Файл: Филипп, Н. Д. Рассеяние радиоволн анизотропной ионосферой.pdf

тон).

Эксперименты, проводившиеся маломощными локаторами на час­

тотах

17, 23 и 30 МГц, доказали,

что этот сигнал -

следствие

ионосферного рассеяния.Импульсная

мощность локатора,

работавшего

на частоте I? МГц, около 2 кВт;*-

а средняя мощность - пооял-

нами 50 и I кВт. Повышение частоты

в эксперименте

приводило к

быстрому падению уровня сигналов указанного типа,

поэтому

такие

эхо-сигналы на маломощном локаторе

в диапазоне

30

МГц наблюда­

лись очень редко.

Экспериментаторы предполагали,

что такой

сигнал

может

быть

дил как

от

слоя

Е

,

так и

от слоя

F .

Отражения сигналов от

области

Е

на частотах

17 и 30 МГц

имели

место

почти каждую ночь в начале

лета и поздней

осенью

1555

года,

почти

с

таким же

постоянством,

как

и

отражения

от

области

F

.

Однако

связь

между периодами

появления этих

сиг­

налов не была обнаружена. Некоторые

из

них

продолжались

от

I

до 30

мин

, при этом суммарное время

наблюдения

составляло

I -

2 часа в сутки. Частота замираний таких радиосигналов была

зна­

чительно больше частоты замираний радиооигналов,

отраженных

от

обычных спорадических слоев ионосферы. Грубо эту частоту

можно

сравнить

с аналогичной

ве­

личиной, характерной .для ав-

роральных

отражений

[4,5] .

Такие сигналы часто обнару­

живаются в магнитно-спокой­

ные дни

[з ] .

Геометрическое

место

точек

перпендикулярного от­

ражения как функции азимута

при высоте

отражения в ІООш

с размещением локатора

на

геомагнитной

широте

Стен­

фордского

университета

по­

казано на рис. I .

Теорети­

ческие выводы

качественно

подсказывали исследователям, что

наблюдаемое

явление

на

сред­

них широтах (Стенфорд -

43,75° и

Спокен - 55° геомагнитной ши­

роты) - это результат

вторжения

корпускул в

верхние

слои

ат­

нак. 50°)

[ б ] . Данные использованных радиолокаторов

приведены

в табл. I .

Т а б л и ц а

I

Характеристики использованных

32

МГц

140 МГц

локаторов

Мощность,

излучаемая в

60 кВт

60 кВт

импульсе

Усиление

антенн

13 дБ (8-элемент-

25 дБ ( пара­

ная

антенна

типа

болоид

с диа­

волновой

канал)

метром 30 фу­

Диаграмма направленности

45°

тов)

15°

Полоса пропускания прием­

6 кГц

6 кГц

ников

Чувствительность приемни­

2*І0_І6Вт

0 ,5 -I0"i 6Bt

ков

Длительность импульсов

300 мкс

300 мкс

Частоты повторения

15

или

30

15

или

30

Зоны

отражения этих

сигналов,

судя

по

изображениям на эк­

ранах локаторов, находятся на расстоянии 200

- 600

км.

Часто

такие сигналы появлялись

около 20 ч

по местному

времени

и ис­

лученные' от полярных сияний в Арктике, характеризуются

общими

признаками:

- отражения, как правило, появляются

спорадически в

тех на­

правлениях,

где радиолуч перпендикулярен

магнитному

полю Земли;

флуктуации

имеют квазичастоту порядка 10

Гц и. более

и не

регу­

лярны; рассеяние происходит на высоте около 100 км;

частотная

зависимость

эффективного поперечного сечения рассеяния -

•

яния. Вероятность

появления полярного сияния на таких

широтах

составляет 0,04$,

или один день в 7 лет [7] ; корреляция

с соот­

выражена слабо; видимое полярное

сияние

не наблюдалось даже

при

необычно сильных ночных сигналах.

U -

образное изображение

эхо-сигналов

на экране

локатора

с азимутальной разверткой позволяет сделать вывод, что они

рас­

пространяются' почти ортогонально к линии магнитного поля в

точ­

ке отражения.

При вертикальном

сканировании

антенн сигналы

рассеивались

слоем

Е

,

а не слоем

F .

В 1958

г.

