Защо радио сигналите пътуват по-далеч през нощта, отколкото през деня?

Не всички радиовълни пътуват по-далеч през нощта, отколкото през деня, но някои, къси и средни вълни, които AM радиосигнали попадат под, определено може да даде правилните условия. Основната причина за това е свързана със сигнала, взаимодействащ с конкретен слой от атмосферата, известен като йоносферата, и как това взаимодействие се променя от нощта до деня.

Йоносферата е слой от горната атмосфера около 50 до 600 мили над морското равнище. Тя получава името си, защото е йонизирана последователно от слънчева и космическа радиация. Много просто, рентгенови, ултравиолетови и по-къси дължини на вълните на излъчване, излъчвани от Слънцето (и от други космически източници), отделят електрони в този слой на атмосферата, когато тези отделни фотони се абсорбират от молекулите. Тъй като плътността на молекулите и атомите е доста ниска в йоносферата (особено в горните слоеве), тя позволява свободните електрони да съществуват по този начин за кратък период от време, преди да се рекомбинират. По-ниски в атмосферата, където плътността на молекулите е по-голяма, тази рекомбинация се случва много по-бързо.

Какво общо има това с радиовълните? Без намеса радиовълните пътуват по права линия от излъчвания източник, като в крайна сметка удрят йоносферата. Това, което се случва след това зависи от редица фактори, сред които са честотата на вълните и плътността на свободните електрони. За AM вълни, при подходящи условия, те ще се въртят назад и напред между земята и йоносферата, разпространявайки сигнала по-далеч и по-далеч. Така че ясно йоносферата може да играе важна роля в процеса на наземно радио. Но това е непрекъснато променящата се природа на йоносферата, което прави нещата наистина интересно. И за това ще трябва да получим малко по-технически, макар че най-малкото ще ви спестим математиката и ще оставим малко от сложността в усилието да не ви пренесем пълен учебник.

Във всеки случай съставът на йоносферата се променя най-драстично през нощта, главно защото, разбира се, Слънцето изчезва малко. Без изобилен източник на йонизиращи лъчи, нивата D и E (на снимката вдясно) на йоносферата престават да бъдат много йонизирани, но F областта (особено F2) все още остава доста йонизирана. Освен това, тъй като атмосферата е значително по-малко гъста тук, тогава E и D региони, тя води до повече свободни електрони (чиято плътност е от ключово значение тук).

Когато тези електрони срещнат силна AM вълна, те могат потенциално да се люлеят по честотата на вълната, като поемат част от енергията от радио вълната в процеса. С достатъчно от тях, както може да се случи във F слой (когато плътността на срещаните електрони е достатъчна по отношение на специфичната честота на сигнала) и приемайки, че те не само се рекомбинират с някакъв йон (което е много по-вероятно в Е и D слоеве през деня), това може много ефективно да пречупи сигнала обратно на Земята с достатъчна сила, за да бъде вдигната на вашия радио.

В зависимост от условията, този процес може потенциално да се повтаря няколко пъти, като сигналът се отклонява на земята и се връща обратно. По този начин, използвайки тази небесна вълна, а не само нормалната дневна вълна, AM радиосигналите могат да бъдат разпространявани дори на хиляди километри.

Разбира се, това може да се превърне в основен проблем, тъй като има само малко над 100 разрешени АМ радиочестоти (ограничени да запазят сигналите, които пречат твърде много помежду си), но около 5 000 AM радиостанции само в Съединените щати. Като се има предвид, че през нощта сигналите от тези станции могат да пътуват на огромни разстояния, това е само рецепта за намеса помежду си. В резултат на това през нощта американските станции в Съединените щати обикновено намаляват мощността си, излитат въздуха напълно до изгрев слънце на следващия ден и / или евентуално се изисква да използват насочващи антени, така че техният специфичен сигнал да не пречи на други станции на същата честота. От друга страна, FM станциите не трябва да правят нищо от това, тъй като йоносферата не оказва силно влияние върху техните сигнали, което има странична полза (или недостатък, в зависимост от вашата гледна точка) от силно ограничаване на обхвата на FM сигнали, които разчитат на разпространението на наземните вълни.

Бонус Факт: