Излучение Lβ также бессильно ионизовать молекулы N2 или атомы О (потенциал ионизации этих частиц выше, чем энергия кванта Lβ), но может ионизовать одну из основных составляющих атмосферы в области Е - молекулу кислорода. Излучение в линии Lβ эффективнее всего в максимуме области Е на высоте около 120 км и практически не влияет из-за поглощения атмосферным газом на самую нижнюю часть области Е (95 - 110 км).
Коль скоро мы понимаем, как действует рассеянное излучение в линиях водорода и гелия на разные области высот, мы можем взять интенсивности этих линий и рассчитать равновесные электронные концентрации в ночной ионосфере. После этого, сравнив теорию с экспериментом, станет ясно, решает ли рассеянное излучение проблему поддержания ночной ионосферы.
Правда, чтобы "взять" интенсивности рассеянного излучения, их нужно иметь. В этой части проблемы есть свои трудности, которые, однако, мы не будем здесь обсуждать. Отметим лишь, что первые измерения интенсивности необходимых нам эмиссий были проведены, и (хотя результаты измерений нуждаются в уточнении и подтверждении) будем считать, что эта часть проблемы решена и соответствующие скорости ионизации известны достаточно надежно.
Раз так, то более нет препятствий для того, чтобы рассчитать при фотохимическом равновесии (как мы это делали для дневного времени) распределение электронной концентрации и сравнить его с наблюдаемым. Такое сравнение провели. Оказалось, что по абсолютным значениям концентрации электронов все более или менее сходится. На высоте 120 км, например, равновесная величина [е] получается равной 3×103 см-3, что лежит внутри разброса экспериментальных данных от 103 до 104 см-3. С этим пока все в порядке. Трудность в другом. Теоретический профиль [е] неизбежно получается гладким, без резких пиков и провалов. Этого и следовало ожидать. Ведь изменяется плавно и плотность атмосферного газа, и интенсивность линий за счет поглощения, температура, влияющая на коэффициент рекомбинации, тоже не дает скачков. Откуда же взяться пикам и провалам на профиле [е]? Этого фотохимическая теория дать не может. Значит ли это, что механизм ночной ионизации рассеянным излучением не годится вообще? Оказалось, что нет.
Выяснилось, что для объяснения слоистой структуры ночного профиля [е] на высотах 100 - 170 км необходимо наряду с дополнительныхм источником ионизации в виде, скажем, рассеянного излучения привлекать еще и динамику. Мы говорили выше, что динамические процессы не способны спасти ночную область Е от "вымирания" из-за малого времени жизни электронов на этих высотах.
Иначе говоря, никакой динамический процесс не может за время т транспортировать электроны из другой части ионосферы (скажем, из дневного полушария или с больших высот, где они могут генерироваться иным механизмом). Однако ночью величины τ оказываются достаточны для того, чтобы в результате динамических процессов происходило перераспределение концентрации заряженных частиц внутри рассматриваемой области. Дополнительный источник ионизации спасает ионосферный резервуар от опустошения из-за рекомбинации и поддерживает общее количество заряженных частиц на некотором уровне, а динамические процессы, не изменяя этого количества, перераспределяют вещество внутри резервуара и вызывают своего рода волны - максимумы и минимумы на вертикальном профиле [е].
Пора уже сказать более определенно, что это за динамические процессы. Мы имеем в виду систему горизонтальных ветров в верхней атмосфере. Из наблюдений известно, что эта система очень сложна или сильно стратифицирована. Другими словами, на двух близких высотах (скажем, 110 и 130 км) может дуть ветер противоположных направлений, а где-то посередине (скажем, на 120 км) может быть зона безветрия.
