Общее содержание электронов

График TEC для континентальной части США, сделанный 24 ноября 2013 г.

Полное содержание электронов ( TEC ) является важной описательной величиной для ионосферы Земли. TEC — это общее количество электронов , интегрированных между двумя точками вдоль трубки в один метр с квадратным сечением электронов , т. е. столбчатая плотность числа . Часто указывается в кратных единицах так называемой единицы TEC , определяемой как TECU=10. ¹⁶ их ² ≈ 1.66 × 10 ⁻⁸  mol ⋅m ⁻² .

ПЭС имеет важное значение для определения , групповых и фазовых задержек радиоволны мерцаний в среде. Ионосферный TEC характеризуется наблюдением задержек фазы несущей принимаемых радиосигналов, передаваемых со спутников, расположенных над ионосферой, часто с использованием Глобальной системы позиционирования спутников . TEC сильно зависит от солнечной активности .

Формулировка

TEC зависит от пути. По определению, ее можно вычислить путем интегрирования вдоль пути ds через ионосферу с зависящей от местоположения плотностью электронов n _e (s) :

ТЕС = $\int n_{e}(s)\,ds$

Вертикальный VTEC TEC ( STEC интегрирования электронной плотности на перпендикуляре к наземному маршруту, наклонный TEC ( ) определяется путем ) получается путем интегрирования по любому прямому пути.

Задержка распространения

В первом порядке эффект ионосферного распространения радиоизлучения пропорционален TEC и обратно пропорционален радиочастоте f . в ионосфере Фазовая задержка по сравнению с распространением в вакууме составляет:

$\tau _{p}^{\mathrm {iono} }=-\kappa {\frac {\mathrm {TEC} }{f^{2}}}$

а ионосферная групповая задержка имеет ту же величину, но противоположный знак:

$\tau _{g}^{\mathrm {iono} }=-\tau _{p}^{\mathrm {iono} }$

Ионосферная задержка обычно выражается в единицах длины (метрах), предполагая, что продолжительность задержки (в секундах) умножается на скорость света в вакууме (в м/с). Константа пропорциональности κ имеет вид:

$\kappa =q^{2}/(8\pi ^{2}m_{e}\epsilon _{0})=c^{2}r_{e}/(2\pi )$

где q , m _e , r _e — электрона заряд , масса и радиус соответственно; c — скорость света в вакууме , а ϵ ₀ — диэлектрическая проницаемость вакуума . Значение константы составляет примерно κ ≈ 40,308193 м. ³ ·с ⁻² ; единицы измерения могут быть эквивалентно выражены как м·м ² ·Гц ² чтобы подчеркнуть компенсацию, связанную с получением задержек τ в метрах, учитывая f в Гц и TEC в м ⁻² .

Типичные дневные значения ТЕС выражаются по шкале от 0 до 100 единиц ТЕС. Однако очень небольшие вариации в 0,1–0,5 единиц ПЭС также могут быть получены в предположении об относительно постоянных погрешностях наблюдений . Эти небольшие изменения TEC связаны со среднемасштабными перемещающимися ионосферными возмущениями (MSTID). Эти ионосферные возмущения в первую очередь генерируются гравитационными волнами, распространяющимися вверх из нижних слоев атмосферы .