La dispersión incoherente es un tipo de fenómeno de dispersión en física . El término se usa más comúnmente cuando se refiere a la dispersión de una onda electromagnética (generalmente luz o radiofrecuencia) por fluctuaciones aleatorias en un gas de partículas (generalmente electrones).
La aplicación práctica más conocida se conoce como teoría del radar de dispersión incoherente, una técnica basada en tierra para estudiar la ionosfera de la Tierra propuesta por primera vez por el profesor William E. Gordon en 1958. [1] Un rayo de radar que dispersa electrones en el plasma ionosférico crea una retorno de dispersión incoherente. Cuando una onda electromagnética se transmite a través de la atmósfera, cada uno de los electrones del plasma ionosférico actúa esencialmente como una antena.excitado por la onda entrante, y la onda se vuelve a irradiar desde el electrón. Dado que todos los electrones se mueven a velocidades variables como resultado de la dinámica ionosférica y el movimiento térmico aleatorio, la reflexión de cada electrón también se desplaza Doppler . El receptor en el suelo recibe una señal compuesta por la superposición de las ondas reradiadas de todos los electrones en el camino de la onda entrante. Dado que los iones cargados positivamente también presentes en la ionosfera son órdenes de magnitud más masivos, la onda electromagnética entrante no los excita tan fácilmente como los electrones, por lo que no vuelven a irradiar la señal. Sin embargo, los electrones tienden a permanecer cerca de los iones cargados positivamente. Como resultado, la función de distribución de los electrones ionosféricos se modifica por los iones positivos mucho más lentos y masivos: las fluctuaciones de densidad de electrones se relacionan con la temperatura de los iones, la distribución de masa y el movimiento. La señal de dispersión incoherente permite medir la densidad de electrones , la temperatura de los iones y las temperaturas de los electrones , la composición de los iones y la velocidad del plasma.
Tipos de observaciones de radar de dispersión incoherente
Densidad de electrones
Si hay una mayor cantidad de electrones presentes en la ionosfera, entonces habrá más ondas electromagnéticas reflejadas individualmente que llegan al receptor, lo que corresponde a una mayor intensidad del eco en el receptor. Dado que se conoce la cantidad de energía reflejada por un electrón individual, el receptor puede usar la intensidad total medida para determinar la densidad de electrones en la región seleccionada. [2]
Temperatura de iones y electrones
Dado que cada uno de los electrones e iones individuales exhibe un movimiento térmico aleatorio, el eco recibido no tendrá la frecuencia exacta con la que se transmitió. En cambio, la señal estará compuesta por un rango de frecuencias cerca de la frecuencia original, ya que es la superposición de muchas reflexiones desplazadas por Doppler individuales. El ancho del rango corresponde entonces a la temperatura de la ionosfera. Una temperatura más alta da como resultado una mayor velocidad térmica, lo que da como resultado un mayor desplazamiento Doppler y una mayor distribución en la frecuencia recibida. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el comportamiento térmico difiere entre electrones e iones. Los iones son órdenes de magnitud más masivos y no interactúan con el calor irradiado de la misma manera que lo hacen los electrones. Como resultado, la temperatura de los electrones y la temperatura de los iones difieren.
Deriva de iones
Si el plasma ionosférico está en movimiento en su totalidad, también habrá un cambio Doppler general en los datos recibidos. Esto puede verse como un cambio en la frecuencia media, que revela la deriva de iones general en la ionosfera.
Composición ionosférica
Ver también
Referencias
- ^ Gordon, W. (noviembre de 1958). "Dispersión incoherente de ondas de radio por electrones libres con aplicaciones a la exploración espacial por radar". Actas de la IRE . 46 (11): 1824–1829. doi : 10.1109 / JRPROC.1958.286852 .
- ^ https://www.haystack.mit.edu/atm/mho/instruments/isr/isTutorial.html
enlaces externos
- Página de inicio de EISCAT : acerca de EISCAT , dispersión incoherente europea
- Página de inicio del Observatorio Millstone Hill - acerca del Observatorio Millstone Hill
- Tutorial de dispersión incoherente : del sitio web del Observatorio Haystack del MIT
- Ubicaciones de dispersión incoherente : mapa de radares de dispersión incoherentes operativos en el mundo
- AMISR : radar de dispersión incoherente modular avanzado