Für die atmosphärische Brechung des sichtbaren Lichts gibt Wikipedia die Größenordnung von 1 Bogenminute bei 45° Höhe über dem Horizont und 5,3 Bogenminuten bei 10° an. Dies wird durch die dielektrische Polarisierbarkeit aller gebundenen Elektronen in allen Atomen der Atmosphäre verursacht.
Bei den viel niedrigeren HF-Frequenzen des Funks tragen die freien Elektronen und Ionen bei, und einige Formen der Funkkommunikation beruhen auf der Brechung bei großen Einfallswinkeln, um terrestrische Signale an einer entfernten Bodenstation zur Erde zurückzulenken.
Ich gehe also davon aus, dass bei den niedrigeren Frequenzen, die in der Radioastronomie verwendet werden, die Korrekturen der beobachteten Position von Radioquellen aufgrund der ionosphärischen Brechung viel größer sein könnten als bei sichtbaren Wellenlängen, aber ich bin mir nicht sicher.
Wie groß kann dieser Effekt überhaupt werden? Bei welcher Frequenz? Gibt es jemals Korrekturen von bis zu 1 Grad?
Ich begann darüber nachzudenken, nachdem ich gefragt hatte, wie viele Sender man mit einem AM/FM-Radio vor dem Kuppelfenster der ISS hören könnte? die das Bild unten enthält.
unten: aus der Übung The Effects of Earth's Upper Atmosphere on Radio Signals des Radio Jove Project .
Die refraktiven Positionsabweichungen sind sowohl für die Radio- als auch für die optische Astronomie sehr ähnlich, bis Sie sehr niederfrequente Radiowellen betrachten ( MHz), wenn der Effekt schnell größer wird.
Für die planparallele Refraktion ist eine Annäherung an die Abweichung, von der Sie sprechen
Laut dieser Quelle des Radioteleskops Green Bank verwenden sie so etwas, mit einem zusätzlichen Modell für das Wie variiert mit der Höhe, skaliert durch den atmosphärischen Druck. Der größte Wert von notiert ist 1,00031 am Boden. Dieser entspricht im Wesentlichen dem Brechungsindex von Luft bei sichtbaren Wellenlängen und beträgt bei 45 Grad Elevation etwa 60 Bogensekunden.
Zu meiner Überraschung sind also die Auswirkungen der Brechung auf die Ausrichtung von Radioteleskopen ähnlich wie bei optischen Teleskopen. Es stellt sich einfach heraus, dass der Realteil des Brechungsindex (der die Phasengeschwindigkeit des Lichts und damit die Brechung steuert) für Radiowellen genauso nahe bei 1 liegt wie für sichtbares Licht.
Hier ist eine weitere Quelle , die einige Algorithmen zur Berechnung des effektiven (kleinen) realen Brechungsindex für Funkwellen mit ähnlichen Ergebnissen enthält.
Diese Quelle behauptet, dass die Berechnungen für mm-Wellenlängen und aufwärts gültig sind. Natürlich können sie nicht gültig sein, da man sich der ionosphärischen Grenze bei etwa 40 MHz (Wellenlängen von Metern) nähert, wo der Brechungsindex stark von Eins abweichen wird und die Ablenkungen entsprechend größer werden müssen.
Ich habe es geschafft, etwas über Positionsbrechung bei diesen niedrigen Frequenzen zu finden. Das LOFAR -Radio-Array kann anscheinend bis zu Frequenzen von nur 10 MHz herunter arbeiten, aber die praktische Grenze kann etwas höher sein. Wie auch immer, sie müssen die Brechung in der Ionosphäre berücksichtigen, und ich habe diese Präsentation gefunden , die einen Abschnitt über Brechung und insbesondere die folgende Abbildung enthält.
Für die niederfrequente Radioastronomie (<200 MHz) ist die Brechung also sicherlich ein größerer Effekt als in der optischen. zB bei Erhebungen von 45 Grad werden die gebrochenen Positionen um etwa 0,1 und 0,4 Grad bei 50 MHz bzw. 30 MHz verschoben.
Ich habe einige interessante Informationen in diesem Vulgarisierungsartikel von Ian Poole gefunden.
Ein erster Punkt ist die Elektronendichte in der Ionosphäre, die sich zwischen Tag und Nacht ändert, sodass die resultierende Krümmung anders sein wird:
Diese sehr interessante Seite erklärt insbesondere, dass es eine gibt
Grenzfrequenz für die Ionosphäre, ab der sie ihre Fähigkeit verliert, Kurzwellen zu reflektieren. Abhängig vom Breitengrad, der Jahreszeit und hauptsächlich der Sonnenaktivität liegt diese Frequenz tagsüber bei etwa 3-10 MHz und geht nachts auf etwa 2-6 MHz zurück
Der Artikel enthält eine Darstellung des Übergangs von der Winkelablenkung zur vollständigen Reflexion als Funktion des Winkels (klicken für volle Größe):
Bildunterschrift: Raumwelle, Bodenwelle und ionosphärische Wellen. Oberhalb eines kritischen Winkels entweichen Wellen in den freien Raum, während Wellen, die unter einem niedrigen Einfallswinkel emittiert werden, sehr weit entfernte Länder erreichen können. Dies gilt zwischen ca. 1-500 MHz.
Aber die beste Seite, die ich zu diesem Thema gefunden habe , ist diese. Es sagt, dass
Ionosphärische Reflexion (nicht Absorption) verhindert, dass Photonen mit Wellenlängen > 30 m (f< 10 MHz) den Boden erreichen [...]
Die Totalreflexion in der Ionosphäre bei längeren Wellenlängen lässt die Erde wie eine silberne Kugel aus dem Weltraum aussehen, wie das Glasgesicht einer Unterwasser-Armbanduhr bei schräger Betrachtung.
Es heißt weiter, die Atmosphäre sei bei keiner Funkfrequenz vollkommen transparent. Und außerdem fügt es Rauschen hinzu. Es erklärt, warum die besten Standorte für die Radiobeobachtung bei höheren Frequenzen außergewöhnlich hoch und trocken sind.
Karl Witthöft
n
(Brechungsindex) bei Radiowellenlängen aufspüren, ist Ihr Problem gelöst. Ihre Diagramme scheinen rein reflektierende Effekte zu zeigen.äh
n+jk
.Karl Witthöft
n = nx + i*ny
ProfRob
äh
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