|
| |
|
Слаботочка Книги Атмосфера внутренней ионосферы неоднородная, так как на высотах свыше 90 км солнечное излучение вызывает диссоциацию атмосферного азота и кислорода. Молекулы этих газов, каждая из которых содержит два атома, распадаются на атомы, и над слоем однородного по составу воздуха возникают слои с различным соотношением атомарного кислорода, атомарного азота, молекулярного кислорода и молекулярного азота. Эти элементы в различной степени ионизируются ультрафиолетовыми лучами Солнца, в связи с чем ниже главного максимума ионизации существуют другие, менее выраженные максимумы, которые называют слоями (рис. 15.1).  Рис. 15.1. Ионизированные слои атмосферы. В ионосфере различают четыре слоя: D, Е, и Fz. Слой D расположен на высоте 60-80 км, слой Е - на высоте 100-130 км, слой f 1 - на высоте 180-230/сж, а высота слоя находится в пределах 200-450 км. Из перечисленных слоев наименее ионизированным является D, затем следуют слои Е, F, и на уровне слоя Fz находится основной максимум ионизации. После захода Солнца следовало бы ожидать полного рассеяния ионосферы, но этого не наблюдается, так как ионы и свободные электроны соединяются в нейтральные молекулы таким образом, что электронная плотность ионосферы убывает по гиперболическому закону. Слои Е и Fz ночью сохраняются, хотя интенсивность ионизации их значительно меньше, чем днем, и только слои D и f 1 в это время суток полностью исчезают. Слой Fi отсутствует и днем в зимнее время. Кроме того, в это время высота слоя Fz увеличивается от 220-240 км днем до 300-330 км ночью. Электромагнитные волны, попадая в ионосферу, возбуждают в ней колебания электронов, полученных в результате ионизации. Колеблющиеся электроны образуют ток, который имеет обратную фазу относительно тока смещения в свободном пространстве. Это равнозначно уменьшению диэлектрической проницаемости атмосферы. Для определения ее обратимся к формуле комплексной абсолютной диэлектрической проницаемости полупроводящей среды еа = еа-/-. (327) Если в единице объема ионизированной среды содержится N электронов, каждый из которых имеет заряд е, то общий заряд этого объема равен Ne. В таком случае за 1 сек через единичную площадку, перпендикулярную вектору скорости электронов у, проходит заряд Nev, т. е. плотность тока проводимости равна б = Nev. Последняя связана с напряженностью электрического поля зависимостью 6=Y. а поэтому удельная проводимость ионизированной среды 7=---. (345) Сила, действующая на каждый электрон, помещенный в электрическое поле, равна еЁ. Эта же сила может быть выражена как произведение массы электрона т на ускорение . Следовательно, с- dv Если скорость электронов изменяется по синусоидальному закону t=гe/ то ускорение электронов = /соо ,е/-=/(ог;. еЁ = т = jm(ov. Отсюда находим напряженность электрического поля: Е = 1 .niGiV Подставляем это выражение в формулу (345): Nev Ne ПО) * после чего формула (327) принимает вид - - / 7Г - - ZZT - Ш mwa ~ а (2,1)2 р . Разделив обе части равенства на абсолютную диэлектрическую проницаемость неионизированного воздуха и подставив значения е= 1,610- /с, т = 9,Ы0-з /сг, = = 3Qj\ фМ, получим относительную диэлектрическую проницаемость ионосферы Если в данной формуле электронная плотность выражена числом электронов в 1 воздуха, то частота / выражена в гц. Если же измеряется в см, то / - в кгц. Формула (346) подтверждает, что диэлектрическая проницаемость ионосферы 8 меньше диэлектрической проницаемости неионизированного воздуха, равной единице. Проводимость ионосферы возрастает с увеличением плотности ионизации N и уменьшением частоты электромагнитных волн /. Первое очевидно, а последнее объясняется тем, что, чем больше период времени, в течение которого совершается полное колебание электронов, вызванное электромагнитными волнами, тем больше амплитуда этих колебаний. Таким образом, диэлектрическая проницаемость ионизированных слоев воздуха уменьшается по мере повышения плотности ионизации и понижения частоты проходящих через ионосферу волн. Как же влияет ионизация атмосферы на распространение радиоволн? Уменьшение диэлектрической проницаемости атмосферы означает увеличение фазовой скорости радиоволн при переходе их из нижних слоев атмосферы в ионосферу, а это влечет за собой преломление и отражение волн. Кроме того, наличие ионосферы проявляется в поглощении анергии радиоволн. Такой вывод, казалось бы, противоречит формуле (346), согласно которой ионосфера - идеальный диэлектрик, поскольку ее диэлектрическая проницаемость выражается вещественным числом. В действительности это является результатом того, что при выводе формулы не учитывались потери электромагнитной энергии во время столкновений колеблющихся электронов с нейтральными молекулами и ионами. При столкновениях электроны передают ионам и нейтральным молекулам энергию, полученную от электромагнитных волн, и эта энергия расходуется на тепловое движение тяжелых частиц ионосферы. При частоте электромагнитной волны, равной числу столкновений электронов с тяжелыми частицами в секунду, поглощение энергии электромагнитных волн, как обычно при резонансе, максимально. Эта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 [135] 136 137 138 139 140 141 142 143 |