Niespójne rozproszenie - Incoherent scatter

Rozproszenie niekoherentne jest rodzajem zjawiska rozpraszania w fizyce . Termin ten jest najczęściej używany w odniesieniu do rozpraszania fali elektromagnetycznej (zwykle światła lub częstotliwości radiowej) przez losowe fluktuacje w gazie cząstek (najczęściej elektronów).

Najbardziej znane praktyczne zastosowanie to teoria niekoherentnego radaru rozproszonego, naziemna technika badania jonosfery Ziemi zaproponowana po raz pierwszy przez profesora Williama E. Gordona w 1958 roku. Wiązka radarowa rozpraszająca elektrony w plazmie jonosferycznej powoduje niespójny powrót rozpraszania . Kiedy fala elektromagnetyczna jest przepuszczana przez atmosferę, każdy z elektronów w plazmie jonosferycznej zasadniczo działa jak antena wzbudzana przez nadchodzącą falę, a fala jest ponownie wypromieniowywana z elektronu. Ponieważ wszystkie elektrony poruszają się z różnymi prędkościami w wyniku dynamiki jonosferycznej i losowego ruchu termicznego, odbicie od każdego elektronu jest również przesunięte dopplerowsko . Odbiornik na ziemi odbiera następnie sygnał składający się z superpozycji ponownie wypromieniowanych fal ze wszystkich elektronów na ścieżce fali przychodzącej. Ponieważ dodatnio naładowane jony obecne również w jonosferze są o rząd wielkości bardziej masywne, nie są tak łatwo wzbudzane przez nadchodzącą falę elektromagnetyczną jak elektrony, więc nie emitują ponownie sygnału. Jednak elektrony mają tendencję do pozostawania blisko dodatnio naładowanych jonów. W rezultacie funkcja dystrybucji elektronów jonosferycznych jest modyfikowana przez znacznie wolniejsze i bardziej masywne jony dodatnie — fluktuacje gęstości elektronowej dotyczą temperatury jonów, rozkładu masy i ruchu. Niekoherentny sygnał rozproszenia umożliwia pomiar gęstości elektronowej , temperatury jonów i temperatur elektronów , składu jonów i prędkości plazmy.

Rodzaje niespójnych obserwacji radarowych rozproszonych

Gęstość elektronowa

Jeśli w jonosferze jest więcej elektronów, to do odbiornika dociera więcej indywidualnie odbitych fal elektromagnetycznych, co odpowiada większemu natężeniu echa w odbiorniku. Ponieważ ilość energii odbitej przez pojedynczy elektron jest znana, odbiornik może wykorzystać zmierzone natężenie całkowite do określenia gęstości elektronów w wybranym obszarze.

Temperatura jonów i elektronów

Ponieważ każdy z pojedynczych elektronów i jonów wykazuje losowy ruch termiczny, odebrane echo nie będzie miało dokładnej częstotliwości, z jaką zostało przesłane. Zamiast tego sygnał będzie składał się z zakresu częstotliwości zbliżonych do częstotliwości oryginalnej, ponieważ jest to superpozycja wielu pojedynczych odbić przesuniętych w wyniku efektu Dopplera. Szerokość zakresu odpowiada wtedy temperaturze jonosfery. Wyższa temperatura powoduje większą prędkość termiczną, co skutkuje większym przesunięciem Dopplera i większym rozkładem odbieranej częstotliwości. Należy jednak zauważyć, że zachowanie termiczne elektronów i jonów różni się. Jony są o rząd wielkości bardziej masywne i nie oddziałują z wypromieniowanym ciepłem w taki sam sposób jak elektrony. W rezultacie temperatura elektronów i temperatura jonów różnią się.

Dryf jonowy

Jeśli plazma jonosferyczna jest w ruchu jako całość, nastąpi również ogólne przesunięcie Dopplera w odbieranych danych. Można to postrzegać jako zmianę średniej częstotliwości, która ujawnia ogólny dryf jonów w jonosferze.

Skład jonosferyczny

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki


Ikona skrótu

Ten artykuł związany z klimatologią / meteorologią jest skrótem . Możesz pomóc Wikipedii, rozwijając ją .
Ikona skrótu

Ten artykuł dotyczący optyki jest skrótem . Możesz pomóc Wikipedii, rozwijając ją .