РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ МЕТЕОРОВ

Когда испускаемая радиолокатором электромагнитная волна встречается с ионизованным следом метеора, происходит зеркальное отражение ее, так что если передатчик и приемник находятся рядом, то в приемник попадают лишь импульсы, отраженные перпендикулярно к следу, т. е. от точки следа А, ближайшей к наблюдателю О (рис. 241). Эффективное для наблюдателя отражение происходит лишь в пределах первой зоны Френеля, имеющей полуширину , где R — расстояние до точки А, а , как всегда, длина волны. Таким образом, из всего ионизованного следа метеора в 20 км отражает лишь отрезок длиной около 1 км. Именно в это время — в момент U пролета метеора через точку А — отраженные импульсы радиолокатора резко возрастают по интенсивности, после чего происходят затухающие колебания амплитуды такие же, какие в оптике лежат в основе явления дифракционных полос при прохождении света вблизи экрана с прямолинейным краем. Время между посылкой импульса и его возвращением определяет наименьшее расстояние до следа метеора, и это можно сделать с погрешностью ~ 1 км. Если передатчик излучает непрерывно, дифракционная картина наблюдается и до прохождения метеором точки А — в результате взаимодействия смещенной по эффекту Доплера частоты отраженного импульса с частотой поверхностной волны, идущей от передатчика.

Рис. 241. К радиолокационному методу наблюдений метеоров

Если метеор яркий, наблюдается эхо от головы метеора, и тогда можно успешно определить расстояние до метеорного тела и его скорость до и после прохождения им точки А кратчайшего расстояния.

Действительно, расстояние R в любой точке траектории (рис. 241) в момент t связано следующей очевидной зависимостью с минимальной дальностью и скоростью v движения метеора:

что является уравнением гиперболы в координатах (R, t). В соответствии с этим на фотографиях экрана осциллоскопа, показывающих дальность отражателя в зависимости от времени, появление метеора изображается дугой гиперболы, форма которой позволяет определить скорость v (рис. 242).

В зависимости от электронной концентрации следа он либо проницаем для падающей волны, либо непроницаем. В первом случае след называется неустойчивым, во втором — устойчивым.

Рис. 242. Эхо от метеора, приближавшегося, потом удалявшегося со скоростью 60 км/с. Слева дана шкала дальности в километрах, черточками внизу отмечены секунды времени. Метеор не. наблюдался визуально, так как появился в дневное время. След отражал импульсы в течение 365 с

Переход от первого ко второму происходит при линейной концентрации электронов на 1 см длины следа. В первом случае приходящая волна рассеивается электронами индивидуально в обратном направлении, коэффициент рассеяния равен на электрон. Устойчивый след отражает как металлический цилиндр. И в первом, и во втором случаях электроны диффундируют в окружающую среду, причем эта диффузия происходит замедленно, так как разбегание электронов сдерживается ионами (так называемая амбиполярная диффузия). Линейная концентрация электронов при этом не уменьшается. Одновременно происходит электронная рекомбинация, которая вместе с диффузией и прилипанием электронов к нейтральным молекулам и атомам приводит в конце концов к рассеянию ионизованного следа. Заметим, что ветры в верхней атмосфере, скорость и направление которых на разных высотах различны, неправильным образом изгибают ионизованный след метеора, так что к концу явления отражение может произойти не от ближайшей точки следа, а от той, нормаль которой проходит через наблюдателя.

Наиболее удобные для радиолокации метеоров длины волн лежат в пределах от 3 до 11 м (при больших К возрастают помехи со стороны атмосферы, при меньших быстро падает отражение). Весьма полную информацию о метеоре дает одновременная локация его из нескольких, например трех, мест, находящихся на расстоянии до 5 км друг от друга. С большой точностью определяются высота, скорость и направление движения метеора.

Впрочем, статистические методы позволяют определить, например, положение радианта из наблюдений одной станции. Таким образом, первые же радионаблюдения метеоров в 40-х годах привели к открытию нескольких метеорных потоков с радиантами, которые во время встречи Земли с потоками поднимаются над горизонтом лишь в дневные часы. Таков, например, поток Ариэтид с радиантом в созвездии Овна (Aries), весьма активный в начале июня, или наблюдаемый в то же время поток с радиантом у Персея.

Радиолокатор позволяет обнаружить метеоры более слабые, чем это может сделать невооруженный глаз и тем более — фотографическая камера. Быстрый метеор с абсолютной звездной величиной М=0 дает линейную электронную концентрацию следа тогда как радиолокационные наблюдения позволяют обнаружить метеорные следы несравненно более слабые, вплоть до визуальной величины , при которой . Можно сказать, что для быстрых метеоров, вроде Персеид, при v=60 км/с, связь между абсолютной визуальной величиной М и электронной концентрацией следа q выражается формулой

Для меньших скоростей необходима небольшая отрицательная поправка, доходящая до при .