Метеорное распространение радиоволн (стр. 1 )

коэффициент усиления антенны (antenna gain) – отношение усиления диаграммы направленности излучения антенны в направлении максимального излучения по отношению к изотропному излучателю в свободном пространстве.

Диаграмма направленности антенны (antenna gain pattern) – усиление антенны как функция угловых координат ()

приведённая высота атмосферы (atmospheric scale height) – некоторая величина, используемая в моделях атмосферы. Это разница высот, на которых плотность атмосферы различается на величину , и приблизительно равная 5.7 км на метеорных высотах.

рассеяние назад [радиолокация] (backscatter) – отражение радиоволн в направлении падающей волны. В текущем контексте рассеяние назад означает наблюдение радиометеоров с помощью радиолокации, когда приёмник и передатчик расположены в одном месте.

характеристическая высота (characteristic height) – высота атмосферы, на которой метеороиды данного потока создают максимальную ионизацию. Это высота максимальной ионизации в довольно большом диапазоне масс метеороидов данного потока.

плоскость собирающей поверхности (collecting aria plane) – плоскость, используемая для расчётов в случае рассеяния вперёд, на которую проектируется плоскость эха. Плоскость собирающей поверхности перпендикулярная направлению на радиант и проходящая через начало системы координат O. При обработке данных она может быть сравнена с плоскостью эха в геометрии при радиолокационных наблюдениях.

плоскость связи (communication plane) – см. Плоскость распространения(propagation plane)

плоскость эха (echo plane) – плоскость, перпендикулярная направлению на радиант метеорного потока, и проходящего через точку наблюдения (радиолокатор). Все зеркальные метеорные эха от данного потока будут иметь отражающие точки в этой плоскости.

поверхность эха (echo surface) – изогнутая поверхность, содержащая все зеркальные метеорные эха от данного потока в заданный момент времени. Обобщение плоскости эха в геометрии рассеяния вперед.

электронная линейная плотность (electron line density) – число свободных электронов на единицу длины метеорного следа, которые возникли в результате абляции метеороида.

плотность потока (flux density) – число потоковых метеоров с массой больше , пересекающих в единицу времени единичную площадку нормальную вектору скорости метеороида.

рассеяние вперёд (forward scatter) – отражение радиоволн в основном вдоль направления приходящей волны. В данном контексте рассеяние вперед обозначает наблюдение метеоров с помощью приёма радиоволн, рассеянных на метеорных следах, от передатчика, который расположен за горизонтом от точки приёма.

свободный электрон (free electron) – электрон, не захваченный атомом или молекулой и таким образом свободно реагирующий на магнитные и электрические поля.

Зона Френеля (Fresnel zone) – При отражении радиоволн на метеорных следах зона Френеля это часть метеорного следа, длина которой такова, что разность фаз радиоволн отражённых от её концов при наблюдениях в точке приёма равна . Первая (главная) зона Френеля содержит отражающую (или зеркальную) точку и вносит основной вклад в отражённую мощность сигнала.

начальный радиус (initial radius) – радиус метеорного следа, после того как температура следа станет равной температуре атмосферы, приблизительно через 10-3 с после его формирования.

изотропный излучатель (isotropic radiator) – теоретически идеальная антенна, которая излучает электромагнитное поле, равное интенсивности во всех направлениях, с КПД 100% в трёхмерном пространстве. Если используется для приёма сигналов, то устройство одинаково чувствительно во всех направлениях.

параметр (mass index) – параметр распределения метеорных тел по массам в метеорном потоке.

метеорный слой (meteor layer) – слой атмосферы, где расположены ионизированные метеорные следы.

плотность потока метеороидов (meteoroid flux density) – см. плотность потока (flux density)

отражение от переуплотненного метеорного следа (overdense reflection) – отражение радиоволн от метеорных следов называется переуплотненным, когда объемная электронная плотность настолько высока, что радиоволна не может проникнуть сквозь след, и отражается от поверхности внутреннего слоя с электронной плотностью выше критической.

