射電望遠鏡測量的太陽輻射在2800MHz頻率的強度。測量結果證明這個強度與太陽黑子活動相稱。不過導致地球大氣上層電離的主要是太陽的紫外線和X射線。目前地球靜止業務環境衛星可以測量太陽的X射線流。這個資料與電離層的電離度更加相應。 研究專案科學家使用不同手段研究電離層的結構，包括被動觀測電離層產生的光學和無線電訊號，研究不同的射電望遠鏡被反射的訊號，以及被反射的訊號與原訊號之間的差別。 1993年開始的為期20年的高頻活動極光研究計劃以及類似的專案研究使用高能無線電發射機來改變電離層的特性。這些研究集中於研究電離層等離子體的特性來更好地理解電離層，以及利用它來提高民用和軍事的通訊和遙測系統。 超級雙子極光雷達網研究高高度和中高度對8至20MHz頻率的相干散射。相干散射與晶體的布拉格散射類似，是由電離層密度差異造成的相增衍射散射。這個專案包括全球11個不同國家的多部雷達。 科學家還測量衛星和其它恆星的無線電波經過電離層所產生的變化。位於波多黎各的阿雷西博天文臺本來就是打算用來研究地球電離層的。
電離層是地球大氣層被太陽射線電離的部分，它是地球磁層的內界。由於它影響到高頻電波的傳播，它有非常重要的實際意義。 地球物理--------------------------------------------------------------------------------地球大氣層最下面的一層是對流層，它從地面延伸到約10千米的高處。10千米以上為平流層，再向上為中間層。在中間層裡入射的Sunny形成臭氧層。在約80千米以上的熱成層大氣已經非常稀薄，在這裡Sunny中的紫外線和X射線可以使得空氣分子電離，自由的電子在與正電荷的離子合併前可以短暫地自由活動，這樣在這個高度造成一個等離子體。在這裡自由電子的數量足以影響電波的傳播。 在電離層中Sunny電離大氣分子與離子重新捕獲自由電子的過程平衡。一般來說高度越高，大氣約稀薄，則電離過程約佔上風。不過電離層的特性還隨許多其它因素影響。 電離過程的主力是太陽及其活動。電離層內電離度主要由獲得的太陽輻射所影響。因此電離層隨週日和季節（冬季半球遠離太陽，因此受到的輻射比較少）而變化。太陽活動主要隨太陽黑子週期而變化。一般來說太陽表面黑子越多，太陽活動越強烈。除此以外隨地球表面緯度的不同當地受到的太陽輻射強度也不同。耀斑和太陽風中的帶電粒子可以與地球磁場相互作用，導致對電離層的擾亂。 分層--------------------------------------------------------------------------------太陽輻射對不同高度不同成分的空氣分子電離造成電離層不同的分層： D層D層是電離層最低的一層，離地球表面50至90千米。這裡主要是波長為121.5奈米的賴曼-α氫光譜線的光電離一氧化氮。在太陽活動非常強烈時（超過50個黑子），硬X射線還可以電離空氣中的氮氣和氧氣的分子。夜間宇宙射線造成一個剩餘電離。這個層裡離子對自由電子的捕獲率比較高，因此電離效應比較低，因此它對高頻無線電波沒有影響。日間這裡自由電子與其它粒子的碰撞率約為每秒1000萬次。10MHz以下的電波會被D層吸收，隨著電波頻率的增高這個吸收率下降。夜間這個吸收率最低，中午最高。日落後這個層減弱非常大。D層最明顯的效應是白天遠處的中波電臺收不到。 E層E層是中層，在地面上90至120千米。這裡的電離主要是軟X射線和遠紫外線對氧氣分子的電離。這個層只能反射頻率低於10MHz的電波，對頻率高於10MHz的電波它有吸收的作用。E層的垂直結構主要由電離和捕獲作用所決定。夜間E層開始消失，因為造成電離的輻射消失了，由於捕獲在低處比較強，因此其高度開始上升。高空週日變化的風對E層也有一定影響。隨著夜間E層的升高，電波可以被反射到更加遠的地方。 ES層ES層也被稱為偶現E層。它是小的、強烈電離的雲，它可以反射頻率在25至225MHz之間的電波。偶現E層可以持續數分鐘到數小時不等，其形成原因可能有多種，而且還在研究中。夏季偶現E層出現得比較多，持續時間一般也比冬季長。電波的反射距離一般為1000千米左右。 F層F層離地面120至400千米。在這裡太陽輻射中的強紫外線（波長10至100奈米）電離單原子氧。F層對於電波傳播來說是最重要的層。夜間F層合併為一個層，白天分為F1和F2兩個層。大多數無線電波天波傳送是F層形成的。在白天F層是電離層反射率最高的層。 異常--------------------------------------------------------------------------------實際上電離層不象上面所敘述的那樣由規則的、平滑的層組成。