Dlaczego sygnały radiowe podróżują dalej w nocy niż w dzień?

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-10 00:20

Jonosfera jest warstwą górnej atmosfery około 50 do 600 mil nad poziomem morza. Otrzymuje swoją nazwę, ponieważ jest zjonizowana konsekwentnie przez promieniowanie słoneczne i kosmiczne. W bardzo prosty sposób promieniowanie rentgenowskie, ultrafioletowe i krótsze fale promieniowania emitowane przez Słońce (i inne kosmiczne źródła) uwalniają elektrony w tej warstwie atmosfery, gdy te konkretne fotony są absorbowane przez cząsteczki. Ponieważ gęstość cząsteczek i atomów jest dość niska w jonosferze (szczególnie w wyższych warstwach), pozwala to na istnienie w ten sposób wolnych elektronów przez krótki okres czasu, zanim ostatecznie się zrekombinują. Niższe w atmosferze, gdzie gęstość cząsteczek jest większa, ta rekombinacja dzieje się znacznie szybciej.

Co to ma wspólnego z falami radiowymi? Bez interferencji fale radiowe przemieszczają się w linii prostej od źródła emisji, ostatecznie uderzając w jonosferę. To, co dzieje się później, zależy od wielu czynników, wśród których wymienić należy częstotliwość fal i gęstość wolnych elektronów. Dla fal AM, biorąc pod uwagę odpowiednie warunki, będą one zasadniczo odbijać się pomiędzy ziemią a jonosferą, propagując sygnał dalej i dalej. Tak więc jonosfera może potencjalnie odgrywać ważną rolę w procesie radia naziemnego. Ale stale zmieniająca się natura jonosfery sprawia, że rzeczy naprawdę są interesujące. I do tego będziemy musieli zdobyć trochę więcej technicznych umiejętności, ale przynajmniej zaoszczędzimy ci matematyki, a pominiemy trochę złożoności, starając się nie udostępnić Ci pełnego podręcznika.

Kiedy te elektrony napotkają silną falę radiową AM, mogą potencjalnie oscylować przy częstotliwości fali, pobierając część energii z fal radiowych w procesie. Wystarczająco dużo z nich, jak może się zdarzyć w warstwie F (gdy gęstość napotkanych elektronów jest wystarczająca w stosunku do konkretnej częstotliwości sygnału) i zakładając, że nie tylko rekombinują z niektórymi jonami (co jest znacznie bardziej prawdopodobne w E). i warstwy D w ciągu dnia), może to bardzo skutecznie załamać sygnał z powrotem na Ziemię z wystarczającą siłą, aby można go było odebrać z radia.

W zależności od warunków, proces ten może potencjalnie powtórzyć się kilka razy z sygnałem odbijającym się od ziemi i z powrotem. Tak więc, używając tej fali niebios, zamiast zwykłej dziennej fali ziemi, sygnały radiowe AM mogą być propagowane nawet przez tysiące kilometrów.

Oczywiście może to stanowić poważny problem, biorąc pod uwagę, że istnieje tylko nieco ponad 100 dozwolonych częstotliwości radiowych AM (ograniczone, aby utrzymać zbyt wiele zakłóceń sygnału), ale około 5 000 stacji radiowych AM w samych Stanach Zjednoczonych. Biorąc pod uwagę, że w nocy sygnały z tych stacji mogą płynąć na duże odległości, jest to po prostu przepis na wzajemne interakcje stacji. W rezultacie, w nocy stacje AM w Stanach Zjednoczonych zwykle zmniejszają swoją moc, całkowicie gasną w powietrzu do wschodu słońca następnego dnia i / lub ewentualnie muszą korzystać z anten kierunkowych, aby ich specyficzny sygnał nie zakłócał innych stacje na tej samej częstotliwości. Z drugiej strony, stacje FM nie muszą tego robić, ponieważ jonosfera nie ma znaczącego wpływu na ich sygnały, co ma dodatkową korzyść (lub wadę, w zależności od twojego punktu widzenia), poważnie ograniczając zasięg Sygnały FM, które polegają na propagacji fal gruntowych.

Fakt premiowy: