今天，我带大家来认识一下电离层。首先看一下电离层的定义是什么呢？
电离层（Ionosphere）是地球大气的一个电离区域。电离层是从离地面约60公里开始，一直伸展到约1000公里高度的地球高层大气区域。
－－百度百科
地球大气不是被分成对流层、平流层、中间层和热层吗，怎么又出来了一个电离层呀？
电离层是不是被夹在这个大气层中间，因为不重要所以一般就被人们忽略了？
额，莫急，让我们先来看看高层大气的分层结构图吧：
诶，不是说电离层从60公里就开始，一直到1000多公里高度吗？图里这一段是中间层和热层呀，那么电离层在哪儿呢？
其实电离层是和大气层耦合起来的，电离层是和中间层、热层在一个高度上。因为大气层分层结构是根据中性气体温度变化分层的，但是电离层说的是被电离的气体，也就是说电离层是大气电离情况的概念，所以电离层和一般的大气分层的定义是不一样的。这样中性的大气层就会和电离层相互作用，相互影响。
那这么说，我们地球60公里高度以上全部是电子和离子吗？我们看看电离层和热层的气体数密度。我们知道，大气层的气体密度是随高度指数下降的，在一两百公里高度中性气体密度在10的10次方每立方厘米量级左右，但是被电离的电子数密度最大也只是在10的6次方每立方厘米量级，可以看到，在电离层高度（几百公里高度）电子比中性气体要少的多（在数学上几乎要被忽略了）。也就是说，在电离层高度，大气是被部分电离的。往更高的高度，比如地球以上一千公里高度左右，中性气体就很少了，这些地方几乎全部都是电子和氢离子（因为氢离子比较轻，可以飘的很高；另外，从太阳跑过来的正离子也主要是氢离子），所以这些地方被称作是是完全电离的，一般被定义为“磁层”。
我知道了！电离层高度，大气是被部分电离的；再高一点的磁层，大气就是完全电离啦。
虽然电离层高度上电子密度比中性气体密度要小很多，但是它的作用却是不能忽略的。无线电通讯就是因为电磁波在被电离的大气（电离层）中可以折射和反射才可以被人们利用，另外卫星通讯信号也需要穿过电离层。我们知道，卫星通讯信号（也就是电磁波）在带电的区域传播的时候会被折射，另外还会被吸收造成信号衰减或延迟。为了保证全球通讯的正常进行，科学家们一直在不断的努力去了解电离层的变化。
图片来源：https://www.nrl.navy.mil/
那么电离层是怎么来的呢？我们经常听到的一个词叫“光致电离”，是说光电子辐射会导致原子中的电子脱离原子，原子被电离成电子和离子。电离层就是因为太阳光照射大气层的时候，中性大气被电离成电子和离子，然后通过电子和离子不断地和中性大气相互作用、运动，产生了比较稳定存在的电离层。因为电子比离子轻很多，所以电子一般都是跟着离子运动，也就是说电离层还是准中性的（也就是在一定的空间区域里，净电荷数几乎为0）。
一些太阳活动如耀斑爆发、X射线爆发等，可能会使电离层区域更多的中性大气被电离，电离层区域电子在短时间内急剧增加，从而产生剧烈的电离层扰动。强烈的电离层扰动会对电磁波信号的吸收作用剧烈增强，甚至可能会导致通信系统失效。
那么电离层是怎么分布的呢？首先我们看看电离层的垂直结构：
图片来源：http://www.sws.bom.gov.au/Educational/1/2/5
左边的图是白天的电离层随高度的分布结构，右边的图是夜间的电离层电子密度的分布结构。白天电离层可以分为D，E，F层几部分。D层分布在60~90公里高度范围，白天该区域地球大气受太阳光中的硬X射线电离，继而产生电子形成D层。90到150公里高度主要是电离层E层，该区域主要由太阳光中的软X射线和远紫外波段电离氧气分子产生，E层的电子分布主要由电离和损失过程主导，对了，在极光出现的高纬度区域，极光的粒子沉降也会影响电离层E层的分布~
电离层中百分之九十甚至更多的电子是集中在150公里到500公里高度，也就是F层 。在该区域，地球大气中的氧原子受太阳极紫外射线电离，产生大量电子和氧离子，在白天，由于受输运等过程的影响不同，F层又可以分为F1层和F2层，在两百公里高度以下的F1层附近，电离层受光化学作用控制，叫做“F1层”。而在两三百公里高度上的F2层，除了光化学过程，电子运动受输运过程影响比较强烈，叫做“F2层”。电离层在F2层会达到最大，叫做“F2层峰”，F2层的峰值密度（NmF2）所在的高度叫做F2层的峰高（hmF2），其数密度大概可以达到10的6次方每立方厘米。
图片来源：www.spacearth.net
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