Слой Хевисайда: отражение радиоволн в ионосфере Земли.
Kennelly–Heaviside layer
Слой Хевисайда (E-слой) – часть ионосферы Земли (90-150 км), отражающая радиоволны. Обеспечивает дальнейшую радиосвязь, "небесное" распространение сигнала.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Слой ионосферы Земли
Layer of the Earth's ionosphere
Слой Хевисайда, названный в честь Артура Кеннелли и Оливера Хевисайда, — это слой ионизированного газа, расположенный на высоте примерно от 90 до 150 км (56–93 мили) над поверхностью Земли, один из нескольких слоев в ионосфере Земли. Он также известен как регион E. Он отражает радиоволны средней частоты. Благодаря этому отражающему слою радиоволны, излучаемые в небо, могут возвращаться на Землю за горизонт. Этот метод распространения, известный как "небесная волна" или "пропуск", используется с 1920-х годов для радиосвязи на большие расстояния, вплоть до межконтинентальных. Распространение подвержено влиянию времени суток. Днем солнечный ветер сжимает этот слой, приближая его к Земле и ограничивая дальность отражения радиоволн. Напротив, на ночной стороне Земли солнечный ветер оттягивает ионосферу, значительно увеличивая расстояние, на которое радиоволны могут распространяться посредством отражения. Степень этого влияния зависит от времени года и уровня солнечной активности.
The Heaviside layer, named after Arthur E. Kennelly and Oliver Heaviside, is a layer of ionised gas occurring roughly between 90km and 150 km (56 and 93 mi) above the ground — one of several layers in the Earth's ionosphere. It is also known as the E region. It reflects medium frequency radio waves. Because of this reflective layer, radio waves radiated into the sky can return to Earth beyond the horizon. This "skywave" or "skip" propagation technique has been used since the 1920s for radio communication at long distances, up to transcontinental distances. Propagation is affected by the time of day. During the daytime the solar wind presses this layer closer to the Earth, thereby limiting how far it can reflect radio waves. Conversely, on the night (lee) side of the Earth, the solar wind drags the ionosphere further away, thereby greatly increasing the range which radio waves can travel by reflection. The extent of the effect is further influenced by the season, and the amount of sunspot activity.
История
Существование отражающего слоя было предсказано в 1902 году независимо и почти одновременно американским инженером-электриком Артуром Эдвином Кеннелли (1861–1939), за что он получил Нобелевскую премию по физике в 1947 году. Физики сопротивлялись идее отражающего слоя по одной очень веской причине: она требовала бы полного внутреннего отражения, что, в свою очередь, подразумевало бы, что скорость света в ионосфере больше, чем в атмосфере ниже неё. Поскольку последняя скорость практически равна скорости света в вакууме (c), ученые не хотели верить, что скорость в ионосфере может быть выше. Тем не менее, Маркони принимал сигналы в Ньюфаундленде, которые были переданы из Англии, поэтому очевидно должен существовать какой-то механизм, позволяющий передаче достигать такого расстояния. Парадокс был разрешен открытием двух видов скорости света: фазовой и групповой. Фазовая скорость действительно может быть больше c, но групповая скорость, поскольку она способна передавать информацию, не может, согласно специальной теории относительности, превышать c. Фазовая скорость для радиоволн в ионосфере действительно больше c, что и делает возможное полное внутреннее отражение, и, следовательно, ионосфера может отражать радиоволны. Геометрическое среднее фазовой и групповой скорости не может превышать c, поэтому, когда фазовая скорость становится больше c, групповая скорость должна быть меньше. В 1925 году американцы Грегори Брейт и Мерл А. Туве впервые составили карту изменений высоты слоя Хевисайда. Стандартная модель поглощения и отражения радиоволн слоем Хевисайда была разработана британским физиком-ионосферистом Луисом Маггелтоном в 1970-х годах.
Existence of a reflective layer was predicted in 1902 independently and almost simultaneously by the American electrical engineer Arthur Edwin Kennelly (1861–1939) for which he received the 1947 Nobel Prize in Physics. Physicists resisted the idea of the reflecting layer for one very good reason; it would require total internal reflection, which in turn would require that the speed of light in the ionosphere would be greater than in the atmosphere below it. Since the latter speed is essentially the same as the speed of light in vacuum (c), scientists were unwilling to believe the speed in the ionosphere could be higher. Nevertheless, Marconi had received signals in Newfoundland that were broadcast in England, so clearly there must be some mechanism allowing the transmission to reach that far. The paradox was resolved by the discovery that there were two velocities of light, the phase velocity and the group velocity. The phase velocity can in fact be greater than c, but the group velocity, being capable of transmitting information, cannot, by special relativity, be greater than c. The phase velocity for radio waves in the ionosphere is indeed greater than c, and that makes total internal reflection possible, and so the ionosphere can reflect radio waves. The geometric mean of the phase velocity and the group velocity cannot exceed c, so when the phase velocity goes above c, the group velocity must go below it. In 1925, Americans Gregory Breit and Merle A. Tuve first mapped the Heaviside layer's variations in altitude. The ITU standard model of absorption and reflection of radio waves by the Heaviside Layer was developed by the British Ionospheric physicist Louis Muggleton in the 1970s.
Этимология
Около 1910 года Уильям Экклз предложил название "Heaviside Layer" для радиоволнового отражающего слоя в верхних слоях атмосферы, и впоследствии это название получило широкое распространение. В 1925 году было предложено название "Kennelly–Heaviside layer", чтобы отметить вклад Кеннелли, чьи работы предшествовали предложению Хевисайда на несколько месяцев.
Around 1910, William Eccles proposed the name "Heaviside Layer" for the radio wave reflecting layer in the upper atmosphere, and the name has subsequently been widely adopted. The name Kennelly–Heaviside layer was proposed in 1925 to give credit to the work of Kennelly, which predated the proposal by Heaviside by several months.