Кіріспе
Ұзақ кешіктірілген эхо (LDEs) – радиохабар таратылғаннан кейін бірнеше секундтан соң жөнелтушіге қайта оралатын радиоэхо. 2,7 секундтан ұзақ кешігулер LDE деп есептеледі. LDE аномалиялы құбылыс саналады және оның пайда болуына қатысты бірнеше ғылыми түсіндірмелер бар.
Тарих
Бұл эхолар алғаш рет 1927 жылы азаматтық инженер және әуесқой радиооператор Йорген Халс Норвегияның Осло қаласына жақын үйінен байқалды. Халс қайта-қайта күтпеген екінші радиоэхоны, алғашқы радиоэхо аяқталғаннан кейін елеулі уақыт кешіктіріліп, байқаған. Бұл ерекше құбылысты түсіндіре алмай, ол норвегиялық физик Карл Штормерге хат жазып, оқиғаны сипаттады: 1927 жылдың жазының соңында мен Эйндховендегі голландиялық қысқа толқынды хабар тарату стансасы PCJJ-ден бірнеше рет сигнал естідім. Осы сигналды естігенде, мен эхоны да естідім. Мен Жерді шамамен 1/7 секундтық интервалмен айналып өтетін қалыпты эхоны естідім, сондай-ақ негізгі эхо аяқталғаннан кейін үш секундтан кейін әлсіз эхо естідім. Негізгі сигнал өте күшті болғанда, менің ойымша, үш секундтен кейін соңғы эхоның амплитудасы негізгі сигналдың 1/10 және 1/20 аралығында болды. Бұл эхо қайдан келіп тұрғанын қазірге дейін айта алмаймын, тек оны шынымен естігенімді ғана растай аламын. Физик Балтазар ван дер Пол Халс пен Штормерге эхоны зерттеуге көмектесті, бірақ эхо оқиғаларының сирек кездесуі және уақыт кешіктірісінің өзгеруіне байланысты, тиімді түсіндірме таба алмады. Ұзақ кешіктірілген эхолар 1927 жылғы алғашқы байқаулардан бастап бүгінгі күнге дейін сирек-сирек естіліп келеді.
At the end of the summer of 1927 I repeatedly heard signals from the Dutch short wave transmitting station PCJJ at Eindhoven. At the same time as I heard these I also heard echoes. I heard the usual echo which goes round the Earth with an interval of about 1/7 of a second as well as a weaker echo about three seconds after the principal echo had gone. When the principal signal was especially strong, I suppose the amplitude for the last echo three seconds later, lay between 1/10 and 1/20 of the principal signal in strength. From where this echo comes I cannot say for the present, I can only confirm that I really heard it. Physicist Balthasar van der Pol helped Hals and Stormer investigate the echoes, but due to the sporadic nature of the echo events and variations in time delay, did not find a suitable explanation. Long delayed echoes have been heard sporadically from the first observations in 1927 and up to the present day.
Бес гипотеза
Шлионский 15 мүмкін табиғи түсіндірмені екі топқа бөліп көрсетеді: ғарыш кеңістігіндегі және Жердің магнитосферасындағы шағылысулар. Видмар мен Кроуфорд олардың бесеуін ең ықтимал деп санайды. Осло университетінің сигнал өңдеу профессоры Сверре Холм осы бесеуін егжей-тегжейлі түсіндіреді; қысқаша айтқанда, Жердің магнитосферасы мен ионосферасындағы төменгі HF жиіліктеріндегі (1–4 МГц) каналдар. Олар сыбызғышылармен кейбір ұқсастықтарды көрсетеді. Сигналдар ионосферадан өтіп, магнитосферада бірнеше Жер радиусына дейін, қарсы жарты шарға дейін жүргізілуі мүмкін, онда олар ионосфераның үстінен шағылысады. Сапардың оралу уақыты таратушының геомагниттік ендігіне байланысты өзгереді және әдетте 140–300 мс аралығында болады. Станция солтүстікке қарай жылған сайын, кешігу де ұзарады. Ысқырық кешігу болғандықтан, бұл нағыз ұзақ кешіккен эхо деп есептелмейді. Алайда, толықтығы үшін осы жерде келтіріледі. 7 МГц-тен төмен жиілікті радио толқындары магнит өрісіне параллель иондану каналдарында тұтқындалуы мүмкін, L-мәні (Жер ортасынан магнит экваторындағы өріс сызығына дейінгі арақашықтық) шамамен 4-тен төмен. Бұл толқындар тұтқындалғаннан кейін қарсы жарты шарға таралып, жоғарғы ионосферада шағылысады. Олар канал бойымен кері оралып, одан шығып, қабылдағышқа жетеді. Сигналдар әлемді көптеген рет айналып өте алады. Сигнал бір секундта Жерді жеті рет айналып өтуі мүмкін. Мұндай сигналдар да сирек емес. "Гудакер өзінің антеннасын көкжиекке бағыттап, 28 МГц сигналын 9 секундқа дейін кешіктіріп алғанын хабарлайды. Оның өлшеуі Жерді 65 рет айналуға мүмкіндік береді". Бұл әсерлердің жоғары жиілік шегі болуы мүмкін. Қазіргі таңдағы ең танымал теорияға сәйкес, радиосигналдар атмосфераның иондалған екі қабатының арасында тұтқындалып, төменгі қабаттағы саңылаудан шыққанға дейін әлемді көптеген рет айналады. (Атмосфераның төменгі қабатындағы ауа қабаттары арасындағы таралу құбылысы жақсы түсіндірілген. Радио тарату туралы қараңыз.) Режимдік түрлендіру: Сигналдар жоғарғы ионосферадағы плазма толқындарымен байланысады. Крауфорд және басқалар жүргізген тәжірибелерде 5–12 МГц жиілігінде 40 секундқа дейін кешіккен эхолар тіркелді. Екі бөлек таратушыдан – T1 және T2, T2 CW немесе квази CW сигналдарын жібереді – ионосферада немесе магнитосферада сызықтық емес өзара әрекеттеседі. Егер екі сигналдың айырмашылық жиілігіндегі мәжбүрлі тербелістің толқын векторы мен жиілігі электростатикалық толқындар үшін дисперсиялық қатынасты қанағаттандырса, онда мұндай толқындар пайда болып, тарала бастайды. Бұл толқын толқын-бөлшектік өзара әрекеттесудің нәтижесінде амплитудасын арттыра алады. Кейін ол CW сигналымен өзара әрекеттесіп, T1-ге жетеді. Күннен келген алыстағы плазма бұлттарынан шағылысу. Фрейман 9,9 МГц жиілігінде тәжірибе жүргізіп, күн плазмасы магнитосфераға кірген кезде 16 секундқа дейін кешіккен бірнеше мың эхоны анықтады. Режимдік түрлендірумен қатар сызықтық емес құбылыстар. Екі жіберілген сигнал бірігіп, айырмашылық жиілігін тудырады, ол плазма толқынымен бірге жүреді, содан кейін кері түрлендіріледі. Бұл әуесқойлық ВГФ/УГФ эхоларын түсіндіруге болады. Ханс Расмуссен 1296 МГц жиілігінде 4,6 секундтық кешігуді, ал Юрек 432 МГц жиілігінде 5,75 секундтық кешігуді анықтады.
Ducting in the Earth's magnetosphere and ionosphere at low HF frequencies (1–4 MHz). Some similarities with whistlers. Signals may pass the ionosphere and then be conducted in the magnetosphere out to a distance of several Earth radii over to the opposite hemisphere where they will be reflected on top of the ionosphere. The round trip time varies with the geomagnetic latitude of the transmitter and is typically in the 140–300 ms range. The further north the station, the larger the delay. Due to the short delay, this cannot be considered to be a real long delayed echo. For completeness it is still included here. Radio waves of frequency less than about 7 MHz can become trapped in magnetic field aligned ionization ducts with L values (distance from the center of the Earth to the field line at the magnetic equator) less than about 4. These waves after being trapped can propagate to the opposite hemisphere where they become reflected in the topside ionosphere. They can return along the duct, leave it, and propagate to the receiver. Travel many times around the world. Signals can travel around the Earth seven times in one second. Such signals are also not uncommon. "Goodacre reports that he pointed his antenna towards the horizon and received his own 28 MHz signal delayed by up to about 9 seconds His measurement implies travel up to 65 rounds around the earth." Probably the upper frequency limit for such effects. The most popular current theory is that the radio signals are trapped between two ionized layers in the atmosphere and then are guided around the world many times over until they fall out of a gap in the bottom layer. (Ducting propagation between air layers in the lower atmosphere is a well understood phenomenon. See Radio propagation.) Mode conversion: Signals couple to plasma waves in the upper ionosphere. Investigated experimentally by Crawford et al., they recorded echoes with delays up to 40 seconds at 5–12 MHz. The signals from two separated transmitters T1 and T2, T2 transmitting CW or quasi CW signals, interact nonlinearly in the ionosphere or magnetosphere. If the wave vector and frequency of the forced oscillation at the difference frequency of the two signals satisfies the dispersion relation for electrostatic waves, such waves would exist and begin to propagate. This wave could grow in amplitude due to wave particle interaction. At a later time it could interact with the CW signal and propagate to T1. Reflection from distant plasma clouds coming originally from the Sun. Freyman did experiments at 9.9 MHz and detected several thousand echoes of delay up to 16 seconds at times when solar plasma probably entered the magnetosphere. Non linearity in addition to mode conversion. Two transmitted signals combine to generate a difference frequency, which travels with a plasma wave, and then it is converted back. It could explain amateur VHF/UHF echoes. Hans Rasmussen found echoes delayed by 4.6 seconds at 1296 MHz, and Yurek recorded a 5.75 second delay at 432 MHz.
Альтернативті гипотезалар
Кейбіреулер күн дауылдарынан кейін пайда болатын солтүстік сияптының (aurora) белсенділігі LDE-нің (ұзақ кешіккен эхолардың) көзі деп санайды. Ал басқалары LDE-лердің қос EME (EMEME) шағылысуы екенін айтады, яғни сигнал Айдан шағылып, шағылған сигнал Жерден Айға, ал содан кейін Айдан Жерге қайта шағылады. Америкалық физик Рональд Брейсвелл, сыртқы өркениеттермен байланыс құру үшін автоматтандырылған зерттеушілерді (пробтарды) пайдалану мүмкіндігін талқылағанда, мұндай зерттеушілер бізге өз сигналдарымызды қайтарып, назарымызды аударуға тырысуы мүмкін екенін айтты, сонымен қатар ұзақ кешіккен эхоларды осының мысалы ретінде келтірді. Бұл идеяны Дункан Лунан одан әрі дамытты.