Usammenhengende spredning - Incoherent scatter

Usammenhengende spredning er en type spredningsfenomen i fysikk . Begrepet er mest brukt når det refererer til spredning av en elektromagnetisk bølge (vanligvis lys eller radiofrekvens) ved tilfeldige svingninger i en gass av partikler (oftest elektroner).

Den mest kjente praktiske anvendelsen er kjent som usammenhengende spredningsradarteori, en bakkebasert teknikk for å studere jordens ionosfære som først ble foreslått av professor William E. Gordon i 1958. En radarstråle som spreder elektroner i ionosfærisk plasma skaper en usammenhengende spredningsretur . Når en elektromagnetisk bølge sendes gjennom atmosfæren, fungerer hver av elektronene i ionosfærisk plasma i hovedsak som en antenne som blir begeistret av den innkommende bølgen, og bølgen blir utstrålt fra elektronen. Siden elektronene alle beveger seg med varierende hastigheter som følge av ionosfærisk dynamikk og tilfeldig termisk bevegelse, blir refleksjonen fra hvert elektron også Doppler forskjøvet. Mottakeren på bakken mottar deretter et signal sammensatt av superposisjonen til de gjenstrålte bølgene fra alle elektronene i banen til den innkommende bølgen. Siden de positivt ladede ionene også er tilstede i ionosfæren er størrelsesordener mer massive, blir de ikke like lett begeistret av den innkommende elektromagnetiske bølgen på den måten som elektronene er, så de sender ikke ut signalet på nytt. Imidlertid har elektronene en tendens til å forbli nær de positivt ladede ionene. Som et resultat blir fordelingsfunksjonen til de ionosfæriske elektronene modifisert av de mye langsommere og mer massive positive ionene - svingninger i elektrontetthet relaterer seg til ionetemperatur, massefordeling og bevegelse. Det usammenhengende scatter -signalet tillater måling av elektrontetthet , ionetemperatur og elektrontemperaturer , ionesammensetning og plasmahastighet.

Typer av usammenhengende spredningsradarobservasjoner

Elektron tetthet

Hvis det er en større mengde elektroner tilstede i ionosfæren, vil det være mer individuelt reflekterte elektromagnetiske bølger som når mottakeren, tilsvarende større intensitet av ekkoet ved mottakeren. Siden energimengden som reflekteres av et individuelt elektron er kjent, kan mottakeren bruke den totale målte intensiteten for å bestemme elektrontettheten i det valgte området.

Ion og elektron temperatur

Siden hver av de enkelte elektronene og ionene viser tilfeldig termisk bevegelse, vil det mottatte ekkoet ikke være på den eksakte frekvensen det ble overført. I stedet vil signalet være sammensatt av et frekvensområde nær den opprinnelige frekvensen, siden det er superposisjonen til mange individuelle Doppler-forskyvde refleksjoner. Bredden på området tilsvarer da temperaturen til ionosfæren. En høyere temperatur resulterer i større termisk hastighet, noe som resulterer i et større Doppler -skift og større fordeling i mottatt frekvens. Imidlertid er det viktig å merke seg at den termiske oppførselen er forskjellig mellom elektroner og ioner. Ionene er større størrelsesordener, og de interagerer ikke med utstrålt varme på samme måte som elektroner gjør. Som et resultat varierer elektrontemperaturen og ionetemperaturen.

Ion Drift

Hvis det jonosfæriske plasmaet er i bevegelse som helhet, vil det også være et generelt Doppler -skifte i de mottatte dataene. Dette kan sees på som et skifte i gjennomsnittsfrekvensen, som avslører den generelle ionedriften i ionosfæren.

Ionosfærisk sammensetning

Se også

Referanser

Eksterne linker


Stubbe -ikon

Denne artikkelen relatert til klimatologi / meteorologi er en stubbe . Du kan hjelpe Wikipedia ved å utvide den .
Stubbe -ikon

Denne optikkrelaterte artikkelen er en stubbe . Du kan hjelpe Wikipedia ved å utvide den .