Reflexion von Radiowellen von der Meteorspur

Der folgende Artikel interessierte mich sehr und ich bat seinen Autor – Ladislav Bálint – um Erlaubnis, ihn auf veröffentlichen zu dürfen CQ.sk. Ladislavova stránka „Meteory“ je výborná. Ďakujeme!

Eine Meteoritenspur reflektiert Radiowellen wie ein Spiegel Licht. Man kann es sich so vorstellen: Der Sender ist die Lichtquelle und die Meteorspur ist ein langer Spiegel. So werden Sie einen Lichtpunkt auf dem Spiegel bemerken.

Alle aus Beobachtungen abgeleiteten Daten basieren auf diesem Prinzip. Die Position des Lichtpunktes hängt nur vom Reflexionswinkel ab. In unserem Fall kommt es auf die Position des Senders, des Empfängers und die Position des Gleises an.

Der Reflexionsmechanismus hängt davon ab, wie dicht das ionisierte Gas des Tracers ist. Wenn die Ionendichte sehr hoch ist, weist die Spur Plasmaeigenschaften auf. Die Radiowellen „können nicht in das Innere der Spur eindringen“ (das Plasma leuchtet mit einer höheren Frequenz als die von uns verwendeten Radiowellen) und werden von der „Oberfläche der Spur“ reflektiert. Wir nennen einen solchen Weg einen überdichten Weg. Wenn das Plasma mit einer niedrigeren Frequenz als unserer Beobachtungsfrequenz leuchtet, dringen Radiowellen in das Innere der Spur ein und werden von den einzelnen Elektronen gestreut. Wir nennen einen solchen Trail einen Underdense-Trail.

Die Reflexion der Meteoritenspur ist eigentlich eine Interferenz. Obwohl die Wellen in alle Richtungen gestreut werden, führt die Interferenz dazu, dass die Wellen gemäß dem Reflexionsgesetz am stärksten in die Richtung reflektiert werden. Allerdings ist die Meteorspur manchmal verzerrt und es kann vorkommen, dass das Signal von mehreren Punkten reflektiert wird. Dies zeigt sich als Phasenunterschied zwischen diesen Signalen. So können wir bestimmen, welcher Teil der Spur zur Reflexion beiträgt und welcher Teil dazu neigt, die Reflexion zu dämpfen. Wir nennen solche Streckenabschnitte Fresnel-Zonen.

Das heißt, wir registrieren beim Durchgang des Meteors eine abwechselnde Verstärkung und Abschwächung des Signals. Wenn wir die Größe der Fresnel-Zonen kennen, kann die Geschwindigkeit des Meteoroiden einfach durch die Schwingungsfrequenz bestimmt werden. Die Größe der Fresnel-Zonen hängt vom Reflexionswinkel und der verwendeten Frequenz ab.

Spurendiffusion

Bereits während der Spurbildung beginnen die Ionen, sich in der umgebenden Atmosphäre zu verteilen. Die Ionendichteverteilung ist immer „Gaußförmig“.

Durch die Diffusion vergrößert sich der dichte Teil der Spur, seine Dichte nimmt jedoch allmählich ab. Dann nimmt die Größe der dichten Spur ab, bis die Spur verschwindet. Dies wirkt sich auch auf das empfangene Signal aus. Zuerst wird das Signal stärker (dichte Spur wird größer), dann wird es schwächer (dichte Spur wird kleiner) und schließlich verschwindet es plötzlich (dichte Spur verschwindet). Es bleibt nur eine dünne Spur übrig.

In einer spärlichen Spur wird das Signal von einzelnen Elektronen reflektiert. Wenn sich die spärliche Spur auflöst, geht die Kohärenz verloren und die Signalstärke nimmt stark ab. Die Abnahme der Signalintensität ist exponentiell. Die exponentielle Zeitkonstante hängt von der Diffusionsgeschwindigkeit ab, wobei die Diffusionsgeschwindigkeit im Wesentlichen eine Funktion der atmosphärischen Dichte ist.

Die Wirkung (Scherung) des Windes

Starke Winde in der oberen Atmosphäre werden die Spur verzerren und „zerreißen“. Es könnte auch geschrieben werden, dass er den Spiegel zerbricht.

Das Ergebnis sind Mehrfachreflexionen an verschiedenen Punkten der Strecke. Funkwellen, die an unterschiedlichen Reflexionspunkten entstehen, unterliegen Störungen. Der Wind ist auch dafür verantwortlich, dass der Reflexionspunkt nicht stationär ist, er macht sich durch eine starke Schwingung des empfangenen Signals bemerkbar. Dies bemerken wir erst nach wenigen Sekunden. Es ist also klar, dass spärliche Spuren (sie dauern selten länger als ein paar Zehntelsekunden) dies nicht können. Die übliche Frequenz dieser Schwingung beträgt 5 bis 10 Hz. Wir nennen diese Schwingungen manchmal „Deep Fading“.

Arten von Fußabdrücken am Computer erkennen

Hier möchte ich Sie noch einmal daran erinnern, dass ich keine Erfahrung mit der Beobachtung und Verarbeitung von Radiometeoren habe, es sich also lediglich um eine Übersetzung ausländischer Websites handelt. Wenn ich die nötige Erfahrung habe, zeige ich gerne...

Wenn wir die Beobachtungen mithilfe eines Computers verarbeiten (z. B. gemäß den an der Universität Gent entwickelten Anweisungen), können wir die Art der Spuren leicht bestimmen. Dieses Bild zeigt das typische Profil eines seltenen Meteors. Auf einen starken Anstieg folgt ein exponentieller Abfall, der durch Diffusion verursacht wird. (Ich habe diese Bilder von gemacht www.imo.net)

Das nächste Bild zeigt ein typisches Profil eines dichten Meteors. Nach einem starken Anstieg des Signals kommt es zu Signalpulsationen (die Ursache ist oben beschrieben) und schließlich fällt das Signal stark exponentiell ab (der dicke Teil der Kurve verschwindet).

Das nächste Bild zeigt das Profil eines langlebigen dichten Meteors. Das Signal „sieht“ ähnlich aus wie im vorherigen Fall, aber nach einigen Sekunden erzeugt der Wind mehrere Reflexionen, die in diesem Fall ein großes Leck erzeugen. Beachten Sie den Maßstab in diesen beiden Bildern.

Ich erinnere Sie daran, dass nicht alle Meteorprofile so „hübsch“ sind wie auf diesen Bildern ...

Abschluss

Basierend auf den beobachteten „Profilen“ der Meteore sollte es kein Problem sein, die physikalischen Eigenschaften der Meteore zu ermitteln. Das Profil des Meteors wird aber auch von anderen Effekten beeinflusst, auf die ich im vorherigen Text nicht eingegangen bin. Beispielsweise ändert sich die Ionendichte nicht nur durch Diffusion, sondern auch durch Ionenrekombination. Die Geschwindigkeit der Ionenrekombination hängt davon ab, wie die Spur von der Sonne beleuchtet wird. Darüber hinaus ändern sich die Eigenschaften der Atmosphäre schnell und unvorhersehbar. Daher kennen wir den Reflexionswinkel selten genau. Wenn wir die Eigenschaften von Meteoren genau analysieren wollen, sollten wir zunächst diese Effekte genau analysieren und Meteorbeobachtungen hinsichtlich dieser Effekte korrigieren.