Wie groß wird die Refraktion in der Radioastronomie?

Die refraktiven Positionsabweichungen sind sowohl für die Radio- als auch für die optische Astronomie sehr ähnlich, bis Sie sehr niederfrequente Radiowellen betrachten ($<200$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$n$variiert mit der Höhe, skaliert durch den atmosphärischen Druck. Der größte Wert von$n$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.