Fagstoff

Fordypning: Målinger av radioekko fra ionosfæren

Publisert: 04.10.2010
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

De første studiene av ionosfæren ved radiomålinger ble utført i 1927. Radioekkomålinger er fortsatt en viktig kilden til kunnskaper om ionosfæren. Instrumentet som brukes kalles et radioekkoinstrument eller en ionosonde. En prinsippskisse av virkemåten er vist i figuren under mens figuren nederst viser en radioekkoregistrering.

IonosondeIonosonde

Hovedprinsippene i radioekkoforsøkene er følgende: Det sendes ut korte (50 -100 μs), høyfrekvente pulser (mellom 0,1 og 20 MHz) synkront med nettfrekvensen på 50 Hz. Ved mottakeren, som ligger mindre enn 1 km fra senderen, registrerer vi den direkte og den fra ionosfæren reflekterte bølgen. Tidsforskjellen mellom disse bølgene, Δt, måles nøyaktig. Senderfrekvensen økes jevnt over frekvensområdet i steg på 0,1 MHz. Man følger automatisk etter med avstemming av mottageren. Ekkoenes beliggenhet langs en tidsakse, på en oscilloskopskjerm, fotograferes som vist i figuren nederst. I dag brukes digital avlesning. Høyden h av ekkoene er gitt ved:

$$h = 0,5 \cdot \Delta t \cdot c$$

 

hvor c = lyshastigheten og h = den virtuelle høyden. Vi antar at radiobølgene hele tiden utbrer seg med lyshastigheten. Dette er ikke riktig nær refleksjonspunktet. Gruppehastigheten til en radiobølge, som er den farten bølgens energi utbrer seg med, er mye mindre enn c nær refleksjonspunktet. Vi observerer derfor en stor økning i den virtuelle høyden nær refleksjonspunktet.

På registreringen i figuren under legger vi merke til at frekvenser opptil ca. 3 MHz reflekteres fra en høyde mellom 100 og 130 km. Ved ca. 3 MHz bryter bølgen gjennom E-laget og vi får refleksjoner fra F-lagene mellom 200 og 300 km ved ca. 8 MHz. Frekvensen for bølgene som bryter gjennom E-, F- og F-lagene kalles kritiske frekvenser. Fra kritiske frekvenser, kalt fc, kan vi regne ut elektrontettheten fra følgende likning

$$n_e = 1,24 \cdot 10^10 \cdot f_c^2$$

 

hvor fc observeres i MHz.

Ekkoregistreringene viser en rekke trekk som krever en grundigere analyse. Fra slike registreringer som utføres på flere hundre steder jorda rundt, får vi kunnskaper om ionosfæren.

IonosondemålingIonosondemålingEkko fra ionosfæren som viser E-, F1- og F2-lagenes kritiske frekvenser.