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 , встречающийся примерно на высоте от 90 до 150 км (56 и 150 км). 93 мили) над землей — один из нескольких слоев ионосферы Земли . Он также известен как регион E. Он отражает радиоволны средней частоты . Из-за этого отражающего слоя радиоволны, излучаемые в небо, могут вернуться на Землю за горизонт . Этот метод распространения « небесной волны » или «пропуска» использовался с 1920-х годов для радиосвязи на большие расстояния, вплоть до трансконтинентальных.
На распространение влияет время суток. В дневное время солнечный ветер прижимает этот слой ближе к Земле, тем самым ограничивая то, насколько далеко он может отражать радиоволны. И наоборот, на ночной ( подветренной ) стороне Земли солнечный ветер утягивает ионосферу дальше, тем самым значительно увеличивая дальность распространения радиоволн за счет отражения. На степень эффекта дополнительно влияет время года и количество 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) как объяснение распространения радиоволн. за горизонтом, наблюдавшийся Гульельмо Маркони в 1901 году. Однако только в 1924 году его существование было показано британским учёным 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 потребуется полное внутреннее отражение , что, в свою очередь, потребует, чтобы скорость света в ионосфере была выше, чем в атмосфере под ней. Поскольку последняя скорость по существу такая же, как скорость света в вакууме ( c ), ученые не хотели верить, что скорость в ионосфере может быть выше. Тем не менее, Маркони получал сигналы на Ньюфаундленде, которые транслировались в Англии, поэтому очевидно, что должен быть какой-то механизм, позволяющий передаче передаваться так далеко. Парадокс разрешился открытием существования двух скоростей света: фазовой скорости и групповой скорости . 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 радиоволн в ионосфере действительно больше, чем 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 опускаться ниже нее.
В 1925 году американцы Грегори Брейт и Мерл А. Туве впервые нанесли на карту изменения высоты слоя Хевисайда. Стандартная модель ITU поглощения и отражения радиоволн слоем Хевисайда была разработана британским физиком-ионосферщиком Луи Магглтоном [8] в 1970-х годах.
Примерно в 1910 году Уильям Экклс предложил название «Слой Хевисайда» для отражающего радиоволны слоя в верхних слоях атмосферы [1] , и впоследствии это название получило широкое распространение. [2] Название слой Кеннелли-Хевисайда было предложено в 1925 году, чтобы отдать должное работе Кеннелли, [3] [5] которая на несколько месяцев предшествовала предложению Хевисайда.