По характеру взаимодействия метровых радиоволн (к = 4 -г-10 м) с ионными следами метеоров эти следы принято подразделять на три основных типа: насыщенные, промежуточные и ненасыщенные. В 1952 г. Т. Кайзер и Р. Клосс [357] показали, что рассеяние радиоволн определяется значением линейной электронной плотности ос. Если а < 2,4 • 1012 эл/см, то радиоволна как бы пронизывает след, рассеяние происходит на каждом электроне. Такие следы называются ненасыщенными. При а > 2,4 • 1012 эл/см внутри следа имеется область, где электронная концентрация пе превосходит некоторое критическое значение пе и радиоволна отражается от границы этой области. Такие следы называются насыщенными*). Следы, у которых а~ ~ 1012 эл/см, называются следами промежуточного типа. Диэлектрическая проницаемость на расстоянии г от оси следа равна Аяп0е2 х = 1—з-V, (28.1) к тс 7 2я где #=-т—волновое число, т, е — масса и заряд электрона, с — CKopocib света, пе — электронная концентра- *) Наряду с этими терминами в нашей научной литературе употребляются равнозначные им термины недоуплотненные и переуплотненные следы (буквальный перевод английских слов ий- derdense и overdense). § 28. КЛАССИФИКАЦИЯ ИОННЫХ СЛЕДОВ МЕТЕОРОВ 297 ция на расстоянии г от оси следа. Граничное условие, разделяющее ненасыщенные следы от следов промежуточного типа, имеет вид х > 0. Следовательно, даже на оси следа должно быть пе (0) < пе = ,2 2 к тс 4 я*2 Л2 (28.2) Радиус следа, расширяющегося под действием диффузии, равен в момент времени t r(t) = YADt + rl (28.3) где го — начальный радпус следа, а электронная концентрация на расстоянии г от оси равна П*(Г) = AnDt -\~nrl ехр Таким образом, М0) = Л> ADt + й (28.4) (28.5) и вместо (28.2) получаем условие для линейной плотности а: X Л2 3,5.10 13 Г0\2 (28.6) Если г0 < —, то условию (28.6) соответствует неравенство ос<1012 эл/см, если же ro>~2^i ас может быть несколько больше. Согласно Кайзеру и Клоссу, в первом случае при а > ас на оси следа амплитуда падающей волны, имеющей поперечную поляризацию, может испытать при отражении усиление (резонанс) до двух раз. Если волна имеет продольную поляризацию, рассеяние на промежуточном следе происходит так же, как и на ненасыщенном. Допустим, что в любой точке следа а < ас. Тогда рассеяние на каждом электроне можно рассматривать как независимое и когерентное. Сечение рассеяния радиоволны одним электроном (в случае, если плоскости по- 298 ГЛ. V, МЕТЕОРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ ляризации передающей и приемной антенн совпадают) равно 0* = (~^)W (28J) Мощность на входе приемника сигнала, рассеянного одним электроном,, составит [98] где Pt — мощность передатчика, Gu Gr — площади передающей и приемной антенн, R — расстояние до метеора. Общее число электронов на отрезке следа длиной ds будет равно ads. Напряжение на входе приемника, создаваемое рассеянием на одном электроне, будет равно 2R Ч2 X ( ел У ^яг— AEr = (2RBXPtGtGrf * -L- * \ (28.9) 4яЛ I тс I где RBX — входное сопротивление приемника. Умножая (28.9) на ads и интегрируя вдоль следа по длине s от —°° до головы метеора (s = $o), получим напряжение на входе от всего следа . ^ 2?r = (2iW^A)1/2^(^r) j ае ds. (28.10) — 00 Интеграл, стоящий в (28.10), приводится к интегралу Френеля. Поэтому при записи радиоотражений от ненасыщенных следов образуется характерная дифракционная картина (рис. 70), которая может быть использована для определения скорости метеора. Однако формула (28.10) не учитывает того, что если радиус следа г в ходе диффузионного расширения становится сравним с длиной волны, то волны, рассеянные различными электронами следа, будут иметь разность фаз друг относительно друга. С учетом этого вместо (28.10) будем иметь [98] Ег = (2R^PtGtGrf2 х ; (if? ) "^ 1«/ К) е-ЦХ°-Х)ЛX*dx. (28.11) X 4яД: § 28. КЛАССИФИКАЦИЯ ИОННЫХ СЛЕДОВ МЕТЕОРОВ ЭДЭ Здесь я^у^. *о=у=р /<r,>-«p[-(i?)']. А-*^. (28.12) Величина А — параметр затухания сигнала, связанный с процессом диффузии следа. На рис. 71 показаны Рис. 70. Фотография с экрана радиолокационной станции Харьковского института радиофизики и электроники, фиксирующая пролет метеора. Видна дифракционная картина на записи радиоотражения. Для каждого метеора регистрируется запись с трех станций (основной и двух выносных) и запись скорости дрейфа следа. амплитудно-временные характеристики сигналов, рассеянных на ненасыщенных следах, при А = 0 и различных значениях А > 0. Он наглядно иллюстрирует роль параметра А в затухании сигнала. В 1968—1969 гг. А. К. Соснова и В. Н. Лебединец [142, 210] выполнили численное интегрирование дифференциальных уравнений Максвелла и получили значения коэффициентов отражения радиоволн