Рис. 1.31. Высотно-частотные характеристики с диффузными отражениями радиоволн от спорадических слоев F2 (а) и Е (б)

Сннты в полярном райслю

л 5

Рис. 1.32. Высотн<)-ча(;тотные характеристики с диффузными отражениями Сняты вблизи северного магнитного полюса (-f86°)

Неизменность интенсивности отраженных сигналов на различных частотах можно объяснить тем, что размеры неоднородностей меньше длины волны, так что имело место рэлеевское рассеяние, для которого справедливо следующее соотношение между интенсивностями /о и / падающей и рассеянной волн:

(1.40)

где п и rif) - соответственно коаффициенты преломления ионизованных облаков и окружающей их среды. Поскольку в ионосфере

(1.41)

(1.42)

и интенсивность рассеянной волны не зависит от частоты. Рассеяние прекратилось на более коротких волнах, когда линейные размеры облаков были уже соизмеримы или больше X,

Особенно сильно влияние неоднородности ионосферы и сложность ее структуры проявляется на высоких широтах, в полярных областях. На рис. 1.31, а ifsiiasaH случай, когда наблюдался сильно выраженный спорадический слой и одновременно полупрозрачный слой £<.шр нормальной структуры летом ночью, в пункте, расположенном на магнитной широте -68 и географической широте 49° Ю [269]. В этом же пункте зимой ночью высотно-частотная характеристика (рис. 1.31, б) имеет нормальную ветвь отражений необыкновенной волны от области F (с очень низким значением /(-)F2).

На этой же характеристике зарегистрированы редко наблюдаемые диффузные отражения от слоя -Ёоиор толщ,ина которого в обычных условиях бывает лишь порядка нескольких километров не больше.

Интересны также характеристики, изображенные на рис. 1.32. На осциллограмме а диффузность структуры F области ионосферы проявляется лишь между ветвями обыкновенной и необыкновеппой волн; одновременно зарегистрирована совершенно чистая ветвь необыкновенной (z) волны. Характери-

Рис. 1.33. Высотно-частотная характеристика, снятая на се- вере в период ионосферной бури

iii.............

Рис. 1.34. Высотно-частотная характеристика, снятая в период ионосферной бури на средних широтах

стика ионосферы зимой ночью в условиях полярных сияний на магнитной широте +86° (рис. 1,32, б) имеет четко выраженные ветви обыкновенной и необыкновенной волн в скор (случай редко наблюдаемый) и отдельные диффузные отражения во всей толще ионосферы.

Рассмотренные тины явлений носят характер возмущений, существенно нь изменяющих слоистую структуру ионосферы.

Однако наблюдаются случаи полного нарушения слоистости ионосферы. В эти периоды все пространство между слоями Е ш F, по-видимому, заполняется крупномаспгтабными ионизованными образованиями, сменяющимися быстро как во времени, так и в пространстве. В этих случаях высотно-частотные характеристики имеют весьма разнообразный и сложный вид во всем диапазоне частот и высот. Периоды таких существенных нарушений структуры ионосферы относятся к первой фазе ионосферных бурь и длятся несколько часов. Особенно они часты в полярных районах.

Некоторые высотно-частотные характеристики, снятые в периоды таких нарушений структуры слоев, приведены на рис. 1.33 и 1.34. Сравнение этих рисунков с высотно-частотными характеристиками на рис. 1.4, 1.11 и др. показывает, насколько сильно в эти периоды изменяется структура ионосферы.

§ 2. РАДИОИССЛЕДОВАГШЯ СТРУКТУРЫ ИОНОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ РАКЕТ И ИСЗ

Эксперименты с помощью радиоволн, излучаемых с ИСЗ, играют большую роль в исследованиях ионосферы, главным образом внешней ее части выше главного максимума NF2. В этих опытах используется импульсное радиозондирование ионосферы и различные фазовые и амплитудные методы.

Импульсное радиозондирование ионосферы со спутников типа Алуэтт и Эксплорер позволило получать регулярные данные о высотном и географическом распределении электронной ко1щентрации над большей частью Земли выше iVjjF2i а также данные о крупномасштабной облачной структуре ионосферы. Впервые в этих опытах наблюдались различного тина ВЧ резонансы в ионосфере, которые служат источником информации о различных параметрах ионосферы.

Опыты на ракетах позволили получить интересные и новые данные еще за несколько лет до запуска спутников. Эти эксперименты прежде всего укрепили наши представления о медленном, в среднем, высотном ходе электронной концентрации в ионосфере и отсутствии в нем глубоких минимумов. Кроме того, впервые удалось измерить электронную концентрацию у основания ионосферы в области высот 60-80 км; как уже указывалось, наземными средствами это не могло быть осуществлено. Были также проведены такие тонкие измерения, как определение распределения электронной концентрации в слое Ес р, толщина которого достигает всего 1-2 км. С помощью ракет было доказано, что эффективное электрическое поле, действующее на электрон, определяется в ионосфере не формулой Лоренца, а формулой Зельмайера. Это принципиальный вопрос, который в течение ряда лет доставлял немало мучений теоретикам. В различных работах получались противоположные выводы, и хотя еще до опытов на ракетах уже побеждала уверенность в правильности формул Зельмайера, тем не менее было важно доказать это экспериментально. Опыт на ракетах позволил это сделать просто и изящно.

Ниже рассмотрены данные различных опытов на ракетах и спутниках, использованные методы и некоторые связанные с ними теоретические вопросы. Целесообразпо начать с опытов на спутниках импульсными методами.