Dispersione incoerente - Incoherent scatter

Lo scattering incoerente è un tipo di fenomeno di scattering in fisica . Il termine è più comunemente usato quando ci si riferisce alla diffusione di un'onda elettromagnetica (di solito luce o radiofrequenza) da fluttuazioni casuali in un gas di particelle (il più delle volte elettroni).

L'applicazione pratica più nota è nota come teoria del radar a dispersione incoerente, una tecnica basata a terra per studiare la ionosfera terrestre proposta per la prima volta dal professor William E. Gordon nel 1958. Un raggio radar che disperde gli elettroni nel plasma ionosferico crea un ritorno a dispersione incoerente . Quando un'onda elettromagnetica viene trasmessa attraverso l'atmosfera, ciascuno degli elettroni nel plasma ionosferico agisce essenzialmente come un'antenna eccitata dall'onda in arrivo e l'onda viene nuovamente irradiata dall'elettrone. Poiché gli elettroni si muovono tutti a velocità variabili a causa della dinamica ionosferica e del movimento termico casuale, anche la riflessione di ciascun elettrone viene spostata Doppler . Il ricevitore a terra riceve quindi un segnale composto dalla sovrapposizione delle onde ri-irradiate da tutti gli elettroni nel percorso dell'onda in arrivo. Poiché gli ioni caricati positivamente presenti anche nella ionosfera sono ordini di grandezza più massicci, non sono così prontamente eccitati dall'onda elettromagnetica in arrivo nel modo in cui lo sono gli elettroni, quindi non ri-irradiano il segnale. Tuttavia, gli elettroni tendono a rimanere vicini agli ioni con carica positiva. Di conseguenza, la funzione di distribuzione degli elettroni ionosferici viene modificata dagli ioni positivi molto più lenti e più massicci: le fluttuazioni della densità degli elettroni riguardano la temperatura degli ioni, la distribuzione di massa e il movimento. Il segnale di dispersione incoerente consente la misurazione della densità elettronica , della temperatura degli ioni e degli elettroni , della composizione degli ioni e della velocità del plasma.

Tipi di osservazioni radar a dispersione incoerenti

Densità elettronica

Se c'è una maggiore quantità di elettroni presenti nella ionosfera, allora ci saranno più onde elettromagnetiche riflesse individualmente che raggiungono il ricevitore, corrispondenti a una maggiore intensità dell'eco al ricevitore. Poiché è nota la quantità di energia riflessa da un singolo elettrone, il ricevitore può utilizzare l'intensità totale misurata per determinare la densità elettronica nella regione selezionata.

Temperatura di ioni ed elettroni

Poiché ciascuno dei singoli elettroni e ioni mostra un movimento termico casuale, l'eco ricevuto non sarà alla frequenza esatta con cui è stato trasmesso. Invece, il segnale sarà composto da un intervallo di frequenze vicino alla frequenza originale, poiché è la sovrapposizione di molte riflessioni individuali con spostamento Doppler. L'ampiezza dell'intervallo corrisponde quindi alla temperatura della ionosfera. Una temperatura più alta si traduce in una maggiore velocità termica, che si traduce in un maggiore spostamento Doppler e una maggiore distribuzione della frequenza ricevuta. Tuttavia, è importante notare che il comportamento termico differisce tra elettroni e ioni. Gli ioni sono ordini di grandezza più massicci e non interagiscono con il calore irradiato allo stesso modo degli elettroni. Di conseguenza, la temperatura degli elettroni e la temperatura degli ioni differiscono.

Deriva ionica

Se il plasma ionosferico è in movimento nel suo insieme, allora ci sarà anche uno spostamento Doppler complessivo nei dati ricevuti. Questo può essere visto come uno spostamento della frequenza media, che rivela la deriva ionica complessiva nella ionosfera.

Composizione Ionosferica

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