實際上的電離層由塊狀的、雲一般的、不規則的電離的團或者層組成。 冬季異常夏季由於Sunny直射中緯度地區的F2層在白天電離度加高，但是由於季節性氣流的影響夏季這裡的分子對單原子的比例也增高，造成離子捕獲率的增高。這個捕獲率的增高甚至強於電離度的增高。因此造成夏季F2層反而比冬季低。這個現象被稱為冬季異常。在北半球冬季異常每年都出現，在南半球在太陽活動低的年度裡沒有冬季異常。 赤道異常在地球磁赤道左右約±20度之間F2層形成一個電離度高的溝，這個現象被稱為赤道異常。其形成原因如下：在赤道附近地球磁場幾乎水平。由於Sunny的加熱和潮汐作用電離層下層的等離子上移，穿越地球磁場線。這在E層形成一個電流，它與水平的磁場線的相互作用導致磁赤道附近±20度之間F層的電離度加強。 擾亂--------------------------------------------------------------------------------X射線：突發電離層騷擾太陽活躍時期強烈的耀斑發生時硬X射線會射擊到地球。這些射線可以一直穿透到D層，在這裡迅速導致大量自由電子，這些電子吸收高頻（3-30MHz）電波，導致無線電中斷。與此同時及低頻（3-30kHz）會被D層（而不是被E層）反射（一般D層吸收這些訊號）。X射線結束後D層電子迅速被捕獲，無線電中斷很快就會結束，訊號恢復。 質子：極冠吸收耀斑同時也釋放高能質子。這些質子在耀斑爆發後15分鐘至2小時內到達地球。這些質子沿地球磁場線螺旋在磁極附近撞擊地球大氣層，提高D層和E層的電離。極冠吸收可以持續一小時至數日，平均持續24至36小時。 地磁風暴地磁風暴是地球磁場暫時的、劇烈的騷擾。 地磁風暴時F2層非常不穩定，會分裂甚至完全消失。 在極地附近會有極光產生。 無線電應用--------------------------------------------------------------------------------電離層被用來反射和傳送高頻無線電訊號。反射後的訊號回到地球表面，可以再次被反射到電離層。 電波可以使得電離層裡的自由電子以同樣的頻率振盪。假如此時自由電子被捕獲的話電波中的部分能量消失。假如電離層裡自由電子的碰撞頻率小於電波頻率，而且自由電子密度足夠高的話可以產生全發射。 假如電波頻率高於電離層內的等離子頻率的話，則電子運動不夠快來反射電波。在一個臨界頻率以下電離層可以垂直反射電波： f{critical} = 9 \times 10^{-3} \sqrt{N} N是每立方厘米電子密度，fcritical是頻率（單位為MHz）。 最高可用頻率是在一定時間裡可以在兩點之間傳送訊號的頻率上限。 f{muf} = \frac{f{critical}}{ \sin{(I)}} I是波與水平線之間的角度。 截止頻率以下的電波無法在一定角度下穿透電離層。 其它應用--------------------------------------------------------------------------------有人建議使用電離層來從地球磁場裡獲取能量。目前有對這個建議的可行性的研究。 測量--------------------------------------------------------------------------------電離層圖電離層圖顯示使用電離層探測儀測量的電離層層次的高度及其臨界頻率。電離層探測儀垂直向電離層傳送一系列頻率（一般從0.1至30MHz）。隨頻率增高，訊號在被髮射前可以穿透更高的層。最後頻率高到不再被反射。 太陽流太陽流是使用加拿大渥太華的一臺射電望遠鏡測量的太陽輻射在2800MHz頻率的強度。測量結果證明這個強度與太陽黑子活動相稱。不過導致地球大氣上層電離的主要是太陽的紫外線和X射線。目前地球靜止業務環境衛星可以測量太陽的X射線流。這個資料與電離層的電離度更加相應。 研究專案科學家使用不同手段研究電離層的結構，包括被動觀測電離層產生的光學和無線電訊號，研究不同的射電望遠鏡被反射的訊號，以及被反射的訊號與原訊號之間的差別。 1993年開始的為期20年的高頻活動極光研究計劃以及類似的專案研究使用高能無線電發射機來改變電離層的特性。這些研究集中於研究電離層等離子體的特性來更好地理解電離層，以及利用它來提高民用和軍事的通訊和遙測系統。 超級雙子極光雷達網研究高高度和中高度對8至20MHz頻率的相干散射。相干散射與晶體的布拉格散射類似，是由電離層密度差異造成的相增衍射散射。這個專案包括全球11個不同國家的多部雷達。 科學家還測量衛星和其它恆星的無線電波經過電離層所產生的變化。位於波多黎各的阿雷西博天文臺本來就是打算用來研究地球電離層的。