23.3.2. Ионизация северным сиянием и метеоритами

В ионосфере, которая простирается от 100 до над поверхностью Земли, электромагнитные волны подвергаются [186, 242, 357] рефракции, отражению и рассеянию ввиду наличия свободных электронов. В самом высоком слое плотность ионизации редко бывает достаточной для того, чтобы стало возможным распространение радиоволн с частотой выше примерно Распространение на дальнее расстояние на более высоких частотах может иметь место в результате ионизации самого низкого слоя Е. Плотность ионизации неоднородна, и электромагнитные волны рассеиваются [244] теми областями, плотность которых больше средней и которые находятся в состоянии беспорядочного относительного движения в тонком слое нижней части ионосферы. Энергия, падающая на этот слой, в основном рассеивается вперед вдоль направления падения. Так как принимаемый сигнал представляет сумму большого числа составляющих с изменяющимися фазами и амплитудами, что он оказывается промодулированным шумом с полосой несколько герц, а импульсно-модулированные сигналы растягиваются на несколько микросекунд вследствие задержки, которую испытывают наиболее сильно отклоняющиеся составляющие.

Интенсивная ионизация, производимая потоками, вызывающими полярные сияния, усиливает отражающую способность слоя Е на полярных широтах. Полярные сияния происходят чаще всего ночью на высоте около и появляются в виде окружностей с центрами в геомагнитных полюсах, причем плоский угол при вершине телесного угла, который стягивает окружности, составляет около 20°. Полярные потоки можно рассматривать [219] как длинные, неровные проводящие слои, горизонтальные размеры которых велики по сравнению с обычными длинами волн и которые расположены вдоль направления магнитного поля Земли. Был проанализирован механизм рассеивания [39] и проведены измерения отражения [36, 52, 59, 81, 103, 181] в диапазоне 30—100 Мгц, а впоследствии и в области более высоких частот 400—1200 Мгц. Отраженные от полярного сияния сигналы подвержены быстрым замираниям; в некоторых случаях наблюдался эффект Допплера ]. Было также обнаружено излучение сантиметровых волн [101, 102].

С помощью радиолокационных средств проведен ряд исследований молний. Лигда [185] показал, что электромагнитное излучение, вызываемое разрядом молнии, включает составляющие, способные создать сигнал на частотах вплоть до излучение наблюдалось на частотах до Обычно проводятся наблюдения над обратным рассеиванием, являющимся результатом ионизации в створе молнии [133, 332], хотя большие градиенты коэффициента рефракции, вызываемые тепловым нагревом, могут оказаться достаточно интенсивными. Отражения от молнии происходят [199, 333] в верхней части ливнево-грозовых облаков; интенсивность их за период около 1 сек быстро возрастает [210], а затем падает.

Ионизация атмосферы Земли может вызываться также кометами и чаще метеоритами. Когда метеорит входит в атмосферу Земли на высоте за ним создается след ионизированного газа и свободных электронов. При соответствующих условиях такой след рассеивает [9] электромагнитную энергию, которая достаточна для того, чтобы вызвать появление переходного процесса в чувствительном устройстве. В большинстве случаев отражение является зеркальным, что показано [367] на рис. 23.10, а; падающий и отраженный лучи составляют равные углы с осью метеоритного следа.

Рис. 23.10. Рассеяние метеоритными следами: а — геометрия процесса рассеяния; б - распределение метеоритных радиантов, полезных для рассеяния вперед. (См. [367, 91].)

Те электроны, которые рассеивают когерентно, заключены в столбе, равном первой зоне Френеля, причем центр этой зоны лежит в точке Р следа, для которой является минимальным. Когда след полностью образован, эта зона имеет длину

Принимаемая мощность равна [90]

где линейная плотность электронов, угол между падающим электрическим вектором и направлением рассеянного луча.

Уравнение (23.26) справедливо, когда меньше Метеоритный след в этом случае зарождается как узкий столбец с диаметром в несколько сантиметров, но затем благодаря диффузии расширяется при этом рассеянный сигнал уменьшается. Длительность этого процесса составляет несколько десятых секунды. Для случая обратного рассеяния [187] максимальная принимаемая мощность получается из уравнения (23.26), если подставить

Когда линейная плотность электронов в хвосте превышает то сначала принимаемая мощность мала, затем она возрастает до максимума и спадает до нуля. Максимальная величина для рассеяния вперед в таком случае равна [141]

Первоначальное определение радиантов метеора или очевидных источников было проведено на с использованием трех раздельных станций [135]. Ориентация антенн былавыбрана таким образом, что лучи пересекались эквидистантно от каждой станции на высоте около 100 км. Так как метеорный след дает радиолокационный отраженный сигнал лишь в том случае, когда след нормален к лучу, то по мере того, как радиант перемещается по небу, он дает последовательно отраженные сигналы все время, пока след занимает соответствующую ориентацию по отношению к трем лучам.

Скорость метеоров измерялась [368] с помощью индикатора дальность — время. Если метеор движется по прямой линии со скоростью то дальность в момент равна

где дальность и время в ближайшей точке; таким образом для определения достаточно трех наблюдаемых значений Другой метод [87] состоит в измерении флюктуаций принимаемой мощности в тот момент, когда метеорит пересекает перпендикуляр, построенный из точки размещения станции наблюдения на направление следа. Максимумы и минимумы флюктуаций соответствуют образованию последовательных зон Френеля, по которым можно рассчитать скорость. Измерялась поляризация отраженных сигналов [305], а также допплеровское изменение частоты [197] вследствие движений метеоритов. Первоначальные наблюдения [187] влияния метеоритной ионизации на распространение радиоволн в настоящее время дополнены обширными исследованиями рассеяния вперед. Области неба, которые являются важными для такого рассеянного распространения, были определены теоретически [90, 138], а дополнительные соображения [136] дали возможность установить основное направление прихода сигнала.

Эшлеман и Млодноский [91] провели измерения направленных характеристик метеоритного распространения; распределение [367] полезных метеоритных радиантов показано на рис. 23.10, б в виде контуров на небесной полусфере. Распространяющиеся сигналы [383] обладали суточными изменениями [139] и имели длительность около 0,1 сек, хотя иногда наблюдался и более продолжительный прием [190]. Антенны должны иметь соответствующие диаграммы

направленности и ориентацию [137, 140]. Оптимальная частота при метеоритном распространении составляет около 50 Мгц [89, 191], хотя были проведены наблюдения [98, 382] и в области ультравысоких частот.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)