is dat gedeelte van de dampkring, dat boven de stratosfeer is gelegen, en dat zich uitstrekt van een hoogte van 60 km tot enkele honderden km boven de aarde. Het wordt gekenmerkt door het bestaan van enkele lagen (D, E, F1 en F2), rijk aan vrije electrisch geladen deeltjes.
Soms wordt met het woord ionosfeer alleen de E-laag bedoeld, die het eerst werd ontdekt. Het bestaan van een geïoniseerde laag werd in 1902 zowel door Kennelly als door Heaviside ondersteld, om het gedrag van radiogolven te verklaren. Deze worden ver beneden de optische horizon van de zender gehoord, hetgeen alleen mogelijk is, wanneer de golven tegen een electrisch geleidende laag als tegen een spiegel worden teruggekaatst. De lengte van de radiogolven speelt een belangrijke rol: het zijn vooral de korte radiogolven die van het weerkaatsend vermogen van de ionosfeer kunnen profiteren. De vraag, of een radiostraal teruggekaatst wordt, is ook afhankelijk van de hoek, waaronder de laag wordt getroffen. Stralen, die het aardoppervlak vrijwel horizontaal verlaten, en daardoor de ionosfeer zeer scheef treffen, kunnen teruggekaatst worden, terwijl verticaal oprijzende stralen van dezelfde golflengte niet weerkaatst worden en in de wereldruimte verdwijnen. Dit verklaart het bestaan van een stiltegordel rondom een zender, die korte radiogolven uitzendt.Het onderzoek van de ionosfeer gelijkt op het diepzee-onderzoek met geluidsgolven. Korte, scherp begrensde signalen worden uitgezonden, en de echo’s geregistreerd. Bij de methode van Breit en Tuve wordt een reeks radiosignalen uitgestuurd, terwijl ondertussen de golflengten van zender en ontvanger langzaam worden gevarieerd. Uit de echotijd kan de hoogte van de laag berekend worden. Door de golflengte van de signalen te variëren, kan men het gehele gebouw van de ionosfeer als het ware aftasten. Signalen, die zo kortgolvig zijn, dat zij bijv. de E-laag doorboren, kunnen tegen de F-lagen gereflecteerd worden en geven daardoor inlichtingen over deze lagen.
Zo vindt men dan in het algemeen de eerste laag op no km hoogte: de E-laag of Heaviside-laag. De E-laag is enkele tientallen km dik en bevat in het midden van de laag ongeveer 2.105 electronen per cm1. Op grotere hoogte bevinden zich de F-lagen; F, op 200 km hoogte met maximaal 4.105 electronen per cm3, en F, op 350 km hoogte met 106 electronen per cm3 in het maximum van de laag. De F-lagen zijn beide zeer dik (de F2-laag enkele honderden km) en gaan zonder scherpe scheiding in elkaar over. Des nachts is de E-laag vrijwel verdwenen, en zijn de beide F-lagen tot één versmolten. De F-laag wordt ook wel Appletonlaag genoemd.
Behalve deze drie lagen heeft men nog de D-laag op 80 km hoogte, die zwak geïoniseerd is en vrijwel nooit tot reflectie aanleiding geeft, en enkele lagen die niet geregeld optreden. Van deze laatste is de sporadische E-laag (Es) de belangrijkste.
