(3eod&U£L
nederlands geodetisch tijdschrift
Astronomische refractie in de ionosfeer
voor radiogolven van hoge frequentie
j- (grad n) sin z (1)
da
ds
n+dn
grad n
door prof. ir. J. C. de Munck, hoogleraar aan de Afdeling der Geodesie van de TH
Delft.
SUMMARY
Astronomical refraction in the ionosphere for high frequency radio waves
The astronomical (angular) refraction for radio waves due to the ionosphere is calculated for a simple
spherical model of the ionosphere. The refraction increases nearly proportional to the layer thickness
and increases with decreasing elevation angle, but it does not become excessive at horizontal
direction.
1. Inleiding
Refractie is in de landmeetkunde een fascinerend onder
werp. Allerlei studies kunnen op dit gebied worden ver
richt en slechts zelden kan iemand bewijzen, dat ge
maakte fouten niet door refractie-effecten zijn veroor
zaakt. We zijn gewend aan de breking van licht in de
lucht. Ook radiogolven ondervinden echter refractie in
de atmosfeer; bij deze golven spelen twee factoren een
rol, die voor licht van weinig of geen belang zijn, namelijk
de waterdamp in de lucht en de ionisatie van de lucht.
Dit laatste effect treedt vrijwel alleen op in de hogere
lagen van de atmosfeer, de zogenaamde ionosfeer, die
zich bevindt boven 50 a 100 km hoogte en die doorloopt
tot enkele honderden kilometers hoogte.
Naar aanleiding van enkele vragen over de invloed van
de ionosfeer bij de interpretatie van waarnemingen van
de radio-interferometer van Westerbork, heb ik wat na
gedacht over de refractie in de ionosfeer. Er moet op
worden gewezen, dat zo'n grote radio-interferometer
vrijwel het enige instrument is, waarmee met behulp van
radiogolven zo nauwkeurig hoeken kunnen worden ge
meten, dat de (hoek)refractie merkbaar is.
Ik ben uitgegaan van een bolsymmetrische atmosfeer,
dat wil zeggen dat de brekingsindex voor de gebruikte
radiogolven alleen afhangt van een afstand tot een vast
punt (middelpunt van de aarde). Verder is alleen gelet op
het effect van de ionosfeer: de brekingsindex beneden
en boven de ionosfeer is gelijk gesteld aan één. De
waterdamp speelt hierbij geen rol. Door de beperking tot
de bolsymmetrie vindt men slechts een deel van de iono-
sfeerrefractie: een deel van dezelfde orde van grootte
ontstaat doordat de ionosfeer systematisch afhangt van
de plaatselijke zonnestand. Zie hiervoor [1]*).
In dit artikel worden voor enkele van zulke bolsymmetri
sche ionosfeermodellen een aantal refractiehoeken bere
kend. Deze beschouwingen zijn een (zeer laat) vervolg
op de studies bij de PTT (2]
2. De astronomische refractie in een bolsymme
trisch gelaagde ionosfeer
Aangenomen wordt, dat de golflengte van de gebruikte
straling zo klein is ten opzichte van de structuren in de
atmosfeer, dat de geometrische optica van toepassing
is. (Gedacht wordt aan golflengten kleiner dan één
meter, terwijl de hoogte en laagdiktes van de ionosfeer
vele kilometers bedragen.) Bij deze aanname geldt voor
de kromming van een radiostraal:
als z de hoek is tussen de radiostraal en de richting van
de gradiënt van de brekingsindex n.
Verder is:
Figuur 1.
De nummers 1 en 2 verwijzen naar „Literatuur" aan het eind van
dit artikel.
NGT GEODESIA 82
als da de richtingsverandering is van de radiostraal over
een stukje ds van die straal.
Aangenomen wordt nu dat de ionosfeer bolsymmetrisch
is gelaagd rondom een bolvormige aarde. Dan kan men
389