индекс при визуальных наблюдениях (population index) – оценивает отношение числа метеоров в последовательном классе визуальных величин.

эффект Пойнтинга – Робертсона (Poyntig - Robertson effect) – эффект, когда давление солнечной радиации замедляет движение легких частиц в метеорном потоке и они спиралят по направлению к Солнцу.

плоскость распространения (propagation plane) – плоскость, рассматриваемая при рассеянии вперед, содержащая точки передатчика, приемника и точку отражения на метеорном следе.

точка отражения (reflection point) – точка на метеорном следе, для которой расстояние передатчик - метеорный след – приемник является самым коротким, то есть где отражаются радиоволны.

отражающая поверхность (reflection surface) – см. поверхность эха(echo surface)

относительная высота (relative height) – высота атмосферы относительно некоторой высоты отсчета, и использующая в качестве единицы шкалы отсчета приведенную высоту атмосферы.

зеркальный (specular)- «как зеркало»

отражение от недоуплотненного следа (underdense reflection) – отражение радиоволн от метеорного следа, который называют недоуплотненным, когда объемная плотность электронов в следе настолько мала, что позволяет радиоволнам проникать в след, и каждый свободный электрон следа индивидуально реагирует на электрическое поле радиоволны.

зенитный угол (zenith angle) – угол между точкой радианта метеора и направлением в зенит.

радиант (radiant) – точка на небесной сфере, соответствующая обратно направлению вектора скорости метеороида.

Список обозначений

линейная электронная плотность [m-1]

в радиолокации: минимальная регистрируемая линейная электронная плотность в направлении максимальной чувствительности антенны используемой

радиолокационной системы [m-1]

при рассеянии вперед: минимальная регистрируемая линейная электронная

плотность метеорного следа, расположенного в метеорной зоне, точно между

передатчиком и приёмником, и расположенного в плоскости распространения

параллельно плоскости горизонта [m-1]

минимальная регистрируемая линейная электронная плотность в направлении в плоскости эха (при рассеянии вперед: плоскость собирающей поверхности) для данного метеорного потока [m-1]

фактическая переходная электронная плотность между недоуплотненными и

переуплотненными метеорными следами [m-1]

=6×1013 m-1, переходная электронная плотность при условии и [m-1]

максимальная электронная плотность на вертикальном метеорном следе,

образованного метеороидом с массой m0 [m-1]

максимальная линейная электронная плотность на метеорном следе [m-1]

линейная электронная плотность в отражающей точке вертикального

переуплотненного метеорного следа, соответствующая длительности T метеорного эха. [m-1]

минимальная линейная электронная плотность, от которой возможно получить

радиоэхо от переуплотненного следа с длительностью 1с [m-1]

угол между метеорным следом и плоскостью распространения (при распространении вперед)

угол между электрическими векторами полей антенн передатчика и приемника.

угол между направлениями на передатчик и приемник из центра Земли

(для радиолокационного случая)

(для рассеяния вперед)

угол возвышения отражающей точки над горизонтом

, величины, учитывающие влияние диффузии следа в и

направление отражающей точки в плоскости эха

длина радиоволны

о долгота Солнца [гр]

средний молекулярный вес воздуха (≈0,029 кг/моль)

относительная линейная плотность следа, связанная с чувствительностью системы.

поперечное сечение метеороида

время спада амплитуды сигнала недоуплотненного метеорного следа [с]

время спада амплитуды сигнала недоуплотненного метеорного следа на характеристической высоте (с)

время, за которое метеороид проходит половину главной зоны Френели

время между двумя последовательными импульсами радиолокатора

время спада на высоте максимума ионизации сигнала от переуплотненного метеорного следа длительностью

половина угла рассеяния радиоволн при распространении вперед

зенитный угол метеора

азимут приемника по отношению к передатчику

азимут направления максимума чувствительности антенны

азимут направления на радиант

точка пересечения асимптот на графике интегрального распределения амплитуд

амплитуда эха от переуплотненного метеорного следа в момент времени (В)

