stringtranslate.com

Слой Кеннелли–Хевисайда

Слои ионосферы . Слой Кеннелли-Хевисайда — это область E.

Слой Хевисайда [1] [ 2], иногда называемый слоем Кеннелли–Хевисайда [3] [4], названный в честь Артура Э. Кеннелли и Оливера Хевисайда , представляет собой слой ионизированного газа, находящийся примерно на высоте от 90 до 150 км (от 56 до 93 миль) над землей — один из нескольких слоев в ионосфере Земли . Он также известен как область E. Он отражает радиоволны средней частоты . Благодаря этому отражающему слою радиоволны, излучаемые в небо, могут возвращаться на Землю за горизонт . Этот метод распространения « небесной волны » или «пропускания» использовался с 1920-х годов для радиосвязи на больших расстояниях, вплоть до трансконтинентальных расстояний.

Распространение зависит от времени суток. Днем солнечный ветер прижимает этот слой ближе к Земле, тем самым ограничивая расстояние, на котором он может отражать радиоволны. И наоборот, на ночной ( подветренной ) стороне Земли солнечный ветер оттягивает ионосферу дальше, тем самым значительно увеличивая дальность, на которую радиоволны могут распространяться путем отражения. Степень эффекта также зависит от времени года и количества солнечных пятен.

История

Существование отражающего слоя было предсказано в 1902 году независимо и почти одновременно американским инженером-электриком Артуром Эдвином Кеннелли (1861–1939) [5] и британским эрудитом Оливером Хевисайдом (1850–1925) в качестве объяснения распространения радиоволн за горизонтом, наблюдавшегося Гульельмо Маркони в 1901 году. Однако только в 1924 году его существование было показано британским ученым Эдвардом В. Эпплтоном [6] , за что он получил Нобелевскую премию по физике 1947 года . [7]

Физики сопротивлялись идее отражающего слоя по одной очень веской причине: для этого потребовалось бы полное внутреннее отражение , что, в свою очередь, потребовало бы, чтобы скорость света в ионосфере была больше, чем в атмосфере под ней. Поскольку последняя скорость по сути такая же, как скорость света в вакууме ( c ), ученые не хотели верить, что скорость в ионосфере может быть выше. Тем не менее, Маркони принимал сигналы в Ньюфаундленде, которые транслировались в Англии, поэтому очевидно, что должен быть какой-то механизм, позволяющий передаче достигать такого расстояния. Парадокс был разрешен открытием того, что существуют две скорости света, фазовая скорость и групповая скорость . Фазовая скорость на самом деле может быть больше c , но групповая скорость, будучи способной передавать информацию, не может, согласно специальной теории относительности , быть больше c . Фазовая скорость для радиоволн в ионосфере действительно больше c , и это делает возможным полное внутреннее отражение, и поэтому ионосфера может отражать радиоволны. Среднее геометрическое фазовой скорости и групповой скорости не может превышать c , поэтому, когда фазовая скорость превышает c , групповая скорость должна быть ниже ее.

В 1925 году американцы Грегори Брейт и Мерл А. Туве впервые составили карту изменений высоты слоя Хевисайда. Стандартная модель МСЭ поглощения и отражения радиоволн слоем Хевисайда была разработана британским физиком-ионосферщиком Луисом Магглетоном [8] в 1970-х годах.

Этимология

Около 1910 года Уильям Эклс предложил название «Слой Хевисайда» для слоя, отражающего радиоволны в верхней атмосфере, [1] и впоследствии это название получило широкое распространение. [2] Название «слой Кеннелли–Хевисайда» было предложено в 1925 году в знак признания работы Кеннелли, [3] [5] , которая опередила предложение Хевисайда на несколько месяцев.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Griffiths, Hugh (15 ноября 2018 г.). «Оливер Хевисайд и слой Хевисайда», Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 376 : No. 2134. https://doi.org/10.1098/rsta.2017.0459. Получено 14 июня 2019 г.
  2. ^ ab Marchant, EW (декабрь 1916 г.). «Слой Хевисайда», Труды Института радиоинженеров, 4, № 6, стр. 511–520.
  3. ^ ab Макади, Александр (22 мая 1925 г.) «Слой Кеннелли-Хевисайда», Science, 61 , № 1586, стр. 540 DOI: 10.1126/science.61.1586.540
  4. ^ Мартин, ДФ (1934). «Атмосферное давление и ионизация слоя Кеннелли-Хевисайда». Nature . 133 (3356): 294. Bibcode : 1934Natur.133R.294M. doi : 10.1038/133294b0 . ISSN  0028-0836. S2CID  684206.
  5. ^ ab Russell, A. (24 октября 1925 г.). "Слой "Кеннелли-Хевисайда"", Nature 116 , стр. 609. doi:10.1038/116609c0
  6. Эпплтон, Эдвард В. и Барнетт, MAF (1 декабря 1925 г.). «О некоторых прямых доказательствах нисходящего атмосферного отражения электрических лучей», Труды Лондонского королевского общества, Серия A, Содержащие статьи математического и физического характера, 109.752 стр. 621–641.
  7. ^ "Нобелевские премии за 1947 год: сэр Эдвард Эпплтон, GBE, KCB, FRS", Nature , 160 , стр. 703–704 (22 ноября 1947 г.) doi:10.1038/160703c0
  8. ^ LM Muggleton (1975). «Метод прогнозирования foE в любое время и в любом месте». ITU Telecommunication Journal . 42 : 413–418. Bibcode : 1975ITUTJ..42..413M.