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Perché la ionosfera riflette le onde elettromagnetiche (le onde corte si trasmettono anche agli antipodi della terra) e perché soltanto a certe lunghezze d'onda? Che cosa e' il troposcattering delle onde e.m. uhf?

(Risponde Davide del Vento)

Le onde radio (che sono una parte dello spettro elettromagnetico e precisamente quella con frequenza minore) in assenza di "perturbazioni" si propagano in linea retta, come avviene per la luce. Se fosse sempre così l'unico modo per trasmettere onde radio a lunga distanza sarebbe utilizzare satelliti artificiali o ponti radio, "a vista", cioè fra stazioni in portata ottica fra di loro. In realtà non sempre è così, principalmente per due motivi: la rifrazione e la diffrazione (ci sarebbe anche l'effetto piccolissimo della forza di gravità, ma lo trascuriamo perché veramente molto piccolo; l'ho citato solo per ricordare la relatività generale di Einstein che ha predetto questo stupefacente risultato).
E' esperienza di tutti che la luce non sempre si propaga in linea retta: in certe condizioni curva; come nel caso in cui passi attraverso materiali con indici di rifrazione diversi, per esempio dall'aria alla plastica dei miei occhiali. Per quanto riguarda la diffrazione abbiamo esperienza più con un altro tipo di onde, cioè quelle sonore: anche se fra noi e chi ci parla c'è un ostacolo (purché non troppo grosso) riusciamo ad ascoltarlo. Così onde elettromagnetiche lunghe riescono ad aggirare ostacoli (come edifici o colline) purché non troppo grossi rispetto alla "lunghezza" dell'onda. Ma anche in questo modo la trasmissione avviene su scala locale, poiché le onde elettromagnetiche non hanno nessun motivo per seguire la curvatura terrestre.
Ma torniamo alla rifrazione, che è la causa della riflessione nella ionosfera. Un fenomeno molto simile alla riflessione attraverso la ionofera è il miraggio. Il più comune miraggio è quello che si ha quando si viaggia d'estate su una distesa d'asfalto o nel deserto: in lontananza appaiono delle "pozze d'acqua" che scompaiono man mano che ci avviciniamo.
Cosa accade? Esattamente quello che accade nella ionosfera: vicino al suolo l'aria è molto più calda ed ha un indice di rifrazione minore, perciò la luce proveniente dall'alto "curva" dapprima rendendosi parallela al suolo e poi risale leggermente verso l'alto.



E' un fenomeno simile alla riflessione totale che si ha nel passaggio della luce da un mezzo più denso
ad uno meno denso (per esempio sott'acqua è quasi impossibile guardare fuori: la superfice sembra uno specchio) solo che in questo caso la "transizione" fra i due mezzi (cioè fra i due indici di rifrazione) è
graduale e non discontinua.
Guardano la figura "sottosopra" si può interpretarla come il percorso di un'onda elettromagnetica nella ionosfera. Nella transizione tra la stratosfera e la ionosfera c'è un forte cambiamento di indice di rifrazione per le onde elettromagnetiche, dovuto al fatto che il gas ionizzato ha proprietà elettriche ben diverse dai gas non ionizzati. Così il percorso di un'onda radio che va verso l'alto (e che si "perderebbe" nello spazio) viene deflesso e riesce a seguire (per più o meno strada) la curvatura terrestre, ridiscendendo al suolo anche a notevole distanza. Spesso, in questi casi, a distanze intermedie l'onda non arriva e curiosamente la stazione si può "ascoltare" solo molto vicino o molto lontano.
Il fatto che solo certe frequenze (e alcune in maniera più "intensa") vengano ricevute a distanza è dovuto al diverso indice di rifrazione per le differenti frequenze. Infatti ogni frequenza subisce una deflessione
diversa: come in un prisma ogni colore segue un percorso diverso e la luce bianca viene scomposta nei colori dell'iride.
Le variazioni del "vento solare" (particelle ionizzate provenienti dal sole) causano variazioni delle altitudini e densità della ionosfera, provocando a volte dei problemi di trasmissione.
Per quanto riguarda il troposcattering, a volte detto "diffusione troposferica" esso è sostanzialmente lo stesso fenomeno della "riflessione" ionosferica, che si realizza, però negli strati della troposfera. Quindi il
termine "diffusione" (come anche "scattering") è improprio. In questo caso la variazione di indice di rifrazione è dovuta al diverso tenore di umidità nei vari strati dell'aria, e quindi le condizioni atmosferiche sono una sorgente di disturbi (o di vantaggi). Ovviamente le frequenze in gioco non è detto che siano le stesse della "riflessione" ionosferica. Queste ed altre interessanti questioni sul tema vengono discusse nel newsgroup it.hobby.radioamatori

 

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