Слой Кеннелли – Хевисайда

Слой Хевисайда , ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} иногда называемый слоем Кеннелли-Хевисайда , ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Названный в честь Артура Э. Кеннелли и Оливера Хевисайда , он представляет собой слой ионизированного газа, высоте от 90 до 150 км (от 56 до 93 миль) над землей — один из нескольких слоев Земли ионосферы располагающийся примерно на . Он также известен как E. регион Он отражает средней частоты радиоволны . Из-за этого отражающего слоя радиоволны, излучаемые в небо, могут вернуться на Землю за горизонт . Этот метод распространения « небесной волны » или «пропуска» использовался с 1920-х годов для радиосвязи на большие расстояния, вплоть до трансконтинентальных.

На распространение влияет время суток. В дневное время солнечный ветер прижимает этот слой ближе к Земле, тем самым ограничивая то, насколько далеко он может отражать радиоволны. И наоборот, на ночной ( подветренной ) стороне Земли солнечный ветер утягивает ионосферу дальше, тем самым значительно увеличивая дальность распространения радиоволн за счет отражения. На степень эффекта дополнительно влияет время года и количество солнечных пятен.

История

Существование отражающего слоя было предсказано в 1902 году независимо и почти одновременно американским инженером-электриком Артуром Эдвином Кеннелли (1861–1939). ^{[ 5 ]} и британский эрудит Оливер Хевисайд (1850–1925) как объяснение распространения радиоволн за горизонтом, наблюдаемого Гульельмо Маркони в 1901 году. Однако только в 1924 году его существование было показано британским ученым Эдвардом В. Эпплтоном. , ^{[ 6 ]} за что он получил Нобелевскую премию по физике 1947 года . ^{[ 7 ]}

Физики сопротивлялись идее отражающего слоя по одной очень веской причине; для этого потребуется полное внутреннее отражение , что, в свою очередь, потребует, чтобы скорость света в ионосфере была больше, чем в атмосфере под ней. Поскольку последняя скорость по существу такая же, как скорость света в вакууме ( c ), ученые не хотели верить, что скорость в ионосфере может быть выше. Тем не менее, Маркони получал сигналы на Ньюфаундленде, которые транслировались в Англии, поэтому очевидно, что должен быть какой-то механизм, позволяющий передаче передаваться так далеко. Парадокс разрешился открытием существования двух скоростей света: фазовой скорости и групповой скорости . Фазовая скорость на самом деле может быть больше c , но групповая скорость, будучи способной передавать информацию, не может, согласно специальной теории относительности , быть больше c . Фазовая скорость радиоволн в ионосфере действительно больше, чем c , и это делает возможным полное внутреннее отражение, и поэтому ионосфера может отражать радиоволны. Среднее геометрическое фазовой скорости и групповой скорости не может превышать c , поэтому, когда фазовая скорость превышает c , групповая скорость должна опускаться ниже нее.

В 1925 году американцы Грегори Брейт и Мерл А. Туве впервые нанесли на карту изменения высоты слоя Хевисайда. Стандартная модель ITU поглощения и отражения радиоволн слоем Хевисайда была разработана британским физиком-ионосферником Луи Магглтоном. ^{[ 8 ]} в 1970-е годы.

Этимология

Примерно в 1910 году Уильям Экклс предложил название «Слой Хевисайда» для отражающего радиоволны слоя в верхних слоях атмосферы. ^{[ 1 ]} и впоследствии это имя получило широкое распространение. ^{[ 2 ]} Название слой Кеннелли-Хевисайда было предложено в 1925 году, чтобы отдать должное работе Кеннелли. ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]} что на несколько месяцев предшествовало предложению Хевисайда.

См. также

Ремень Ван Аллена

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Гриффитс, Хью (15 ноября 2018 г.). « Оливер Хевисайд и слой Хевисайда» , Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 376 : № 2134. https://doi.org/10.1098/rsta.2017.0459 . Проверено 14 июня 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б Маршан, EW (декабрь 1916 г.). « Слой Хевисайда» , Труды Института радиоинженеров, 4, № 6, стр. 511–520.
^ Jump up to: ^а ^б МакЭди, Александр (22 мая 1925 г.) « Слой Кеннелли-Хевисайда» , Science, 61 , № 1586, стр. 540. DOI: 10.1126/science.61.1586.540
^ Мартин, Д.Ф. (1934). «Атмосферное давление и ионизация слоя Кеннелли-Хевисайда» . Природа . 133 (3356): 294. Бибкод : 1934Natur.133R.294M . дои : 10.1038/133294b0 . ISSN 0028-0836 . S2CID 684206 .
^ Jump up to: ^а ^б Рассел, А. (24 октября 1925 г.). « Слой «Кеннелли-Хевисайд» , Nature 116 , с. 609. дои:10.1038/116609c0
^ Эпплтон, Эдвард В. и Барнетт, MAF (1 декабря 1925 г.). «О некоторых прямых доказательствах отражения электрических лучей в атмосфере вниз» , Труды Лондонского королевского общества, серия A, содержащие статьи математического и физического характера, 109,752 стр. 621–641.
^ « Нобелевские премии за 1947 год: сэр Эдвард Эпплтон, GBE, KCB, FRS» , Nature , 160 , стр. 703–704 (22 ноября 1947 г.) doi: 10.1038/160703c0
^ Л. М. Магглтон (1975). «Метод прогнозирования FOE в любое время и в любом месте». Журнал электросвязи МСЭ . 42 : 413–418. Бибкод : 1975ITUTJ..42..413M .

[Griffiths-1] Jump up to: ^а ^б Гриффитс, Хью (15 ноября 2018 г.). « Оливер Хевисайд и слой Хевисайда» , Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 376 : № 2134. https://doi.org/10.1098/rsta.2017.0459 . Проверено 14 июня 2019 г.

[Marchant1916-2] Jump up to: ^а ^б Маршан, EW (декабрь 1916 г.). « Слой Хевисайда» , Труды Института радиоинженеров, 4, № 6, стр. 511–520.

[McAdie1925-3] Jump up to: ^а ^б МакЭди, Александр (22 мая 1925 г.) « Слой Кеннелли-Хевисайда» , Science, 61 , № 1586, стр. 540. DOI: 10.1126/science.61.1586.540

[4] Мартин, Д.Ф. (1934). «Атмосферное давление и ионизация слоя Кеннелли-Хевисайда» . Природа . 133 (3356): 294. Бибкод : 1934Natur.133R.294M . дои : 10.1038/133294b0 . ISSN 0028-0836 . S2CID 684206 .

[Russell_1925-5] Jump up to: ^а ^б Рассел, А. (24 октября 1925 г.). « Слой «Кеннелли-Хевисайд» , Nature 116 , с. 609. дои:10.1038/116609c0

[6] Эпплтон, Эдвард В. и Барнетт, MAF (1 декабря 1925 г.). «О некоторых прямых доказательствах отражения электрических лучей в атмосфере вниз» , Труды Лондонского королевского общества, серия A, содержащие статьи математического и физического характера, 109,752 стр. 621–641.

[7] « Нобелевские премии за 1947 год: сэр Эдвард Эпплтон, GBE, KCB, FRS» , Nature , 160 , стр. 703–704 (22 ноября 1947 г.) doi: 10.1038/160703c0

[ITU-8] Л. М. Магглтон (1975). «Метод прогнозирования FOE в любое время и в любом месте». Журнал электросвязи МСЭ . 42 : 413–418. Бибкод : 1975ITUTJ..42..413M .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]