13. Іоносфера та її вплив на поширення радіохвиль

13.1. Структура іоносфери та її властивості

13.1.1. Склад верхніх шарів атмосфери. Джерела іонізації

13.1.2. Структура іоносфери

13.1.3. Добові, сезонні, одинадцятирічні змінення стану іоносфери

13.2. Поширення радіохвиль в однорідному газі

13.2.1. Сили, що діють на електрон в іоносфері

13.2.2. Діелектрична проникність іонізованого однорідного газу без урахування втрат

13.2.3. Діелектрична проникність та провідність іонізованого газу в реальних умовах

13.3. Заломлення та відбивання радіохвиль в іоносфері

13.3.1. Траєкторія променя в іоносфері

13.3.2. Максимальна та критична частоти

13.4. Вплив магнітного поля Землі на поширення радіохвиль

13.4.1. Явище змінення площини поляризації

13.4.2. Явище гіромагнітного резонансу

13.4.3. Явище подвійного променезаломлення

13.5. Висновки

13.6. Контрольні питання та завдання

В процесі роботи з матеріалом цього розділу та після його завершення ви маєте:

знати:

– структуру іоносфери за висотою;

– джерела іонізації;

– фактори, що впливають на формування шарів іоносфери;

– характеристики шарів іоносфери за висотою та електронною густиною;

– причини та властивості добових, сезонних та одинадцятирічних змінень стану іоносфери;

– сутність числа Вольфа;

– сили, що впливають на електрон у ідеальному однорідному іонізованому газі та реальному;

– структуру діелектричної проникності іонізованого газу;

– сутність частоти Ленгмюра;

– принцип формування траєкторії радіохвиль в іоносфері;

– сутність максимальної та критичної частот;

– вплив магнітного поля Землі на поширення радіохвиль;

– сутність явища гіромагнітного резонансу;

– явище змінення площини поляризації;

– явище подвійного заломлення променя;

вміти:

– навесті графік розподілу електронної густини іоносфери;

– визначати добові змінення стану іоносфери залежно від часу;

– користуватися числом Вольфа;

– описувати явища, які впливають на поширення радіохвиль в реальних умовах;

– обчислювати значення максимальної та критичної частот;

– обчислювати значення еквівалентної діелектричної проникності;

– визначати частоту Ленгмюра;

– визначати максимальну та критичну частоти іоносферної радіохвилі;

– розраховувати власну частоту обертання електрона за колом;

– визначати умови формування звичайного та незвичайного променів у іоносфері;

– охарактеризувати явище подвійного заломлення променя.

13.1. Структура іоносфери та її властивості

13.1.1. Склад верхніх шарів атмосфери. Джерела іонізації

Іоносфера – це частково або повністю іонізована область атмосфери Землі, що є на висотах від 50-60 км до 15-20 тис. км, в якій газ іонізовано, тобто з великою кількістю вільних електронів. Область іоносфери, яка суттєво впливає на поширення радіохвиль, сягає висот 1000...1500 км (структуру іоносфери наведено на рис 13.1). Процес іонізації атмосферного повітря полягає у примусовому вибиванні із зовнішньої оболонки атома газу під впливом іонізації електронів. В результаті атом набуває позитивного заряду, тобто стає іоном.

Рисунок 13.1. Схема газового складу тропосфери та іоносфери

Основне джерело іонізації, Сонце – ультрафіолетове, рентгенівське випромінювання. Іншими джерелами є сукупний вплив зірок (0,1% від впливу Сонця) та метеори, швидкість яких Vкм/c. Після заходу Сонця іонізація зменшується. Іншими джерелами іонізації є космічне випромінення, метеорити та космічний пил. В середньому за добу в іоносферу потрапляють до 100 метеоритів масою 1 кг, до 10⁵ – маса яких 1 г, до 10⁸ – масою 1 мг. Вони випаровуються та залишають іонізований слід. Число електронів, що містяться в одиниці об’єму, називаютьелектронною густиноюта позначають.

Густина електронного потоку зменшується із наближенням до поверхні Землі (крива 1), а тиск зростає (крива 2). На великих висотах в області малого тиску (крива 2) (рис. 13.2) існує незначне число молекул, які здатні іонізуватися, тому значення (крива 3) в ційобласті мале. На невеликих висотах густина іонізувального потоку мала та його енергії недостатньо, щоб іонізувати велику кількість молекул. На деякій висоті значення величинтадостатньо великі, тому в цій області утворюється максимальне число електронів– крива 3 (екстремум, обумовлений кривими 1 та 2).

Рисунок 13.2. Формування іонізованого шару в іоносфері. Змінення з висотою густини іонізуючого потоку(1), тискур (2), електронної густини (3).

В процесі зменшення інтенсивності іонізації та тиску(наявності молекул) кількість вільних електронів зменшується, тому крива 3 має максимум. Із заходом Сонця зникнення вільних зарядів відбувається більш інтенсивно.