Earth–ionosphere waveguide
আর্থ-আয়নোস্ফিয়ার ওয়েভগাইড সেই ঘটনাকে বোঝায় যেখানে নির্দিষ্ট কিছু বেতার তরঙ্গ আয়নোস্ফিয়ারের স্থল এবং সীমানার মধ্যবর্তী স্থানে ছড়িয়ে পড়তে পারে। যেহেতু আয়নোস্ফিয়ারে আধানযুক্ত কণা রয়েছে, তাই এটি পরিবাহী হিসাবে আচরণ করতে পারে। পৃথিবী একটি স্থল সমতল হিসাবে কাজ করে এবং ফলস্বরূপ গহ্বরটি একটি বড় তরঙ্গ নির্দেশক হিসাবে আচরণ করে। অত্যন্ত কম ফ্রিকোয়েন্সি (ইএলএফ) (<3 কিলোহার্জ) এবং খুব কম ফ্রিকোয়েন্সি (ভিএলএফ) (3-30 কিলোহার্জ) সংকেত এই ওয়েভগাইডে দক্ষতার সাথে প্রচার করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, বজ্রপাত রেডিও বায়ুমণ্ডল নামে একটি সংকেত চালু করে, যা হাজার হাজার কিলোমিটার ভ্রমণ করতে পারে, কারণ তারা পৃথিবী এবং আয়নোস্ফিয়ারের মধ্যে সীমাবদ্ধ। ওয়েভগাইডের বৃত্তাকার প্রকৃতি একটি গহ্বরের মতো অনুরণন তৈরি করে, যা ~ 7 Hz এ থাকে। আয়নমণ্ডলের মধ্যে বেতারের বিস্তার নির্ভর করে কম্পাঙ্ক, আপতন কোণ, দিনের সময়, ঋতু, পৃথিবীর চৌম্বক ক্ষেত্র এবং সৌর ক্রিয়াকলাপের উপর। উল্লম্ব আপতনকালে, সর্বাধিক এফ-স্তরের ইলেক্ট্রন প্লাজমা ফ্রিকোয়েন্সি (এইচজেড-এ)-র চেয়ে বড় ফ্রিকোয়েন্সি সহ তরঙ্গ আয়নোস্ফিয়ারের মধ্য দিয়ে প্রায় নির্বিঘ্নে ছড়িয়ে পড়তে পারে। আয়নোস্ফেরিক ডি-, ই-এবং এফ-স্তরের মধ্যে এর চেয়ে কম কম্পাঙ্কের তরঙ্গ প্রতিফলিত হয়। দিনের সময় এটি 8-15 MHz-এর ক্রমের হয়। তির্যক আপতন জন্য, সমালোচনামূলক ফ্রিকোয়েন্সি বড় হয়ে যায়। খুব কম ফ্রিকোয়েন্সি (ভিএলএফঃ 3-30 কিলোহার্জ), এবং অত্যন্ত কম ফ্রিকোয়েন্সি (ইএলএফঃ <3 কিলোহার্জ) আয়নোস্ফেরিক ডি-এবং নিম্ন ই-স্তরে প্রতিফলিত হয়। একটি ব্যতিক্রম হল ভূ-চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের রেখা বরাবর বজ্রপাতের সংকেতের হুইসেল সম্প্রচার। ভিএলএফ তরঙ্গের তরঙ্গদৈর্ঘ্য (10-100 কিমি) ইতিমধ্যেই আয়নোস্ফেরিক ডি-স্তরের উচ্চতার (দিনে প্রায় 70 কিমি এবং রাতে 90 কিমি) সঙ্গে তুলনীয়। অতএব, রশ্মি তত্ত্ব শুধুমাত্র স্বল্প দূরত্বে প্রসারণের জন্য প্রযোজ্য, অন্যদিকে মোড তত্ত্ব অবশ্যই বৃহত্তর দূরত্বের জন্য ব্যবহার করা উচিত। পৃথিবীর পৃষ্ঠ এবং আয়নোস্ফেরিক ডি-স্তরের মধ্যবর্তী অঞ্চলটি ভি. এল. এফ-এবং ই. এল. এফ-তরঙ্গের জন্য তরঙ্গ নির্দেশকের মতো আচরণ করে। আয়নোস্ফেরিক প্লাজমা এবং