Рис. 1,25. Схоматичоское изо-браидание разных случаев зависимости N (г), когда наблюдаются хара ктористики, йображенные на рис. 1.23 н 1.24.

V а с т а т а , Агг4

В этих условиях волна, распространяющаяся в слое F2, проходит независимо через ионизованные облака и просветы между ними, и так как коэффициент преломления п имеет различные значения в облаках и просветах между ними, то значение и=0, при котором отражаются разные волны, определяет различные критические частоты; наблюдаются две пары сигналов и четыре ветви кривых. Интервал частоты между двумя парами ветвей позволяет вычислить разность максимальных значений электронной концентрации обоих слоев (iVj, cwp--л)- Действительно, из (1.12) следует

я, спор

8,07 . 107 с ор> а рис.

(см. обозначения ГР2 ,, ГР2 и N, па рис. 1.25),

Рассматривая такую картину распространения волы в слое F, необходимо иметь в виду следующее. Продолжительность жизни единичного облака в слое F, по-видимому, достигает лишь нескольких минут, так как облако быстро рассасывается в результате диффузии и других процессов. Поэтому, говоря об устойчивом скоплении ионизованных облаков, предполагается, что все время происходит смена облаков, т. е. исчезают (рассасываются) одни и возникают (генерируются) другие. Неизвестно, какие явления могут приводить к появлению подобных систем облаков с устойчивым в среднем значением N (s) ,,, поэтому не следует упускать и других возможных объяснений этого явления. В частности, можно предположить, что дву- и трех-значность N слоя F2 вызвана не ионизованными облаками, а сгущениями и разрежениями N, возникшими в результате колебаний плазмы во всей толще плоя F2. Возможны, конечно, и другие предположения относительно механизма F2. Однако, каковы бы ни были причины, вызывающие эти явления, объяснение четного количества (большего двух) ветвей характеристики ионосферы требует предположить, что N (z) двузначно (или трехзначно). Экспериментальные данные показывают, что зависимость N (z), по-видимому, имеет вид, изображенный на рис. 1.25. Рис. 1.25, а, в, может объяснить результаты, приведенные на рис. 1.23, а рис. 1.25, б относится к случаю, приведенному на рис. 1.24, причем в этом опыте структура слоя представляется еще более сложной.

На средних и высоких широтах слой F2c op чаще встречается вскоре после полуночи. На низких широтах в более ранние вечерние часы он наблюдается примерно в 10% случаев. Иногда слой /2 pp существует подряд в течение нескольких часов. Частота появления слоя i2c op четко связана с ходом магнитной активности. На умеренных и высоких широтах корреляция положительная, на низких широтах - отрицательная, так что па умеренных широтах наблюдас>т(и л1пШ:Т.>]уЛ1 активности слоя F2, [2241.

6. Множественность отраженных сигналов. Возмущенность структуры ионосферы

По самой своей природе ионосфера - нерегулярная среда, однако это вовсе не означает, что она всегда находится в возмущенном состоянии. При радиоисследованиях ионосферы это нормальное состояние проявляется, как мы видели, в том, что отраженные от нее радиосигналы не искажаются и высотно-частотные характеристики имеют достаточно гладкие ветви.

Поэтому круг рассмотренных в предыдущем разделе явлений характеризует спокойную , маловозмущенную среду.

Однако провести точные границы мелсду понятиями спокойной и возмущенной ионосферы трудно; при изучении различных физических величин или даже при изменении методики опытов эти границы могут си.яьно изменяться, тем более что для ионосферы характерно именно неспокойное , изменчивое состояние. С рядом оговорок, в качестве критерия спокойного состояния ионосферы можно, например, считать такие условия, когда при вертикальном зондировании единичные сигна,пьт отражаются как единичные, НС дробящиеся сигналы (см. рис. 1.2) и когда, как говорят, не наблюдается диффузных отражений. Это означает, что угловой спектр отраженных вертикально сигналов узкий, и часто это эквивалентно изотропной неоднородности среды.

Имея в виду этот критерий (во всяком случае применительно к вопросам, рассматриваемым в настоящей главе), можно констатировать, что в ряде случаев он не удовлетворяется и оба или один из указанных ранее признаков нарушаются. Иногда эти отклонения носят сравнительно неглубокий.характер, так что заметны лишь при детальных исследованиях ионосферы и практически не существенны. В других же случаях, как, скажем, при появлении слоя F2 , ионосферных бурях и т. п. изменение структуры ионосферы влечет за собой даже существенные нарушения радиосвязи.

Правда, бывает и так, что структура верхних слоев ионосферы не изменяется заметным образом, а радиосвязь сильно нарушается вследствие увеличения поглощения радиово.ян в области D. Такие эффекты наблюдаются во время внезапных возмущений ионосферы. Однако сопутствующие им явления другого типа и не связаны с возникновением нерегулярностей в ионосфере.

Один из наиболее распространенных случаев нарушения структуры ионосферы состоит в том, что вместо единичного отраженного импульса появляется группа импульсов, которая иногда заполняет на линии времени интервал протяженностью в несколько сот километров (рис. 1.26). Такая множественность отражений часто может проявляться в области критической частоты F2. Непрерывное наблюдение за такой группой имнульсов показывает, что она состоит из очень большого числа дискретных, непрерывно изменяющихся сигналов, каждый из которых по отдельности имеет свою первоначальную ширину -Ср.

На рис. 1.26 и 1.27 приводится несколько типов групп сигналов, причем на рис. 1.27 последовательно сфотографирована на кинопленке с интерва- пами /5 сек одна и та же группа импульсов. По номерам, которыми помечены кадры, видно, что в течение 1-2 сек структура группы сильно изменялась (ср. рис. 5.2, стр. 128).

Множественность отражений приводит к уширению ветвей высотно-частотной характеристики, принимающей иногда вид характеристики как бы пульсирующего слоя F2, (рис. 1.28), когда наблюдается континуум ветвей jP2cnop между двумя граничными частотами и /2, причем (/a~/i) > (/w/2). Группы сигналов указанного типа свидетельствуют о том, что в точку наблюдения приходят волны, отраженные от множества ионизованных образований (см, рис. 5.1, стр. 127), расположенных над местом иаб.яюдений в области

отражения волны и удаленных друг от друга па много десятков километров. Каждая из этих неоднородностей имеет достаточные размеры, чтобы единичный отраженный сигнал был интенсивным. Можно предполагать, что в этих случаях область отражения состоит из нескольких групп облаков , охватывающих больнгое пространство как по высоте, так и в горизонтальном направлении. И некоторых случаях эти неоднородные образования удалены от точки наблюдения па многие сотни километров, что можно определить по

а. -

то 290

4§й 500 -вт ш sm то

Рис. 1.26. Снимки групп сигналов, отраженных от области F1

tt - группа сигналов обыкпопенпой волны; главная часть группы занимает 300-400 км, а обитяя ее ширина - более 600 км\ б - необыкновенна(т волна (гякЗОО км) и группа сигналов обыкновенной волны шириной 330-550 км; в - - группа сигналов (обыкновенные и псооыкновенныс волны) шириной порядка 300 -км