ケネリー・ヘヴィサイド層

ヘビサイド層^{[1] [2]}は、アーサー・E・ケネリーとオリバー・ヘビサイドにちなんでケネリー・ヘビサイド層^{[3] [4]}とも呼ばれ、地上からおよそ90kmから150km (56から93マイル) の高さに生じる電離ガスの層で、地球の電離層にある複数の層のうちの1つである。E領域としても知られている。中周波の電波を反射する。この反射層があるため、上空に放射された電波は地平線を越​​えて地球に戻ってくることがある。この「スカイウェーブ」または「スキップ」伝播技術は、1920年代から大陸間距離に及ぶ長距離無線通信に使用されている。

伝播は時間帯によって影響を受けます。日中は太陽風がこの層を地球に押し付けるため、電波の反射距離が制限されます。逆に、地球の夜側 (風下側) では、太陽風が電離層をさらに引き離すため、電波が反射して伝わる距離が大幅に長くなります。影響の程度は季節や太陽黒点の活動量によっても左右されます。

反射層の存在は、1902年にアメリカの電気技師アーサー・エドウィン・ケネリー（1861–1939）^[5]とイギリスの博学者オリバー・ヘヴィサイド（1850–1925）によって独立してほぼ同時に予測され、1901年にグリエルモ・マルコーニによって観測された地平線を越​​えた電波の伝播を説明するものであった。しかし、その存在は1924年にイギリスの科学者エドワード・V・アップルトンによって示され^[6]、彼は1947年のノーベル物理学賞を受賞した。^[7]

物理学者たちが反射層の構想に抵抗したのには、もっともな理由があった。それは、全反射が必要になるため、電離層内の光速がその下の大気中よりも速くならなければならないからである。後者の速度は真空中の光速 ( c ) と本質的に同じなので、科学者たちは電離層内の光速がこれより速いことを信じようとしなかった。しかし、マルコーニはニューファンドランドでイギリスで放送された信号を受信して​​いたので、明らかにそこまで送信できるようにする何らかのメカニズムがあるに違いない。このパラドックスは、光には位相速度と群速度という 2 つの速度があることが発見されたことで解決された。位相速度は実際にcよりも大きくなり得るが、群速度は情報を伝送できるため、特殊相対性理論によりcよりも大きくなることはない。電離層内の電波の位相速度は確かにcよりも大きく、そのため全反射が可能になり、電離層は電波を反射できる。位相速度と群速度の幾何平均はc を超えることはできないため、位相速度がc を超えると、群速度は c を下回る必要があります。

1925年、アメリカ人のグレゴリー・ブライトとマール・A・テューヴが初めてヘビサイド層の高度変化を地図に描きました。ヘビサイド層による電波の吸収と反射のITU標準モデルは、 1970年代に イギリスの電離層物理学者ルイス・マグルトン^{[8]によって開発されました。}

1910年頃、ウィリアム・エクルズは上層大気の電波反射層に「ヘビサイド層」という名前を提案し^[1]、その後この名前は広く採用されました。^[2] ケネリー・ヘビサイド層という名前は、ヘビサイドの提案より数か月前に行われたケネリーの研究に敬意を表して1925年に提案されました^{[3] [5]}。

• ヴァン・アレン・ベルト