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 дальность его отражения радиоволн. И наоборот, на ночной ( подветренной ) стороне Земли солнечный ветер оттягивает ионосферу дальше, тем самым значительно увеличивая дальность, которую радиоволны могут пройти путем отражения. Степень эффекта также зависит от времени года и количества солнечных пятен.
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.
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.