на широте Стенфорда

был

обнаружен такой же рассеянный сигнал,

обладающий

ракурсной

чув­

ствительностью на частоте ВСЮ МГц

[8]

.

Было высказано

предпо­

ложение,

что причиной

появления

таких

сигналов служат

"колонны"

ионизации, ориентированные магнитным полем Земли. Такая

неодно­

родная

ионизация, по мнению исследователей,

могла

быть

вызваг-

на частицами, направленными магнитным полем,

точно

так же,

как

образуется

арктическое

полярное сияние. Используя работу

Букера

и др.

[э]

,

авторы [б ]

утверждают, что длинные "колонны"

ноле-

наоравленной

ионизации являются

следствием действия

магнитного

поля на заряженные частицы.

Как и в

[з]

, они иногда склонны свя­

зывать

такие

сигналы с

появлением спорадических слоев

Es ;

ко­

торые

вначале могут иметь

изотропную турбулентную

структуру, а

В экспериментах, поставленных в районе магнитного

экватора в

Южной Америке сотрудниками Центральной лаборатории

распростра­

нения радиоволн Национального бюро стандартов США [іо]

,

исполь­

зовались радарные установки на частотах 50 и 21,8 МГц

(в

основ­

ном работы велись на 50

МГц). Авторы

отмечают, что

сильные

эхо-

сигналы частоты

50

МГц,

отраженные от

экваториальной

споради­

ческой области

Es

, наблюдаются в плоскости, нормальной

к

си­

ловым линиям земного магнитного поля и простирающейся в

восточ­

но-западном направлении.

При пиковой

мощности передатчика

5 кВт обычной

антенной

типа волновой канал

и приемником с полосой пропускания в 10

кГц

Зшс.104

9

очень часто принимались

сигналы, превышающие уровень

шумов

на

20 дБ. Эхо-сигналы возникают в

пределах

зоны с

толщиной прибли­

зительно в 6 км, центр

которой

находится

в 100

- 105

км

над

уровнем моря. Сигналы быстро замирают,

напоминая полярные

эхо,

полученные примерно на

той же частоте. Используя

панорамный

анализатор, авторы [Ю]

определяли

частотные

спектры отражен­

ных сигналов как при вертикальном

падении, так

и при различных

эхо-сигнала симметричен

относительно переданной

частоты

и обыч­

но имеет ширину от 100

до 200 Гц. При наклонном

падении к вос­

току спектр обычно сдвинут вверх в среднем на 125

Гц, при нак­

лонном падении к западу

-примерно на

столько же вниз.Это явление

можно истолковать как

следствие

горизонтального дрейфа

неодно­

родностей от востока к западу со скоростью порядка 750

метров

в секунду.

Для проверки наличия такого дрейфа был осуществлен

прием

на две антенны, разнесенные вдоль

базисной линии о востока на за­

пад. Пространственно-продольные

и

временные

корраляционные

функции, найденные экспериментально,

дают для

горизонтальной

составляющей’ дрейфа неоднородностей

те же значения, что

и полу­

ченные методом спектрального анализа.

ляции вдоль северо-южной базисной линии по уровню

1/

е

оказа­

лись порядка 35 Л

для обеих частот. Отсюда,

в

частности,

следует, что отражения от таких неоднородностей носят

селек­

тивный характер. Исследователи [іо] утверждают, что

принятая

Букером для северного сияния эллипсоидальная модель

неоднород­

ностей, ориентированных магнитным полем Земли

[і і ]

,

не

объяс­

пределение электронной концентрации имеет волновой характер

и

неоднородности являются фронтами

этой

плоской

волны.

Подчер­

кивается,

что

эти сигналы почти

аналогичны

эхо-сигналам

сверх­

высоких частот

от слоя Е

полярной зоны.

Оба класса

отракѳ-

ний происходят примерно в одной и той же зоне ионосферы,

имеют

одинаковый

порядок

частоты

замирания

и одинаковые

характери­

стики допплеровского сдвига частоты. Оба

вида

эха

проявляют

ракурсную

чувствительность

вследствие

влияния

земного

магнит­

ного поля

и в

обоих

случаях можно наблюдать отраженный

сигнал

в направлениях, несколько отклоняющихся от

перпендикуляра к ста­