我们知道地球是被大气紧紧的包围着，地球大气的高度大概有600公里高，600公里以外的大气层密度已经十分稀薄。地球的大气层按照
热力学垂直分布，可以分为：- 对流层（高度10KM左右）
- 平流层（高度25KM左右）
- 中间层（高度85KM左右，这里是电离层的底部）
- 热层（600KM左右）
- 逃逸层（600KM以上）
那么如果按照电磁学垂直分布对大气层进行分类，可以分为以下几层：
- 中性层（对流层，平流层里的空气分子基本没有电离，以分子状态存在，空气呈中性）
- 电离层（气体中存在大量自由电子和离子，电离层存在4层：D、E、F1、F2）
- 磁层（在逃逸层外已经基本没有什么地球大气物质，只分布着地球磁场和被其捕获到太阳风粒子）
电离层分布
大气层结构分布
知道了大气层的结构，那么我们再来了解一下空气中的成分，空气中的主要成分是氧气和氮气，这两种气体大约占空气的99%。因此大气中主要是以氮、氧两种气体为主。那么同样是这些气体，电离层为什么就与我们身边的空气性质不一样呢，那么我们就来详细讲解“电离层”。
空气成分
电离层是如何被发现的？
发现电离层是二十世纪初的事，到现在也就一百年左右的历史。其实早在十九世纪八十年代，为了解释地磁场的变化，就曾经有人设想，距离地面100公里的上空，可能有一层导电的空气层存在。
到了十九世纪末年，无线电发报和收报的试验已经成功，在1901年，马可尼初次完成横渡大西洋的无线电发报和收报的试验。1902年即有人提出，电磁波按理来说应该是向空间扩散，但竟然能够反射回地面上，他认为这是因为高层大气中存在导电层的缘故。无线电波遇到导电层的时候，发生反射作用，就好比光线遇到镜子表面所发生的发射那样。
电离层反射电磁波
目前，根据世界各地大量的探测结果，知道了电离层的变化是比较复杂的，不论是电离层的高度还是电荷的浓度，都随时随地在不断变化，而且发现上空有好几层电离层。有的在白天出现，晚上消失，有的突然出现，随后即消失。
电离层是如何产生的？
我们之前讲过，大气主要是由氮气与氧气组成的，这些分子和原子是中性的。一个原子是由带正电的原子核与带负电的电子组成的，由于原子核带的正电与电子带的负电电荷数量相等，因此，原子是中心的。
当有太阳光照射时，太阳光中的紫外线首先会对高层大气中的气体分子和原子起光化作用。太阳光是由许多不同波长的电磁波所构成，其中能量最大的就是紫外线，紫外线的光波短，频率大，能量高。
太阳光谱
太阳光中的紫外线照射大气层，我们把紫外线用一个最小单位的能量表示，叫做光量子，它的能量以hv1来表示。当这个光量子打击到一个氧分子上，便把氧分子分散为两个氧原子，这种作用就叫分解。h是一个常数，叫做普朗克常量，v1是光量子的振动频率，从这个式子中我们就可以看出，频率越高，能量就越高，紫外线的能量足以使原子之间分离。
紫外线照射氧分子导致分解
当具有更大能量的光量子打击到分开的原子上时，就会发生下图的作用，光量子会把原子周围的一个电子打出，产生两个带电荷粒子。这个所需要的能量要比上面的能量更大，被打出来的电子不再受原子核的束缚，因此叫做自由电子。自由电子带负电，失去一个电子的原子核就会带正电，叫做正离子。这个行为称为离解。
氧原子离解
这些都是在紫外线的作用下才产生的，由于这些作用，这些分子和原子也会吸收掉一部分紫外线。各电离层中电子的产生就是依靠紫外线作用而来的。
当自由电子和离子相碰撞时，又能产生与解离相反的作用，叫做复合。此时正离子捉住一个负电子，又变为中性原子。高层大气中的分解、离解和复合作用是在不断进行中的。
白天在太阳照射之下，离解作用占了优势，因此，电离层中的电子浓度随大气的升高而增加。到了夜晚，太阳紫外线的来源没有了，便以复合作用占优势，因此，电离层的电子浓度减小，有的电离层在晚上就消失了。
电离层对无线电波的作用
一个信号发射塔要发出无线电波，是靠它的天线发射出来的，电磁波从天线向四面八方传播出去。发射出去的电磁波可以分为两个部分，一部分沿着地球表面向前传播出去，叫做地波；另一部分从天空中传播出去，叫做天波。
天波遇到电离层的时候，马上被它反射，又折回到远处的地面上来，实验证明：不同波长的无线电波受到电离层反射的情况也是不同的。波长短的无线电波，通过地波传输所能到达的距离比天波传输的距离远得多。所以，远距离短波无线电通讯通常要依靠天波来进行。因此，电离层对于人类通讯起着十分重要的作用。电离层对人类的作用不仅仅反应在通讯方面，之后将会有更多文章详细讲解电离层的作用以及人类如何应用。
以上就是地球电离层的形成原理，你看懂了吗？
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