Речь идет пока о нейтральном ветре, т. е. о горизонтальном движении всей массы нейтрального газа. Нейтральные частицы увлекают за собой заряженные частицы (ионы и электроны). А при движении заряженной частицы в магнитном поле возникает сила, заставляющая эти частицы смещаться вертикально вверх или вниз, смотря по тому, в какую сторону происходит движение относительно силовых линий магнитного поля. Поскольку картина горизонтальных ветров в области Е и выше нее сильно стратифицирована, будет иметь сложную форму и кривая изменения скорости вертикального дрейфа с высотой. Пример такой кривой представлен на рисунке на стр. 72: в разных высотных интервалах скорость вертикального дрейфа имеет разное направление - то вверх, то вниз. Между этими интервалами неизбежно существуют точки, где скорость равна нулю (дрейф отсутствует). Причем для распределения заряженных частиц эти точки не одинаковы. Так, частицы, расположенные выше нулевой точки на 110 км, будут стремиться сдвинуться вниз, а ниже нее - вверх, как бы сбегаться к ней. Назовем такие точки точками сходимости. К ним на нашем рисунке относится также точка на h = 95 км. Точка на высоте 120 км, наоборот, обладает свойством расходимости, ибо заряженные частицы по тем же соображениям будут от нее убегать. Естественно, что, если мы теперь возьмем гладкий профиль электронной концентрации (который дает чистая фотохимия) и "включим" указанный механизм, на нашем профиле образуются максимумы (в точках сходимости) и минимумы (в точках расходимости). Чем сильнее стратификация горизонтального ветра, тем более изрезанным окажется профиль электронной концентрации. Чем больше скорость ветра, тем активнее будут сгоняться заряженные частицы к точкам сходимости и тем больше будет перепад концентраций между соседними максимумами и минимумами. Вот вам и объяснение пикам и провалам на профиле [е].
Роль этого механизма в создании изрезанностей на распределении электронной концентрации прекрасно и наглядно подтверждается при сопоставлении одновременных измерений электронной концентрации и скорости горизонтального ветра. Одно из таких сопоставлений (взятое из оригинальной работы) приведено на рисунке: точки сходимости и расходимости на профиле вертикального дрейфа, вызванного горизонтальным ветром, действительно соответствуют максимумам и минимумам на профиле электронной концентрации.
Группа японских ученых, много сделавших для развития гипотезы рассеянного излучения, провела серию одновременных измерений [е] и структуры ветра на высотах 100 - 170 км. Авторы получили, во-первых, что профиль электронной концентрации в течение ночи сильно изменяется. Происходит смещение максимумов и минимумов, понижение "долины" и т. д. И во-вторых, все это изменение полностью следует за изменением в течение ночи структуры горизонтальных ветров.
Итак, гипотеза рассеянного излучения, привлекая ветер, дала очень красивое решение задачи о ночном источнике ионизации на высотах 100 - 170 км. Значит ли это, что проблема решена полностью и можно к ней не возвращаться? Увы, нет. Все, что мы говорили о согласии теории и эксперимента, относилось к невозмущенным условиям, когда ночные электронные концентрации достаточно низки (скажем, на высоте 120 км порядка (2 ÷3) 103 см-3). Но общее количество электронов в ночной области высот 100 - 170 км сильно меняется. И обеспечить нужную скорость ионизации в случае достаточно высоких [е] (на высоте 120 км это будет соответствовать примерно 104 см-3) рассеянное излучение не может. Не может оно объяснить и того факта, что случаи более высокой ионизации демонстрируют явную связь с моментами повышенной геомагнитной активности.
Значит, мы снова возвращаемся к корпускулярной гипотезе. Но теперь с несколько других позиций. Корпускулы нужны нам, чтобы объяснить повышение ионизации над "фоном" (даваемым рассеянным излучением) при возмущениях магнитного поля Земли. Но нужны-то они нужны, а вот действительно ли они существуют? Ведь что касается измерений самих электронов с E=1÷10 кэВ, то измерять их трудно, и результаты разных авторов расходятся. Одни "видят" их своими приборами и получают достаточные величины потоков для обеспечения g. Другие "не видят" совсем или получают столь малые потоки, что о вкладе в ионизацию E - области и говорить не приходится. Третьи... Третьи не измеряют ни того, ни другого, но задают простой вопрос: откуда на средних широтах могут взяться электроны столь малых энергий? И это очень неприятный вопрос для сторонников корпускулярной гипотезы. Ведь, если бы эти электроны пришли извне, земное магнитное поле должно было бы их отбросить к полюсам, в высокоширотную ионосферу. А если они образовались внутри ионосферы, то где и с помощью какого механизма?