Атмосферная дифракция

Атмосферная дифракция проявляется следующими основными способами:

Оптическая атмосферная дифракция
радиоволн Дифракция — это рассеивание радиочастот расстояния или более низких частот из ионосферы Земли, что приводит к возможности достижения большего радиовещания .
звуковых волн Дифракция — это изгиб звуковых волн, когда звук распространяется вокруг краев геометрических объектов. Это дает эффект возможности слышать, даже если источник заблокирован твердым предметом. Звуковые волны заметно огибают твердый объект.

Однако, если диаметр объекта превышает длину волны звука , позади объекта отбрасывается «звуковая тень», где звук не слышен. (Примечание: в зависимости от материала некоторый звук может распространяться через объект).

Оптическая атмосферная дифракция

Когда свет проходит через тонкие облака, состоящие из капель воды , аэрозоля или льда кристаллов почти одинакового размера , происходит дифракция или искривление света, поскольку свет преломляется на краях частиц. Эта степень отклонения света зависит от длины волны (цвета) света и размера частиц. В результате получается узор из колец, который, кажется, исходит от Солнца , Луны , планеты или другого астрономического объекта . Самая отчетливая часть этого узора — центральный, почти белый диск. Это напоминает атмосферный диск Эйри , но на самом деле это не диск Эйри. Оно отличается от радуг и ореолов , которые в основном вызваны рефракцией .

На левой фотографии показано дифракционное кольцо вокруг восходящего Солнца, вызванное пеленой аэрозоля. Этот эффект резко исчез, когда Солнце поднялось настолько высоко, что узор перестал быть виден на поверхности Земли. Это явление иногда называют эффектом короны , не путать с солнечной короной .

Справа — 1/10 секунды, выдержка показывающая переэкспонированную полную луну . Луна видна сквозь тонкие паристые облака, которые светятся ярким диском, окруженным светящимся красным кольцом. При более длительной выдержке за внешним красным кольцом будут видны более слабые цвета.

Другая форма атмосферной дифракции или отклонения света возникает, когда свет проходит через тонкие слои частиц пыли, захваченных главным образом в средних слоях тропосферы . Этот эффект отличается от атмосферной дифракции на воде, поскольку материал пыли непрозрачен, тогда как вода пропускает свет. Это приводит к окрашиванию света в цвет частиц пыли. Эта тонировка может варьироваться от красного до желтого в зависимости от географического положения. Другое основное отличие состоит в том, что дифракция на пыли действует как увеличитель, а не создает отчетливый ореол . Это происходит потому, что непрозрачное вещество не обладает линзирующими свойствами воды. Эффект заключается в том, что объект становится заметно больше, но при этом становится более нечетким, поскольку пыль искажает изображение. Этот эффект во многом зависит от количества и типа пыли в атмосфере.

Распространение радиоволн в ионосфере

Ионосфера представляет собой слой частично ионизированных газов высоко над большей Земли атмосферы частью ; эти газы ионизируются космическими лучами, исходящими от Солнца. Когда радиоволны попадают в эту зону, которая начинается примерно на высоте 80 километров над землей, они испытывают дифракцию, аналогичную описанному выше явлению видимого света . ^[1] В этом случае некоторая часть электромагнитной энергии изгибается по большой дуге, так что она может вернуться на поверхность Земли в очень удаленной точке (порядка сотен километров от источника радиовещания ). Что еще более примечательно, часть этой энергии радиоволн отскакивает от поверхности Земли и достигает ионосферы во второй раз, на расстоянии, даже большем, чем в первый раз, мощный передатчик может эффективно передавать сигналы на расстояние более 1000 километров, используя несколько «пропусков» за пределы ионосферы. в периоды благоприятных атмосферных условий происходит хороший "пропуск", тогда даже маломощный передатчик слышно на полмира. Это часто случается с "начинающими" радиолюбителями-"любителями", которые по закону ограничены передатчиками с числом не более 65. ватт. Экспедиция Кон-Тики регулярно общалась с помощью 6-ваттного передатчика из середины Тихого океана. Более подробную информацию см. в разделе «Связь» статьи « Экспедиция Кон-Тики » в Википедии.

Был рассмотрен экзотический вариант распространения радиоволн, чтобы показать, что теоретически отскок ионосферы может быть сильно преувеличен, если мощная сферическая акустическая волна. в ионосфере от источника на Земле будет создана ^[2]

Акустическая дифракция у поверхности Земли

В случае звуковых волн, распространяющихся вблизи поверхности Земли, волны дифрагируются или изгибаются, проходя мимо геометрического края, например стены или здания. Это явление приводит к очень важному практическому эффекту: мы можем слышать «за углами». Из-за задействованных частот значительное количество звуковой энергии (порядка десяти процентов) фактически попадает в эту звуковую «теневую зону». Видимый свет демонстрирует аналогичный эффект, но из-за гораздо более короткой длины волны лишь незначительное количество световой энергии проходит за угол.

Полезный раздел акустики, занимающийся проектированием шумозащитных барьеров, изучает это явление акустической дифракции в количественных деталях, чтобы рассчитать оптимальную высоту и размещение звуковой стены или бермы рядом с шоссе.

Это явление также присуще расчету уровней звука на основе авиационного шума , что позволяет точно определить топографические особенности. Таким образом, можно создавать изоплеты уровня звука или контурные карты, которые точно отображают результаты на изменяющейся местности.

Библиография

^ Леонид М. Бреховских , Волны в многослойных медиа Academic Press , Нью-Йорк, 1960)
^ Майкл Хоган, Ионосферная дифракция радиоволн УКВ , ESL Inc., Пало-Альто, Калифорния, IR-26, 22 мая 1967 г.

См. также

Внешние ссылки

Пояснения и галерея изображений - Оптика атмосферы Леса Коули

[1] Леонид М. Бреховских , Волны в многослойных медиа Academic Press , Нью-Йорк, 1960)

[2] Майкл Хоган, Ионосферная дифракция радиоволн УКВ , ESL Inc., Пало-Альто, Калифорния, IR-26, 22 мая 1967 г.

[1]

[2]