Ionosphäre II (Klasse E)

Die von der Sonne kommende Strahlung schlägt Elektronen aus den Sauerstoff- und Stickstoff-Atomen und -Molekülen der Hochatmosphäre (Ionisation). Diese freien Elektronen werden von Funkwellen geeigneter Frequenz zum Schwingen angeregt; das führt letztlich dazu, dass diese Wellen in Richtung Erdoberfläche gebrochen werden. Dieser Prozess verleiht insbesondere der Kurzwelle ihre einzigartigen Fähigkeiten. Dabei bestimmt die Dichte dieser freien Elektronen, welche Frequenzen noch gebrochen werden können: Je höher die Dichte, desto höher die Frequenz. Daher brauchen wir für die oberen Kurzwellenbänder hohe Ionisation und damit ein hohes Maß an der dafür notwendigen Sonnenstrahlung.

Andererseits wollen diese freien Elektronen sich sofort wieder mit den Atomrümpfen zu neutralen Atomen verbinden (Rekombination) und verlieren dadurch die brechende Wirkung. Nachdem im Sonnenlicht ständig ionoisiert und dann wieder rekombiniert wird, stellt sich in bestimmten Höhen ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden Vorgängen ein. Diese Gebiete werden als Regionen bezeichnet (manchmal auch als „Schichten“). Für die Kurzwelle sind dabei drei Regionen von besonderer Bedeutung:

D-Region

Die niedrigste der Drei ist die D-Region in etwa 50 bis 90 km Höhe. Hier ist allerdings die Gasdichte noch so hoch, dass die zum Schwingen angeregten Elektronen schnell mit anderen Teilchen kollidieren. Dadurch verliert die Funkwelle Energie. Die D-Region dämpft also diese Wellen, bis hin zur völligen Auslöschung. Dieser Effekt wird mit steigender Frequenz geringer und ist oberhalb etwa 10 MHz nicht mehr bedeutend.

Wenn nach Sonnenuntergang keine Strahlung von der Sonne mehr kommt, rekombinieren die Elektronen unmittelbar und die D-Region löst sich praktisch auf. Deswegen sind die unteren Kurzwellenbänder (genauso wir die Lang- und Mittelwelle) tagsüber weitgehend leer, denn dann können sich die Funkwellen nur über die Bodenwelle ausbreiten, weil die Raumwelle von der D-Region quasi verschluckt wird.

E-Region

In 90 bis 130 km Höhe schließt sich die E-Region an. Sie bricht unter normalen Umständen schräg einfallende Funkwellen bis etwa 10 MHz, mit einem Sprung können dabei etwas mehr als 2000 km überbrückt werde. Auch die E-Region löst sich nach Sonnenuntergang binnen weniger Minuten auf.

In dieser Region findet sich in den gemäßigten Breiten vor allem in den Sommermonaten ein besonderes Phänomen, die sporadische E-Schicht (kurz Es). Sie besteht aus meist kleinräumigen, sehr stark ionosierten Bereichen und ist in der Lage, Funkwellen viel höherer Frequenz zu brechen, bis hinauf in das 2-Meter-Band.

F-Region

Darüber findet sich schließlich die F-Region, die sich tagsüber zudem in die F1- und die darüberliegende F2 Region aufspaltet. Letztere kann sich bis in eine Höhe von 450 km ausdehnen und ist für die Kurzwellenausbreitung am bedeutsamsten. Denn zum einen erlaubt es ihre größere Höhe, mit einem Sprung Distanzen von bis zu 4000 km zu überbrücken. Zum anderen sorgt die geringe Gasdichte in diesen Höhen dafür, dass es sehr lange dauert, bis freie Elektronen wieder ein Ion finden, mit dem sie zu einem neutralen Atom bzw. Molekül rekombinieren können.

Deswegen gibt es dort immer genügend freie Elektronen, um Kurzwellen zu brechen. Ihre Anzahl und damit Dichte nimmt aber bei zurückgehender Sonneneintrahlung ab und damit auch die gerade noch zurückgebrochene Frequenz. Daher schließen die oberen Bänder als erstes.

Nachdem die E-Region nachts nicht mehr vorhanden ist, verläuft dann der gesamte Langstrecken-Funkverkehr über die F-Region.

Für die Ionisation wird Strahlung im extremen Ultraviolett- und Röntgenbereich benötigt. Die Erzeugung dieser Strahlung durch die Sonne schwankt in mehreren Zyklen, von denen der weitaus wichtigste etwa 11 Jahre dauert. Während des Aktivitätsmaximums können dann alle oberen Kurzwellenbänder und teilweise sogar das 6-Meter-Band für DX-Verbindungen genutzt werden, währenddessen im Aktivitätsminimum die Frequenzbänder oberhalb des 20-Meter-Bandes meist nicht nutzbar sind.