Номер 6.81, страница 141 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 6. Волны. Принципы радиосвязи - номер 6.81, страница 141.

Условие.

6.81. Укажите существенные различия в условиях распространения радиоволн на Луне и на Земле.

Решение.

Существенные различия в условиях распространения радиоволн на Луне и на Земле обусловлены главным образом наличием у Земли плотной атмосферы и ионосферы, которых практически нет у Луны.

1. Атмосфера и ионосфера

На Земле радиоволны при прохождении через атмосферу испытывают поглощение и рассеяние, особенно на высоких частотах. Влажность воздуха, дождь и туман могут значительно ослаблять сигнал. Кроме того, у Земли есть ионосфера — ионизированный слой верхней атмосферы. Ионосфера способна отражать радиоволны определенного диапазона (в основном, короткие волны), что делает возможной радиосвязь на очень большие расстояния, в том числе между точками на разных континентах, не находящимися в прямой видимости. На Луне, из-за отсутствия атмосферы и ионосферы, эти эффекты отсутствуют. Радиоволны распространяются в вакууме практически без поглощения и не отражаются от верхних слоев, что исключает возможность дальней связи за счет отражения.

2. Механизмы и дальность распространения

На Земле существует несколько механизмов распространения радиоволн: прямая волна, поверхностная волна (распространяющаяся вдоль поверхности) и пространственная волна (отраженная от ионосферы). Это позволяет обеспечивать связь далеко за пределами прямой видимости. На Луне единственным механизмом является распространение по прямой, как у света. Связь возможна только в пределах прямой видимости. Дальность такой связи (радио-горизонт) на Луне значительно меньше, чем на Земле, из-за меньшего радиуса Луны. Дальность прямой видимости можно оценить по формуле: $d \approx \sqrt{2Rh}$, где $\text{R}$ — радиус небесного тела, а $\text{h}$ — высота антенны. Так как радиус Луны ($R_Л \approx 1737$ км) примерно в 3,7 раза меньше радиуса Земли ($R_З \approx 6371$ км), то при одинаковой высоте антенны радио-горизонт на Луне будет примерно в $\sqrt{3.7} \approx 1.9$ раза меньше. Для связи между точками на разных сторонах лунного диска необходим ретранслятор (например, на орбите).

3. Влияние поверхности

На Земле характер поверхности сильно влияет на распространение радиоволн, особенно поверхностных. Морская вода является хорошим проводником и обеспечивает лучшее распространение, чем сухая почва. Городская застройка, леса и горы создают многочисленные отражения, приводя к многолучевому распространению и замиранию сигнала. Поверхность Луны, покрытая реголитом, является очень плохим проводником (диэлектриком), поэтому распространение поверхностных волн практически невозможно. Основное влияние на сигнал оказывает рельеф — горы и стенки кратеров, которые блокируют сигнал или создают отражения.

4. Радиопомехи

Земля является источником мощных естественных (грозовые разряды) и искусственных (промышленные установки, радио- и телевещание, линии электропередач) радиопомех. Это создает значительный шумовой фон, который затрудняет прием слабых сигналов. Луна — это чрезвычайно "тихое" в радиодиапазоне место. На ней отсутствуют естественные атмосферные помехи и почти нет искусственных. Обратная сторона Луны полностью экранирована от радиоизлучения Земли, что делает ее идеальным местом для размещения радиотелескопов.

Ответ:

Основные различия в распространении радиоволн на Луне и Земле заключаются в следующем:
1. На Луне отсутствует атмосфера и ионосфера, поэтому нет поглощения, рассеяния и отражения радиоволн, характерных для Земли.
2. На Луне радиосвязь возможна только в пределах прямой видимости, в то время как на Земле ионосфера обеспечивает дальнюю за-горизонтную связь.
3. Дальность прямой видимости на Луне примерно в 1,9 раза меньше, чем на Земле, из-за меньшего радиуса.
4. Луна является средой с очень низким уровнем радиопомех, в отличие от Земли, где высок уровень как естественных, так и искусственных помех.