то же для эха от недоуплотненного следа

максимальная амплитуда эха от переуплотненного метеорного следа (В)

то же для эха от недоуплотненного следа

большая полуось эллипсоида с фокусами в точках расположения передатчика и приемника

собирающая площадка

коэффициент амбиполярной диффузии

расстояние от радиоприемника до метеорного слоя в направлении максимальной чувствительности антенны

параметр, включающий в себя все геометрические факторы, влияющие на амплитуду сигнала от метеорного следа

в направлении максимума чувствительности метеорного следа

в направлении

коэффициент усиления антенны приемника в направлении на метеор

коэффициент усиления антенны передатчика в направлении на метеор

гравитационное ускорение (=9,81 м/с2)

коэффициент отражения от недоуплотненного метеорного следа

коэффициент отражения от переуплотненного метеорного следа

расстояние между точкой O и поверхностью Земли прямо над ней

приведенная высота атмосферы (км)

высота в атмосфере (км)

характеристическая высота метеорного потока (км)

высота максимума ионизации для данного метеорного следа (км)

средняя толщина метеорного слоя в относительных единицах

средняя толщина метеорного слоя для переуплотненных метеорных следов

средняя толщина метеорного слоя для переуплотненных метеорных следов с длительностью большей, чем с

средняя толщина метеорного слоя для недоуплотненных метеорных следов

L плоскость, проходящая через направление на радиант, начало координат O и отражающую точку M

абсолютная звездная величина метеора

масса метеороида (г, кг)

г отсчетная масса метеороида

масса метеороида (данного потока), который производит линейную электронную плотность следа в максимуме ионизации вертикального следа

масса метеороида (данного потока), который дает эхо с длительностью для вертикального следа

полное число метеоров, наблюдаемых в единицу времени (час)

объемная электронная плотность следа на расстоянии от оси следа в момент времени

O начало координат, используемых в геометрии рассеяния вперед

P ортогональная проекция отражающей точки M на плоскость C

мощность отраженного от следа сигнала, приведенного к входу приемника

наблюдаемая мощность радиосигнала (Ватт)

пороговая мощность сигнала на входе приемника

мощность передатчика (Ватт)

давление атмосферы (Па)

плотность потока метеороидов, производящих линейную электронную плотность следов больше, чем (км-2ч-1)

плотность потока метеороидов, с массой больше, чем (км-2ч-1)

плотность потока метеороидов, производящих радиоэхо с длительностью большей, чем (км-2ч-1)

плотность потока метеороидов, полученная по всем наблюдаемым радиоэхо

R расположение приемника (при рассеянии вперед)

универсальная газовая постоянная (=8,314 Дж/моль∙К)

фактор, учитывающий ослабление сигнала за счет начального радиуса и диффузии за время формирования главной зоны Френеля и частоты посылок радиолокатора

радиус Земли (м, км)

входное сопротивление приемника (Ом)

расстояние между передатчиком T и отражающей точкой M (при рассеянии вперед) (км)

расстояние между приемником R и отражающей точкой M (при рассеянии вперед) (км)

начальный радиус метеорного следа (м)

радиус критической области переуплотненного метеорного следа (м)

классический радиус электрона =2,81×10-15 м

параметр распределения метеорных тел по массам

время (с)

относительная высота

T положение передатчика (при рассеянии вперед)

температура атмосферы (К)

длительность эха от переуплотненного следа (с)

пороговая длительность для переуплотненных метеорных следов (=1 с)

пороговый уровень сигнала, приведенный к входу радиоприемника (В)

эффективный пороговый уровень сигнала, приведенный к входу радиоприемника (В)

скорость метеороида (км/с)

Глава1

Основные элементы теории метеорных потоков

Определены цели и методы наблюдений метеорных потоков а также основные параметры, описывающие метеорный рой (плотность потока Q и параметр s распределения метеорных тел по массам). Дано объяснение эффекта Пойтинга-Робертсона.

