Техника - молодёжи 1944-10-11, страница 5

Г. ИВАНОВ

Систематические опыты доказали, что волны, распространяющиеся от антенны вверх, как бы отражаются от какого-то «зеркала» и падают обратно на землю далеко от станции. Удалось даже определить, что «зеркало» находится на высоте 200—300 километров. Но причины отражения волны оставались Загадкой.

В поисках объяснения этого явления физики вспомнили, что еще в конце прошлого века была высказана догадка о том, что в верхних слоях атмосферы имеется большое количество заряженных частиц — ионов. Ионы образуются из молекул воздуха под действием ультрафиолетового излучения солнца и космических лучей. Молекулы воздуха разбиваются лучами на электроны н положительно заряженные ионы. Наличием конных потоков в стратосфере геофизики объясняли возникновение «магнитных вариаций», «магнитных бурь» и других явлений, связанных с изменениями земного магнетизма. Но проверить существование ионизированного слоя на высоте десятков и даже сотен километров было невозможно, и поэтому до поры до времени эта гипотеза геофизиков повисла в воздухе, не опровергнутая, но и не подтвержденная фактами.

Возможность исследовать ионизированный слой, так называемый слой Хевксайда, пришла вместе с развитием радиофизики.

Специальные исследования показали, что таинственное отражение радиоволн от верхних- слоев атмосферы очень просто объясняется, если допустить существование слоя Хевисайда. Выяснилось также, что чем короче волна, тем лучше она до известного «редела отражается от ионизированного слоя. Для ультракоротких же воли (короче 10 метров) ионосфера перестает играть роль зеркала—отражателя. Такие волны, подобно световым волнам, свободно покидают пределы атмосферы. Поэтому ультракороткие волны пригодны для радиосвязи на Земле только в пределах прямой видимости. Они не могут, как это происходит с короткими волнами, отразившись от ионосферы, обогнуть поверхность Земли и «связать» Европу с Америкой, Москву с Влади» востоком. Но зато эти волны, может быть, окажутся »в будущем удобным средством связи с межпланетными кораблями, а -в наши дни, ультракороткие волны используются для обнаружения- самолетов. (См. в этом же номере статью «Рассказ о радиолокации».)

Наличием ионов в верхних слоях атмосферы объясняются два явления: отражение радиоволн и изменения магнитного поля Земли. Неудивительно поэтому, что радиотехники * уже давно заметили связь между магнитными явлениями и нарушением работы радиостанций.

При отражений от ионосферы часть радиоволн * поглощается совершенно, подобно тому как поглощается эеркалом часть световых волн. Поэтому отражен

ные волны всегда бывают слабее, чем * те, которые излучаются станцией,, и если количество ионов в ионосфере очень возрастет, то может случиться, что на отраженных волнах нельзя будет вообще поддерживать связь. Это действительно происходит во время магнитных бурь, когда в аерхних слоях воздуха перемещаются мощные потоки иоков.

Зимою и ночью количество ионов, наоборот, уменьшается, и радиосвязь улучшается. Новые ионы образуются в это время в меньшем числе или вовсе не возникают, так как уменьшается или прекращается солнечная радиация. «Летние» же и «дневные» ионы постепенно- гибнут при столкновении с ними электронов, которые тоже носятся в воздухе. При этом вновь образуются обычные нейтральные молекулы воздуха.

Радиоволны являются пока единственным. «зондом» для «прощупывания» атмосферы, которому доступны высоты в сотни километров. Поэтому геофизики широко пользуются материалами радиозондирования для исследований строения верхних слоев атмосферы. Во многих странах созданы специальные ионосферные станции наподобие метеорологических. Они ведут непрерывные наблюдения и систематически публикуют сводки о состоянии ионосферы. Советскому Союзу принадлежит одно из -первых- мест в этих работах.

Изучение ионосферы дает возможность составлять «расписания» коротких; -волн для дня, ночи, сумерек или рассвета и предсказывать «радиопого-ДУ».

Измерения высоты слоев ионосферы и их электронной концентрации в настоящее время производятся методом импульсных излучений радиоволн.

На ионосферной станции имеется радиопередатчик и модулятор, который управляет передатчиком так, что последний излучает очень короткие импульсы, ш стотысячные доли секунды.

Работает станция следующим образом: передатчик посылает, короткий импульс, который направляется вверх с помощью особо устроенной антенны.

Ток, порождающий импульс, автоматически подается и на приемник. Благодаря этому во врем» посылки импульса на левом краю экрана электроннолучевой трубки яоямя^тся выступ. Вслед за излучением ййгёульса модулятор мгновенно запирай^ " передатчик.

Многократно отразившись**от ионосферы, радиолуч огибает земную поверхность.

В этот миг станция работает не на передачу импульса, а на прием.

Посланный импульс, дойдя до ионизированного слоя атмосферы, отражается от него обратно и приходит на ионосферную станцию. Пройдя, через приемник, отраженный импульс поступает на отклоняющие пластинки электроннолучевой трубки и заставляет световой зайчик прочертить на экране второй выступ. Таким образом, на экране трубки появляются два выступа, соответствующие прямому и отраженному от ионосферы импульсу,

Скорость распространения радиоволн точно известна. Округленно она равна 300 000 километров в секунду. Следовательно, зная время, прошедшее между посылкой прямого импульса и возвратом отраженного, нетрудно определить высоту ионизированного слоя, от кото» рого отразился импульс. В промежуток времени между двумя, выбросами на экране электронно-лучевой) трубки радиоволна успевает проделать двойной путь: вверх к ионосфере и обратно к Земле.

Чтобы с помощью электронно-лучевой трубки получить непосредственные данные о «расстояниях до ионизированного слоя, световой зайчик заставляет прочерчивать горизонтальную линию в строго определенный промежуток времени. Для этого на вторую пару управляющих пластинок подают пилообразное напряжение определенной часто-хы. (Подробности о работе электроннолучевой трубки смотри в этом же номере в статье «Волшебная трубка»,) Разделив горизонтальную линию на экране трубки на некоторое одело делений, заранее определяют, какой высоте ионосферы соответствует промежуток между импульсами в два, три и т. д. деления.

Нуль на шюале, на-несенной на экран, приходится против начала прямого км«

пульса.

Против того места на экране, где появится отраженный им импульс, по, градуированной шкале можнд прочесть высоту ионизированного слоя. Чем ниже ионизированный слой, тем ближе к начальному импульсу на экране трубки будет виден отраженный импульс; чем выше слой, тем дальше на линии развертки виден отраженный импульс.

Таковы физические основы измерения расстояний при помощи отраженных радиоволн.

В 1945 году будет полное солнечное затмение. Во время прохождения Земли через лунную тень ионизация воздуха станет .меньше. Наступит как бы ночь в миниатюре.

Для выяснения некоторых вопросов механизма убыли иоков при прекращу нии освещения и ряда других факторов нуяшо знать, как распространяются волны во время затмения. Всесоюзный совет по радиофизике при Академий наук СССР уже сейчас готовится' к наблюдениям, которые должны будут дать ценный- материал для исследования свойств ионосферы.