с параллельной и перпендикулярной поляризацией от ионных метеорных следов промежуточного типа. Большинство следов метеоров, регистрируемых современными радиолокационными станциями, имеют a = 10u —1013 эл/см. Поэтому в работе [210] вычислялись значения коэффициентов отражения g±, g„ и их отношение в функции krc (гс — ра- 300 ГЛ. V. МЕТЕОРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ 2я диус следа, ^ = — Для значений а = 1010 + 1013 эл/см). Выяснилось, что резонансное усиление отношения g±/g\\, о котором говорилось выше,*имеет место в более широком интервале величин а (1012-т-1013 эл/см), принимает Рис. 71. Амплитудно-временные характеристики сигналов, рассеянных на ненасыщенных следах при Д=0 (1) иД>0 (2—4). более высокие значения, чем предполагали Кайзер и Клосс [ —=^ ^ 2 ) и не исчезает при (йтс)2 > 1. \*П / Обозначим предынтегральный множитель в (28.11) через Ь и введем коэффициент отражения в данной точке следа g(x) = af(r0)e~A(x*-x). (2Й.13) Тогда зависимость амплитуды радиоэха от времени примет вид [98, 2I0J Е = Ъ J е(х) . я 2 1—х 0 2 dx (28.14) Используя полученные в [210] значения коэффициентов отражения, В. Н. Лебединец и А. К. Соснова [142] рассчитали на ЭВМ теоретические дифракционные кар- § 28. КЛАССИФИКАЦИЯ ИОННЫХ СЛЕДОВ МЕТЕОРОВ 301 тины для большого числа значений а, кг0 и параметра затухания А в случае параллельной и перпендикулярной поляризации. В то время как для ненасыщенных следов смещение максимумов и минимумов дифракционной картины зависит только от Д и не зависит от а и /сг0, у следов промежуточного типа величина смещения зависит от всех трех параметров: a, tr0 и А. В случае параллельной поляризации сильнее всего смещается первый максимум, смещение следующих экстремумов прогрессивно убывает. В случае перпендикулярной поляризации на общее смещение накладывается эффект резонанса. Все это приводит к ошибкам в определении скорости метеора по дифракционной картине, если не учитывать влияние параметра затухания Д и использовать приближенную формулу (28.10) вместо (28.11). Для того чтобы правильно использовать и интерпретировать результаты радиолокационных наблюдений метеоров, нужно вводить поправку за эффекты замечаемо- сти радиометеоров. Коэффициент замечаемости рачен произведению двух факторов: геометрического, определяемого положением радианта, метеора на небесной сфере, ориентацией и диаграммой направленности антенны, и физического, определяемого зависимостью мощности отраженного сигнала от скорости метеора. Эта зависимость довольно сложна, поскольку не только коэффициент ионизации зависит от скорости (рсоуЗ,5)? н0 и начальный радиус следа (го00^0,8). В. Н. Лебединец и его сотрудники [144] приняли Го °° v и, использовав результаты решения задачи об отражении радиоволн следами промежуточного типа в [142, 210], рассчитали физический фактор для значений минимальной эффективной электронной плотности <х£фП= = 3 • 108-т-2 • 10й эл/см, для длин волн 7,5 и 12 м. Результаты показаны на рис. 72. Видно, что, в отличие от фотографических метеоров, замечаемость радиометеоров максимальна при некотором промежуточном значении скорости (30-^-50 км/с). Медленные метеоры замечаются плохо из-за сильной зависимости (}(у), дающей резкий спад в сторону малых скоростей, а быстрые метеоры — из-за влияния начального радиуса следа г0 (с ростом го убывает /(г0), входящая в формулы (28.11) и (28.12)). В результате имеет место значительная селективность 302 ГЛ. V. МЕТЕОРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ чувствительности любой радиолокационной станции по признаку скорости метеоров, причем с повышением чувствительности станции селективность возрастает. Селективность по скорости приводит к появлению селективности по высоте, поскольку каждому значению 20 40 60 и,км/с 20 40 60vyKM/c Рис. 72. Физический фактор для различных значений минимальной эффективности линейной электронной плотности а£ф : 1 —• 3,16 - 10s, 2-Ю9, 3 — 3,16- 109, 4 — Ю10, 5-5.1010, 0-Ю11, 7 — 2 • 1011 эл/см. Слева —на волне 7,5 м, справа—на волне 12 м (по Кащееву, Лебединцу, Лагутину). начальной скорости v0 соответствует свое распределение высот радиометеоров. Как правило, радионаблюдения дают гауссово распределение высот метеоров, максимум которого совпадает с теоретическим, определенным на основании кривых замечаемости и реального распределения высот метеоров. Правильный учет факторов замечаемости радиометеоров является необходимым условием для получения достаточно надежных результатов из радиолокационных наблюдений метеоров.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Классификация ионных следов метеоров» з дисципліни «Фізика метеоритних явищ»
