сфере. Естественно, что лишь значительные изменения произведения iVv, охватывающие достаточно протяженную область ионосферы, могут заметно изменять амплитуду поля. В ряде случаев наблюдаются глубокие замирания и ослабление общего уровня силы приема, которые однозначно связаны именно с изменением iVv. Это происходит в периоды внезапных возмущений ионосферы и ионосферных бурь.

Одно из наиболее удивительных явлений, происходящих на коротких волнах, - это внезагтие почти полное прекращение радиосвязи во всем диа-пазопе 20-200 наблюдающееся на освещенной половине земного шара на большинстве трасс коротковолновой связи в период внезапных возмущений иопосферы (см. § 27).

Примеры такого глубокого и внезапного ослабления напряженности поля видны из рис. 42.12.

Обычно нарушение радиоприема происходит почти мгповенно, и у наблюдателя создается впечатление, что радиоприемное устройство испорчено. Продолжительность явления колеблется от нескольких минут до часа и более. Нормальные условия восстанавливаются медленнее, начипая с более коротковолновой части нарушенного диапазона. Более резко явление сказывается как по глубине и резкости уменьшения силы приема, так и продолжительности аффекта на низких широтах - ближе к экватору, а по времени суток - ближе к полудню.

Нарушения радиосвязи на коротких волнах, захватывающие и диапазон средних волн, наблюдаются в период магнитных бурь (см. § 26), сопровождаемых сильными колебаниями магнитного поля Земли. Анализ получеи-пых данных показал, что радиосвязь нарушается умеренно нри колебаниях горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в пределах 60 у и очень сильно при колебаниях в 100 т и более (1 --Ю э). Эти нарушения радиосвязи развиваются, как и магнитная буря, в течение нескольких минут или часа и более. Длится ионосферная буря несколько дней. После прекращения бури нормальная радиосвязь восстанавливается иногда в течение нескольких дней. Ряд наблюдений показал, что за один-два дня до наступления бури радиосвязь иногда улучшается и характеризуется устойчивостью в широком диапазоне частот.

Магнитная буря наступает почти одновременно на большом участке Земли, причем нарушения радиосвязи значительно сильнее и чаще в полярных районах, но 1шблюдаются и на линиях, примыкающих к пкватору.

ю 13 го 21

Время суток

Рис. 42.12. внезапное ослабление напряженности поля при вспышке поглощения

а ~ на волне 31,3 м (г=600 км)\ С - на волне 49,5 ж (г=650 км)

го 30 40 so Геомаанитная широта

и 6 8 10 rZ 14 Геомагнитная плотность

S 10 IS га 25 30 Дни марта

Рис. 42.13. Зависимость относительной продолжительности нарушений радиосвязи (в условных единицах) от геомагнитной широты

Рис. 42.14. Зависимость количества парушспий радиосвязи (п %) от геомагнитной плотности трассы распространения волны

Рис. 42.15. Сопостаплопио месячного хода магнитной активности (а) и процента нарушений радиосвязи (fc) на радиотрассах Северного морского пути

На рис. 42.13, например, показано, что с увеличепием геомагнитной широты того пункта, с которым происходила связь радиостанции, помещавшейся в Нью-Йорке, возрастала относительная продол/кительность перерывов радиосвязи. Рисунок построен по данным наблюдений в периоды 16 больших бурь.

В другом случае количество нарушений радиосвязи (в процентах к общему времени) иа коротких волнах между Берлином и пунктами, указанными на рис. 42.14, увеличивалось, когда трасса распространения пересекала область, где наблюдается наибольшая геомагнитная плотность - наибольший градиент изменения геомагнитной широты.

На рис. 42.15 проведено количественное сопоставление магнитной активности и процента нарушений радиосвязи для радиотрасс Северного морского пути; видно хорошее подобие обеих кривых 1189].

§ 43. ПРЕЛОМЛЕНИЕ КОРОТКИХ ВОЛН В ИОНОСФЕРЕ

При расчете траектории волны в ионосфере можно ограничиваться приближением геометрической оптики, за исключением области просачивания волны, поскольку градиент электронной концентрации по высоте мал по сравнению с длиной волны. Это существенно облегчает решение соответствующей задачи. Однако и в этом случае возникают вычислительные трудности.

Одна из них обусловлена сложностью выражения коэффициента преломления при учете влияпия магнитного поля Земли и числа столкновений в иопосфере. Числом столкновений на коротких волнах часто можно пренебречь, так как v, однако магнитное поле необходимо учитывать, так как его влияние приводит к ряду важных эффектов, которые проявляются сильнее лишь на близких расстояниях от источника. На больших расстояниях для ряда точных расчетов необходимо уже учитывать сферичность Земли, что еще сильнее усложняет расчеты.

1. Наклонный фазовый и групповой путь волны

Пренебрегая магнитным полем Земли, т. е. рассматривая изотропную неоднородную но высоте ионосферу, мы имеем в виду, что траектории как монохроматической волпы, так и сигнала (группы волн) совпадают и описывают кривую, лежащую в плоскости падения волны, поскольку волновая нормаль совпадает с вектором групповой скорости (направлением луча). Таким образом, в приближении геометрической оптики траектория волны описывается, в плоском случае уравнением

dx dz dx sin <P(j ,.o

--.-r-r=-ГТ- или -, (43.1)

sm-f{z) cos?(г) dz пЦг) ~ smo *

так как (рис. 43.1) закон преломления в этом случае имеет вид

п (z) sin (z) = sin ( 2) Соответственно фазовый и групповой путь равны

L==\nds и L=\-, (43.3)

где, пренебрегая числом столкновений и магнитным нолем Земли,

Основные свойства траектории волны можно непосредственно усмотреть уже из анализа (43. 2). Поскольку всюду при =50 коэффициент преломления W < 1, постольку волна, искривляясь в ионосфере, прижимается к Земле, и па высоте z, определяемой из соотношения

п (z) = sin (43. 5)

луч параллелен оси х; здесь >р=л/2- В этом месте, прибегая к терминологии лучевой оптики, волна отражается и поворачивает обратно на Землю, следуя по симметричной траектории. Так как при вертикальном падении на этой высоте отранается волна, частота которой определяется из равенства п (г)=0, то из (43. 4) и (43. 5) непосредственно следует важное соотношение - при заданном значении электронной концентрации при наклонном падении отражается волна, частота которой

ш = (oj sec сро, (43.6)

где a)o=47iiVe/mo), а - угол падения.

Таким образом, максимальное значение частоты, при которой волна еще отражается при заданном значении уг.та tpo, в области максимума

cf) = max {wq sec р). (43, 7)

Эту частоту, в отличие от критической аз, называют максимальной частотой.

А\ я. л. Альперт