Het dagelijks gedrag van de lagen, en het gedrag tijdens zonsverduisteringen wijzen er op, dat E en Fx ontstaan door de ioniserende werking van het ultraviolette zonlicht op de gassen van de dampkring. Waarschijnlijk is dat ook het geval met D en F2, hoewel van de laatstgenoemde laag niet uitgesloten is dat een deel van de ionisatie door corpusculaire zonnestraling (straling van deeltjes) veroorzaakt wordt. De sporadische E-laag (E8, met vrijwel dezelfde hoogte als de E-laag) is in de equatoriale gebieden van de aarde en ook op gematigde breedte waarschijnlijk te danken aan meteoren (vallende sterren) die langs hun banen
slierten geladen deeltjes achterlaten. Op hoge breedte speelt ook de corpusculaire zonnestraling, die vooral in de poollichtgordels (z aardmagnetisme) de aardse dampkring binnendringt, een rol bij de vorming van Es. Daardoor is deze laag zeer variabel, zowel in de tijd als in de plaats, maar kan soms tot verrassend goede radioverbindingen aanleiding geven. Daar de ultraviolette en corpusculaire zonnestralingen sterk afhangen van de activiteit der zonnevlekken, is het duidelijk dat de ionosfeer in sterke mate bepaald wordt door het aantal en de activiteit van de vlekken (11-jarige zonnevlekkencyclus).
Het radioverkeer is in hoge mate van de toestand van de ionosfeer afhankelijk. De zeer lange golven worden overdag tussen het aardoppervlak en de D-laag voortgeleid en des nachts tegen de E-laag weerkaatst, die zwak aanwezig is. Het golflengtegebied van 200 tot 100 m is ongeschikt voor de omroep, vanwege de sterke absorptie, die deze golflengten in de ionosfeer ondervinden. De korte golven van 100 tot 10 m worden tegen één der F-lagen gereflecteerd. In de practijk gebruikt men voor het radioverkeer over lange afstanden golflengten tot 10 m, die door middel van speciale antennes vrijwel horizontaal uitgestraald worden. Om de andere zijde van de aardbol te kunnen bereiken, moeten de radiogolven enkele malen tussen de aarde en de F2-laag op en neer gaan (voor de radioverbinding Nederland-Java waarschijnlijk vijf maal).
Soms ondervindt het radioverkeer een kortstondige storing, waarbij de ontvangst op alle korte golflengten onmogelijk wordt. Deze storing wordt Dellinger-effect genoemd of radio-fade-out. Zij wordt veroorzaakt door een uitbarsting van ultraviolet licht op de zon, en komt dus alleen voor aan de dagzijde van de aarde, en wel vooral in de aequatoriale gebieden. Door het overvloedige ultraviolette licht van de uitbarsting wordt gedurende korte tijd een sterke D-laag gevormd, die de korte radiogolven absorbeert. Zeer lange golven worden beter langs de versterkte D-laag voortgeleid en vallen tijdens het Dellinger-effect op door een krachtige ontvangst.
Sterke veranderingen in de ionosfeer komen voor tijdens magnetische stormen. De buien van geladen deeltjes, die van de zon afkomstig zijn en die de magnetische stormen veroorzaken, tasten ook de ionosfeer aan. De F-lagen worden wazig en er treden nieuwe lagen op op hoogten, waar normaliter geen lagen gevonden worden. Ook kan een sterke D-laag ontstaan, die alle radioverkeer verstikt. In het poollichtgebied wordt vaak een sterke abnormale E8-ionisatie gevormd, die dan een verbeterde ontvangst levert.
Uit de dikte der ionosferische lagen valt een temperatuur te berekenen. Zo vindt men voor de E-laag een temperatuur van ca 100 gr. C., voor de F-lagen temperaturen tussen 200 gr. C. en 700 gr. C. De hoogste luchtlagen zijn dus zeer heet, en dit verklaart het feit, dat de dampkring zich tot zeer grote hoogte uitstrekt, zodat het poollicht op zelfs ruim 1000 km boven de aarde wordt waargenomen. Directe metingen van de ionisatie en van de luchtdruk tot 120 km hoogte door middel van vuurpijlen (opstijgingen van Duitse Va’s en Amerikaanse aerobees op de vlakte van White Sands, New Mexico) leveren een uitstekende bevestiging van de gegevens die indirect uit peilingen van de ionosfeer werden berekend.
DR J. VELDKAMP
Lit.: S. K. Mitra, The Upper Atmosphere (1948); J. Veldkamp, Aardmagnetisme en poollicht (1948).
