Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
Ð Ð Ð½Ð Ñ Ð ÐµÑ Ð³ Ð Ð ÐÐ ÐµÐ¼ÐµÐ½Ñ Ð Ñ Ð½Ñ Ð¹ Ñ Ñ ÐµÐ
| Гл. VI. Электромагнитные волны
173
Присутствие ионов и свободных электронов придает ионосфере свойства, резко отличающие ее от остальной атмосферы. Сохраняя способность пропускать видимый свет, инфракрасное излучение и мет- ровые радиоволны, ионосфера сильно отражает более длинные вол- ны; для таких волн ( λ больше 10–15 м) земной шар оказывает- ся окруженным как бы сферическим «зеркалом», и распространение этих радиоволн происходит между двумя отражающими сферическими поверхностями — поверхностью Земли и «поверхностью» ионосферы (рис. 148). Именно поэтому радиоволны получают возможность оги- бать земной шар. Рис. 148. Волна идет между Землей и ионосферой Конечно, не следует понимать слова «поверхность сферического зеркала ионосферы» буквально. Никакой резкой границы у ионизован- ных слоев нет, правильная сферическая форма тоже не соблюдается (по крайней мере, одновременно вокруг всего земного шара); ионизация различна в разных слоях (в верхних она больше, чем в нижних), и сами слои состоят из непрерывно движущихся и меняющихся «облаков». Такое неоднородное «зеркало» не только отражает, но и поглощает и рассеивает радиоволны, причем опять-таки различно в зависимости от длины волны. Кроме того, свойства «зеркала» меняются с тече- нием времени. Днем при действии солнечного излучения ионизации значительно больше, чем ночью, когда происходит только воссоедине- ние положительных ионов и отрицательных электронов в нейтральные молекулы (рекомбинация). Особенно велико различие в ионизации днем и ночью в нижних слоях ионосферы. Здесь плотность воздуха выше, столкновения между ионами и электронами происходят чаще и рекомбинация протекает более интенсивно. В течение ночи ионизация нижних слоев ионосферы может успеть упасть до нуля. Ионизация различна и в зависимости от времени года, т. е. от высоты подъема Солнца над горизонтом. Изучение суточных и сезонных изменений состояния ионосферы позволило не только объяснить, но и предсказывать условия про- хождения радиоволн различной длины в разное время суток и года (радиопрогнозы).
174 Гл. VI. Электромагнитные волны Наличие ионосферы не только делает возможной коротковолновую связь на большие расстояния, но и позволяет радиоволнам иногда обогнуть весь земной шар, и даже несколько раз. Из-за этого возникает своеобразное явление при радиоприеме, так называемое радиоэхо, при котором сигнал воспринимается приемником несколько раз: после при- хода сигнала по кратчайшему пути от передатчика могут быть слышны повторные сигналы, обогнувшие земной шар. Часто случается, что волна доходит от передатчика к приемнику по нескольким различным путям, испытав различное число отражений от ионосферы и земной поверхности (рис. 149). Очевидно, волны, идущие Рис. 149. Различные пути волны от передатчика к приемнику от одного и того же передатчика, когерентны и могут интерферировать в месте приема, ослабляя или усиливая друг друга в зависимости от разности хода. Так как ионосфера не является абсолютно устойчивым «зеркалом», а меняется с течением времени, то меняется и разность хода волн, пришедших по разным путям от передатчика к приемнику, в результате чего усиление колебаний сменяется их ослаблением, по- том опять усилением и т. д. Можно сказать, что интерференционные полосы «ползают» над поверхностью Земли, и приемник оказывается то в максимуме, то в минимуме колебаний. В принимаемой передаче получается при этом смена хорошей слышимости и з а м и р а н и й приема, при которых слышимость может падать до нуля. Аналогичное явление наблюдается иногда на экране телевизора, если над окрестностью приемной антенны пролетает самолет. Отра- женная самолетом радиоволна интерферирует с волной от передающей станции, и мы видим, как изображение «мигает» из-за того, что интер- ференционные «полосы» поочередного усиления и ослабления сигнала пробегают (из-за движения самолета) мимо приемной антенны. Заметим, что при приеме телевизионной передачи в городе доволь- но часто наблюдается удвоение (и даже «размножение») изображения на экране кинескопа: оно состоит из двух или нескольких изображе- ний, в различной степени сдвинутых по горизонтали друг относительно друга. Это результат отражения радиоволны от домов, башен и т. п. Отраженные волны проходят более длинный путь, чем расстояние между передающей и приемной антеннами, и поэтому запаздывают, давая картину, сдвинутую в направлении развертки электронного пуч- ка в кинескопе. В сущности, мы здесь воочию наблюдаем результат распространения радиоволн с к о н е ч н о й скоростью 300 000 км/с.
|