1. Введение

Для начала мы должны уточнить, что бы мы хотели узнать о метеороидах. Основные вопросы, которые представляют для нас интерес, это: где в Солнечной системе зародились метеороиды, как они распределены в пространстве и как это распределение изменяется со временем. Это есть причина, почему для нас представляет интерес рассмотреть совокупное поведение генетически связанного комплекса метеороидов - метеорного роя.

Метеорные рои могут быть, наблюдаемы эффективно только тогда, когда метеороиды разрушаются, проникнув в слои атмосферы и производят свечение и ионизированные метеорные следы. Следовательно, изучение метеорных роев сосредоточено на определении их структуры в окрестностях орбиты Земли. В настоящее время довольно хорошо разработаны основанные на таких наблюдениях теории происхождения, структуры и эволюции метеорных роев. Поскольку величины параметров, которые описывают характеристики роя могут быть наблюдаемыми только вдоль орбиты Земли, когда Земля пересекают рой, а период обращения по орбите частиц в рое не совпадает с периодом обращения Земли вокруг Солнца, эти параметры должны быть определены для разных лет, для того чтобы определить их изменение вдоль различных сечений метеорного роя.

В этой работе не будут рассматриваться спорадический метеорный фон и отдельные метеоры.

2. Эффект Пойтинга-Робертсона

Эффект Пойтинга-Робертсона является важным фактором в эволюции метеорного роя. Действие солнечных фотонов, т. е. радиации, замедляет движение легких частиц в метеорном рое, вследствие чего замедляющиеся метеорные частицы медленно двигаются по спирали по направлению к Солнцу. Эффект сильнее для более легких частиц.

Рис.1. Разделение по массе в старом метеорном потоке как следствие эффекта Пойтинга-Робертсона.

Из Рис.1 видно, что орбиты более легких частиц расположены ближе к солнцу; орбиты, тех которые тяжелее, находятся ближе к первоначальной орбите. Рисунок показывает поперечное сечение, перпендикулярное вектору скорости потока.

Таким образом, эффект Пойтинга-Робертсона постепенно разделяет метеороиды в рое в зависимости от их массы. Более тяжелые частицы находятся на внешних орбитах, более легкие - на внутренних. Это показано на Рис.1.

3.Структура метеорных потоков

Моделирование структуры метеорного роя производится с использованием нескольких объективных параметров, таких как плотность протока метеорных тел Q() и параметр s распределения их по массам. Плотность потока метеорных тел Q() это число метеоройдов с массой больше , пересекающих в единицу времени единичную площадку, перпендикулярную вектору скорости метеорного тела. Обычно, принимают г, размерность же плотности потока – км-2час-1 (в системе единиц СИ кг и м-2с-1 соответственно)

Распределение метеорных тел по массам степенное и имеет вид

. (1)

Соответствующее ему интегральное распределение, то есть распределение метеорных тел по массам с массой более m имеет вид

. (2)

Это эквивалентно:

. (3)

Выражение (3) позволяет нам легко находить величину изменения плотности потока Q(m) для произвольной минимальной массы m, когда Q() и s известны как это показано на Рис.2.

Рис.2. Линейная зависимость log Q(m) от log m.

Тем не менее, при наблюдениях метеоров, непосредственно не измеряют их массы, а либо оценивают их звездную величину в максимальной точке блеска (по визуальным или оптическим наблюдениям), либо измеряют их линейную электронную плотность в зеркальной точке метеорного следа (по радионаблюдениям). Массе будут соответствовать значения и , (оба приведенные к нормальным условиям, то есть для вертикального метеорного следа). Совершенно естественно, что в этом случае . Для измерения параметра на основе визуальных или оптических наблюдений определяется параметр , который оценивает отношение числа метеоров в последовательном классе визуальных звездных величин M. Зависимость от дана в следующей формуле:

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4