لماذا تسافر إشارات الراديو أبعد في الليل من اليوم؟

لا تسافر كل الموجات الراديوية أبعد من الليل أثناء النهار ، لكن بعض الموجات القصيرة والمتوسطة ، التي تندثر فيها إشارات الراديو AM ، يمكن أن تعطي الظروف المناسبة. السبب الرئيسي في هذه الحالة يتعلق بالإشارة التي تتفاعل مع طبقة معينة من الغلاف الجوي تعرف باسم الأيونوسفير ، وكيف يتغير هذا التفاعل من الليل إلى النهار.

الأيونوسفير هو طبقة من الغلاف الجوي العلوي حوالي 50 إلى 600 ميل فوق مستوى سطح البحر. يحصل على اسمه لأنه يتأين باستمرار بواسطة الأشعة الشمسية والكونية. بعبارات بسيطة للغاية ، يطلق الأشعة السينية ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأطوال الموجية الأقصر للإشعاع المنبعث من الشمس (ومن مصادر كونية أخرى) الإلكترونات في هذه الطبقة من الغلاف الجوي عندما يتم امتصاص هذه الفوتونات بعينها بواسطة الجزيئات. ولأن كثافة الجزيئات والذرات منخفضة للغاية في طبقة الأيونوسفير (خاصة في الطبقات العليا) ، فإنها تسمح للإلكترونات الحرة بالتواجد بهذه الطريقة لفترة زمنية قصيرة قبل إعادة التركيب في نهاية المطاف. أقل في الغلاف الجوي ، حيث كثافة الجزيئات أكبر ، وهذا التركيب يأتي أسرع بكثير.

ما علاقة هذا بموجات الراديو؟ دون تدخل ، تنتقل موجات الراديو في خط مستقيم من مصدر البث ، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى ضرب الأيونوسفير. ما يحدث بعد ذلك يعتمد على مجموعة متنوعة من العوامل ، ومن أبرزها تواتر الأمواج وكثافة الإلكترونات الحرة. بالنسبة لموجات AM ، بالنظر إلى الظروف المناسبة ، فإنها سوف ترتد بشكل أساسي ذهابًا وإيابًا بين الأرض والأيونوسفير ، مما يعمل على نشر الإشارة أبعد وأبعد. من الواضح أن الأيونوسفير يمكن أن يلعب دورًا مهمًا في عملية الراديو الأرضي. ولكن الطبيعة المتغيرة باستمرار للأيونوسفير تجعل الأشياء مثيرة للاهتمام حقًا. ومن أجل ذلك ، سيتعين علينا الحصول على مزيد من المعلومات الفنية ، على الرغم من أننا سنحصل على أقل قدر ممكن من الحساب ، وسنترك القليل من التعقيد في محاولة لعدم استخدام كتاب دراسي كامل لك.

على أي حال ، يتغير تكوين الأيونوسفير بشكل جذري في الليل ، ويعود ذلك في المقام الأول إلى فقدان الشمس لبعض الشيء بالطبع. وبدون وفرة مصدر للأشعة المؤينة ، فإن مستويات D و E (في الصورة اليمنى) للأيونوسفير تتوقف عن التأين ، ولكن المنطقة F (خاصة F2) لا تزال متأينة تمامًا. علاوة على ذلك ، لأن الغلاف الجوي أقل كثافة بكثير هنا في المنطقتين E و D ، فإنه يؤدي إلى مزيد من الإلكترونات الحرة (الكثافة الرئيسية هنا).

عندما تصادف هذه الإلكترونات موجة راديو AM قوية ، فإنها يمكن أن تتأرجح على الأرجح في تردد الموجة ، مع أخذ بعض الطاقة من الموجة الراديوية في العملية. مع ما يكفي منها ، كما يمكن أن يحدث في الطبقة F ، (عندما تكون كثافة الإلكترونات التي تمت مواجهتها كافية بالنسبة إلى تردد الإشارة المحدد) ، وعلى افتراض أنها لا تتجمع فقط مع بعض الأيونات (وهو أكثر احتمالاً في E وطبقات D في النهار) ، هذا يمكن أن ينكسر الإشارة بشكل فعال إلى الأرض بقوة كافية ليتم التقاطها على الراديو الخاص بك.

ووفقًا للظروف ، يمكن تكرار هذه العملية عدة مرات مع ارتداد الإشارة إلى الأرض والاحتفاظ بنسخة احتياطية منها. وبالتالي ، باستخدام الموجة الأيونوسفيرية ، بدلاً من مجرد الموجة الأرضية الطبيعية في النهار ، يمكن نشر إشارات الراديو AM على بعد آلاف الأميال.

وبالطبع ، يمكن أن يصبح هذا مشكلة رئيسية بالنظر إلى أنه لا يوجد سوى أكثر من 100 من الترددات الراديوية AM المسموح بها (المقيدة للإبقاء على إشارات تتداخل أكثر من اللازم مع بعضها البعض) ، ولكن حوالي 5000 محطة إذاعية AM في الولايات المتحدة وحدها. وبالنظر إلى أنه في الليل ، يمكن للإشارات الصادرة عن هذه المحطات أن تقطع مسافات شاسعة ، وهذه مجرد وصفة لمحطات تتداخل مع بعضها البعض. نتيجة لذلك ، في الليل ، عادةً ما تقلل محطات AM في الولايات المتحدة من قوتها ، وتنطلق من الهواء تمامًا حتى طلوع الشمس في اليوم التالي ، و / أو ربما تكون مطلوبة لاستخدام الهوائيات الاتجاهية ، لذلك لا تتداخل إشاراتها المحددة مع غيرها محطات على نفس التردد. من ناحية أخرى ، لا يتعين على محطات FM القيام بأي من ذلك لأن الأيونوسفير لا يؤثر بشكل كبير على إشاراتها ، والتي لها فائدة جانبية (أو عيب ، اعتمادا على وجهة نظرك) للحد بشكل كبير من نطاق إشارات FM ، التي تعتمد على انتشار الموجات الأرضية.

حقيقة المكافأة: