Jonosfēras E slānis (Kennelly–Heaviside): definīcija un nozīme
Uzzini Kennelly–Heaviside E slāņa definīciju, īpašības un nozīmi radiosakaru atstarošanā — vēsture, darbība 90–150 km augstumā un ietekme uz AM/īsviļņu pārvadi.
Slāņa nosaukums ir dots divu zinātnieku — Artūra Edvīna Kennelly un Olivera Heaviside — vārdā. Viņu neatkarīgās hipotēzes par atmosfērā esošu jonizētu slāni, kas spēj ietekmēt radioviļņus, parādījās 20. gadsimta sākumā. Par slāņa eksistences experimentālu apstiprinājumu uzskatāma angļu fiziķa Edwarda V. Appletona darbība 1920. gados; Appleton par pētījumiem jonosfērā saņēma Nobela prēmiju fizikā 1947. gadā.
E apgabals jeb Kennelly–Heaviside slānis ir jonosfēras daļa, kas parasti atrodas aptuveni 90–150 kilometru augstumā virs Zemes. To veido daļēji jonizētas gāzes — brīvās elektronu plūsmas, kas rodas galvenokārt Saules ultravioletā un X starojuma ietekmē. Jonizācijas pakāpe mainās dienas un nakts, sezonu un Saules aktivitātes ciklu ietekmē; vasarā un Saules maksimuma periodos jonizācija parasti ir spēcīgāka.
Fizikālās īpašības un radioizplatīšanās
E apgabals ietekmē radioviļņu izplatīšanos galvenokārt ar refrekciju (liešanu) un daļēju atstarošanos. Lai gan bieži lieto vārdu “atstarošana”, process būtībā ir viļņu lauzums jonizētā slānī tādā veidā, ka tās atgriežas pie Zemes. Šī spēja ļauj radio signāliem ceļot tālāk nekā tikai tiešā redzamībā (line-of-sight).
- Tipiskie augstumi: apmēram 90–150 km.
- Frekvenču ietekme: E slānis ietekmē galvenokārt LF/MF un daļu HF joslu — bieži minētais amplitūdas modulācijas (AM) raidījumu diapazons (apm. 0,3–3 MHz) ir labi piemērs. Parastais kritiskais frekvenču (foE) līmenis parasti ir daži MHz, bet tas var svārstīties atkarībā no apstākļiem.
- Sporadiskie veidojumi: retos gadījumos rodas sporadiskā E (Es) — lokālas, blīvas jonizācijas “plāksnes”, kas var atstarot pat VHF signālus (dažkārt līdz desmitiem MHz vai vairāk), ietekmējot FM radio un televīziju.
Nozīme sakaros un pielietojumi
20. gadsimta 20.–30. gados E apgabals bija īpaši svarīgs tālākai AM raidījumu izplatīšanai uz lieliem attālumiem, jo signālu “atlēkšana” no jonosfēras ļāva pārraidīt saturu ārpus vietējā redzamības loka. Mūsdienās E slānim joprojām ir nozīme:
- amatieru radiokomunikācijās un īslaicīgā HF sakaru nodrošināšanā;
- virzītā pārraide (over-the-horizon) un dažu veidu radaru darbībā;
- reģionālajā viļņu izplatīšanā, kur E slānis nodrošina vienu hopu starp raidītāju un uztvērēju;
- sporadiskā E gadījumos — negaidīta FM/TV signālu parādīšanās no ļoti tāliem raidītājiem (propagācijas “skip” efekti).
Robežas un ierobežojumi
Nav vienkārši teikt, ka EM viļņi tiek “pilnībā iekšēji atstaroti” tādā pašā nozīmē kā gaisma spogulī — radioviļņu uzvedība jonosfērā ir atkarīga no frekvences, jonizācijas blīvuma un iekrāsojuma struktūras. Zemu frekvenču signālus var absorbēt zemāki jonosfēras slāņi (piem., D slāņa dienas laikā), savukārt E slāņa spēja atstarot signālus ir ierobežota ar tā kritisko frekvenci (above which viļņi cauri izlūst uz augstākiem slāņiem).
Praktiski novērojumi
E slāņa ietekmi var novērot šādos veidos:
- diennakts un sezonālas variācijas — labāka atstarošana dienā un vasarā;
- Solar flares un saules aktivitāte var palielināt jonizāciju vai izraisīt traucējumus;
- sporadiskā E periodiski rada īslaicīgas signālu parādīšanās vai traucējumus VHF frekvencēs.
Kopumā Kennelly–Heaviside jeb E apgabals ir būtisks jonosfēras slānis, kas joprojām ietekmē radio sakarus, navigāciju un atmosfēras pētījumus. Izpratne par tā dinamikas pazīmēm — jonizācijas avotiem, diennakts un sezonālām svārstībām, kā arī sporadiskajām parādībām — palīdz labāk plānot sakaru sistēmas un interpretēt novērotās propagācijas anomālijas.
Meklēt