Matt T.問：
“前陣子我在南加州接收到了華盛頓的廣播電臺(tái)信號(hào)，但只能在晚上接收到。在華盛頓我經(jīng)歷過同樣的事情，晚上搜到了洛杉磯電臺(tái)，但是白天沒用。所以我的問題是為什么無線電信號(hào)似乎晚上的傳輸距離比白天要遠(yuǎn)？”
并不是所有的無線電波在晚上要比白天晚上傳播得更遠(yuǎn)，但一些短波和中長(zhǎng)波，比如調(diào)頻(FM)廣播，在適當(dāng)條件下是絕對(duì)可以的。這種情況的主要原因是信號(hào)與電離層的交互影響，以及從夜晚到白天如何交互變化有關(guān)。
電離層是海拔約50到600英里的一層大氣。它的得名源于受太陽(yáng)和宇宙輻射一直產(chǎn)生電離。簡(jiǎn)單術(shù)語(yǔ)來說，太陽(yáng)(和其他宇宙來源)產(chǎn)生的x射線、紫外線和比無線電波更短的波，當(dāng)這些特定的光子被分子吸收，就會(huì)在這層大氣釋放電子。因?yàn)殡婋x層(特別是在上層)的分子和原子密度非常低，能允許自由電子在最終重組前以這種方式存在很短的一段時(shí)間。大氣中海拔越低，分子的密度更大，這種重組會(huì)發(fā)生得越快。
這和無線電波有什么關(guān)系呢？沒有干擾的話，無線電波從廣播源以直線的方式行進(jìn)，最終達(dá)到電離層。然后會(huì)發(fā)生什么取決于多種因素，其中最需要注意的是波的頻率和自由電子的密度。對(duì)于無線電波，給定合適的條件下，從本質(zhì)上說，它們會(huì)在地面和電離層之間來回穿梭，傳播信號(hào)越來越遠(yuǎn)。顯然電離層在地面廣播過程中發(fā)揮重要作用，但它不斷變化的特性讓事情就有趣了。要解釋清楚，我們不得不來點(diǎn)技術(shù)含量的，當(dāng)然不會(huì)讓你算什么數(shù)學(xué)題的，盡量降低復(fù)雜性。
不管在什么情況下，電離層的成分在晚上變化最大，主要是因?yàn)樘?yáng)下山了。失去了電輻射來源，D和E水平(上圖)的電離層停止電離,但F地區(qū)(特別是F2)仍然完全電離。進(jìn)一步來說，因?yàn)檫@里的氣層比E和D區(qū)域明顯淡薄一些，它會(huì)產(chǎn)生更多的自由電子 (這是關(guān)鍵)。
當(dāng)這些電子遇到一個(gè)強(qiáng)大的無線電波，他們會(huì)振蕩波的頻率，吸收一些無線電波的能量。如果有足夠多的電子，也可能發(fā)生在F層(當(dāng)遇到電子的密度足夠的相對(duì)于特定的信號(hào)頻率)，并假設(shè)他們不只是和一些離子(更可能白天出現(xiàn)在E和D層)重組，這可以非常有效地并以足夠的強(qiáng)度折射信號(hào)回到地球。
基于以上這些條件，這個(gè)過程中信號(hào)可能在地面和電離層間重復(fù)幾次。因此，使用這個(gè)天波，而不是白天的地波，調(diào)頻廣播信號(hào)可以傳播至數(shù)千英里。
當(dāng)然，還有一個(gè)限制可能成為一個(gè)主要的問題，因?yàn)橹挥?00多個(gè)可用無線電頻率(限制保持信號(hào)的干擾太多)，但在美國(guó)有5000多個(gè)調(diào)頻廣播電臺(tái)。到晚上，因?yàn)檫@些電臺(tái)信號(hào)可以傳輸如此之遠(yuǎn)，都成了電臺(tái)干擾彼此的秘訣。因此，在晚上，美國(guó)無線電臺(tái)通常會(huì)降低信號(hào)力度直到第二天日出，或者使用定向天線來保證它們的特定信號(hào)不被其他電臺(tái)的相同頻率信號(hào)干擾。另一方面，調(diào)頻電臺(tái)也不需要做什么，電離層不會(huì)太影響他們的信號(hào)，反而帶來好處(或者壞處，看你怎么想了)，對(duì)于那些受限的無線電波信號(hào)來說，可以依靠傳播。
[楊二姐 via todayifoundout]
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