ভূ-চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের উপস্থিতিতে, আয়নগুলির জাইরোফ্রিক্বেন্সি (প্রায় 1 হার্জ) এর চেয়ে বড় ফ্রিকোয়েন্সিগুলির জন্য বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় তরঙ্গ বিদ্যমান। জাইরোফ্রিক্বেন্সির চেয়ে কম ফ্রিকোয়েন্সি সহ তরঙ্গগুলিকে হাইড্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ বলা হয়। সেকেন্ড থেকে মিনিটের সময়কাল সহ ভূ-চৌম্বকীয় স্পন্দনের পাশাপাশি আলফভেন তরঙ্গগুলি এই ধরনের তরঙ্গের অন্তর্গত। স্থানান্তর ফাংশন একটি ছোট উল্লম্ব রড অ্যান্টেনার প্রোটোটাইপ হল একটি উল্লম্ব বৈদ্যুতিক হার্টজ দ্বিমেরু যাতে ফ্রিকোয়েন্সি f-এর বৈদ্যুতিক বিকল্প প্রবাহ প্রবাহিত হয়। আর্থ-আয়নোস্ফেরিক ওয়েভগাইডের মধ্যে তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গের বিকিরণকে একটি স্থানান্তর ফাংশন T (ρ, ω) দ্বারা বর্ণনা করা যেতে পারেঃ যেখানে Ez হল ট্রান্সমিটার থেকে ρ দূরত্বে রিসিভারের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের উল্লম্ব উপাদান, Eo হল মুক্ত স্থানে একটি হার্টজিয়ান দ্বিমেরু বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র এবং কৌণিক ফ্রিকোয়েন্সি। মুক্ত স্থানে, এটি হয়। স্পষ্টতই, আর্থ-আয়নোস্ফিয়ার ওয়েভগাইড বিচ্ছুরিত কারণ স্থানান্তর ফাংশন ফ্রিকোয়েন্সির উপর নির্ভর করে। এর অর্থ হল তরঙ্গগুলির পর্যায় এবং গোষ্ঠী বেগ ফ্রিকোয়েন্সি নির্ভরশীল। রশ্মি তত্ত্ব ভি. এল. এফ পরিসরে, স্থানান্তর ফাংশন হল একটি স্থল তরঙ্গের সমষ্টি যা সরাসরি রিসিভারের কাছে পৌঁছায় এবং আয়নোস্ফেরিক ডি-স্তরে প্রতিফলিত মাল্টিহপ আকাশ তরঙ্গ (চিত্র 1)। প্রকৃত পৃথিবীর পৃষ্ঠের জন্য, স্থল তরঙ্গ বিলুপ্ত হয়ে যায় এবং রশ্মি পথ বরাবর অরোগ্রাফির উপর নির্ভর করে। স্বল্প দূরত্বে ভি. এল. এফ তরঙ্গের জন্য, এই প্রভাবটি অবশ্য সামান্য গুরুত্বের এবং পৃথিবীর প্রতিফলন ফ্যাক্টরটি প্রথম অনুমানের মধ্যে রয়েছে। স্বল্প দূরত্বে, শুধুমাত্র প্রথম হপ স্কাই ওয়েভের গুরুত্ব রয়েছে। ডি-স্তরটি একটি চৌম্বকীয় প্রাচীর () দ্বারা একটি বাস্তব উচ্চতায় একটি নির্দিষ্ট সীমানা সহ অনুকরণ করা যেতে পারে, যার অর্থ প্রতিফলন বিন্দুতে 180° এর একটি পর্যায় লাফ। বাস্তবে, ডি-স্তরের ইলেক্ট্রন ঘনত্ব উচ্চতার সাথে বৃদ্ধি পায় এবং চিত্র 2-এ যেমন দেখানো হয়েছে তরঙ্গটি সীমাবদ্ধ। স্থল তরঙ্গ এবং প্রথম হপ তরঙ্গের সমষ্টি হস্তক্ষেপ মিনিমার সাথে একটি হস্তক্ষেপ প্যাটার্ন প্রদর্শন করে যদি স্থল এবং প্রথম আকাশ তরঙ্গের রশ্মি পথের মধ্যে পার্থক্য অর্ধ তরঙ্গদৈর্ঘ্য (বা 180° এর পর্যায় পার্থক্য) হয়। স্থল তরঙ্গ এবং প্রথম আকাশ তরঙ্গের মধ্যে ভূমিতে সর্বনিম্ন হস্তক্ষেপ (z = 0) অনুভূমিক দূরত্বে c আলোর বেগ সহ। চিত্র 3-এর উদাহরণে, এটি প্রায় 500 কিলোমিটার দূরে অবস্থিত। তরঙ্গ মোড তত্ত্ব ভি. এল. এফ তরঙ্গের রশ্মি প্রসারণের তত্ত্বটি বৃহত্তর দূরত্বে ভেঙে যায় কারণ এই তরঙ্গগুলির যোগফলের মধ্যে ধারাবাহিকভাবে মাল্টিহপ আকাশ তরঙ্গ জড়িত থাকে এবং যোগফলটি বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়। উপরন্তু, গোলাকার পৃথিবীকে বিবেচনায় নেওয়া প্রয়োজন হয়ে পড়ে। মোড তত্ত্ব যা আর্থ-আয়নোস্ফিয়ার ওয়েভগাইডে আইগেন-মোডের সমষ্টি, এই দূরত্বের পরিসরে বৈধ। তরঙ্গ মোডগুলিতে তাদের উল্লম্ব বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের উপাদানগুলির স্থির উল্লম্ব কাঠামো রয়েছে যার নীচে সর্বাধিক প্রশস্ততা এবং তরঙ্গের শীর্ষে শূন্য প্রশস্ততা রয়েছে। মৌলিক প্রথম মোডের ক্ষেত্রে, এটি এক চতুর্থাংশ তরঙ্গদৈর্ঘ্য। ফ্রিকোয়েন্সি হ্রাসের সাথে, আইগেনভ্যালু কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সিতে কাল্পনিক হয়ে ওঠে, যেখানে মোডটি একটি ইভানেসেন্ট তরঙ্গে পরিবর্তিত হয়। প্রথম মোডের জন্য, এটি ঘটে যার নীচে সেই মোডটি প্রচার করবে না (চিত্র 4)। তরঙ্গ সংখ্যা n-এর সাথে মোডগুলির ক্ষয় বৃদ্ধি পায়। অতএব, মূলত শুধুমাত্র প্রথম দুটি মোড তরঙ্গ প্রসারে জড়িত। এই দুটি মোডের মধ্যে প্রথম হস্তক্ষেপ সর্বনিম্ন রশ্মি তত্ত্বের শেষ হস্তক্ষেপের সমান দূরত্বে হয় () যা উভয় তত্ত্বের সমতুল্যতা নির্দেশ করে। চিত্র 3-এ যেমন দেখা গেছে, মোড হস্তক্ষেপ মিনিমার মধ্যে ব্যবধান ধ্রুবক এবং এই উদাহরণে প্রায় 1000 কিমি। প্রথম মোডটি প্রায় 1500 কিলোমিটারের বেশি দূরত্বে প্রভাবশালী হয়ে ওঠে, কারণ দ্বিতীয় মোডটি প্রথম মোডের তুলনায় আরও দৃঢ়ভাবে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। ইএলএফ তরঙ্গের পরিসরে, শুধুমাত্র মোড তত্ত্ব উপযুক্ত। মৌলিক মোড হল শূন্য মোড (চিত্র 4)। ডি-স্তরটি এখানে একটি বৈদ্যুতিক প্রাচীরে পরিণত হয় (রি = 1)। এর উল্লম্ব কাঠামোটি কেবল উচ্চতার সাথে একটি উল্লম্ব বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ধ্রুবক। বিশেষত, তরঙ্গগুলির জন্য একটি অনুরণন শূন্য মোড বিদ্যমান যা পৃথিবীর পরিধির একটি অবিচ্ছেদ্য অংশ এবং পৃথিবীর ব্যাসার্ধের সাথে ফ্রিকোয়েন্সি রয়েছে। প্রথম অনুরণনের শিখরগুলি 7.5,15 এবং 22,5 হার্জ। এগুলি হল শুমানের অনুরণন। বজ্রপাত থেকে বর্ণালী সংকেতগুলি সেই ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে প্রশস্ত করা হয়। ওয়েভগাইড বৈশিষ্ট্য উপরের আলোচনাটি কেবল মোড এবং রশ্মি তত্ত্বের একটি সহজ চিত্র তুলে ধরে। আরও বিস্তারিত চিকিৎসার জন্য একটি বড় কম্পিউটার প্রোগ্রাম প্রয়োজন। বিশেষ করে, ওয়েভগাইডের অনুভূমিক এবং উল্লম্ব অসমরূপতার সমস্যা সমাধান করা কঠিন। পৃথিবীর বক্রতার প্রভাব হল, অ্যান্টিপোডের কাছাকাছি ক্ষেত্রের শক্তি সামান্য বৃদ্ধি পায়। পৃথিবীর চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রভাবের কারণে, মাধ্যমটি অ্যানিসোট্রপিক হয়ে যায় যাতে বাস্তবে আয়নোস্ফেরিক প্রতিফলন ফ্যাক্টরটি একটি ম্যাট্রিক্স হয়। এর অর্থ হল আয়নোস্ফেরিক ডি-স্তরে প্রতিফলনের পরে একটি উল্লম্বভাবে মেরুকৃত আপতিত তরঙ্গ একটি উল্লম্ব এবং অনুভূমিকভাবে মেরুকৃত তরঙ্গের সাথে রূপান্তরিত হয়। উপরন্তু, ভূ-চৌম্বকীয় ক্ষেত্র ভি. এল. এফ তরঙ্গের অপ্রতিরোধ্যতার জন্ম দেয়। পূর্ব থেকে পশ্চিমে ছড়িয়ে পড়া তরঙ্গগুলি বিপরীত দিকের তুলনায় আরও দৃঢ়ভাবে হ্রাস পায়। সর্বনিম্ন গভীর হস্তক্ষেপের দূরত্বের কাছাকাছি একটি পর্যায় পিছলে যাচ্ছে বলে মনে হয়। সূর্যোদয় এবং/অথবা সূর্যাস্তের সময়, কখনও কখনও প্রথম আকাশ তরঙ্গের অপরিবর্তনীয় আচরণের কারণে 360° এর একটি পর্যায় লাভ বা ক্ষতি হয়। পৃথিবী-আয়নোস্ফেরিক ওয়েভগাইডের বিচ্ছুরণ বৈশিষ্ট্যগুলি 10000 কিলোমিটার দূরত্ব পর্যন্ত সংলগ্ন ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে বজ্রপাত সংকেতগুলির (স্ফেরিকস) গ্রুপ সময় বিলম্বের পার্থক্য পরিমাপ করে বজ্রপাতের ক্রিয়াকলাপ সনাক্ত করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। শুমান অনুরণন বিশ্বব্যাপী বজ্রপাতের ক্রিয়াকলাপ নির্ধারণ করার অনুমতি দেয়। আরও দেখুন আলফভেন অনুরণক বায়ুমণ্ডলীয় নালী শর্টওয়েভ রেডিও স্কাইওয়েভ ট্রপোস্ফেরিক নালী রেফারেন্স এবং নোটস উদ্ধৃতি বৈদ্যুতিন চৌম্বকবাদ আয়নোস্ফিয়ার রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি প্রচার