Scattering adalah fenomena fisika yang melibatkan interaksi antara gelombang elektromagnetik dan partikel-partikel di sekitarnya. Salah satu jenis scattering yang paling umum dikenal adalah scattering inkoheren, yang melibatkan penyebaran gelombang elektromagnetik oleh fluktuasi acak dalam gas partikel (biasanya elektron).

Scattering inkoheren paling banyak diketahui karena aplikasinya dalam teori radar ionosfera, suatu teknik daratan untuk mempelajari ionosfer bumi pertama kali diusulkan oleh Professor William E. Gordon pada tahun 1958. Dalam teknologi ini, sinar radar yang diterima oleh elektron-elektron di plasma ionosfera menghasilkan refleksi scatter inkoheren. Ketika gelombang elektromagnetik dilewatkan melalui atmosfir, setiap elektron di plasma ionosfera berfungsi sebagai antena yang digerakkan oleh gelombang datang dan kemudian menghasilkan kembali gelombang dari elektron tersebut.

Karena elektron-elektron di plasma ionosfera bergerak dengan kecepatan yang bervariasi karena dinamika dan gerakan termal, refleksi dari setiap elektron juga terjadi shift Doppler. Penerima pada tanah kemudian menerima sinyal terdiri atas superposisi gelombang-gelombang yang dikembalikan oleh semua elektron dalam jalur gelombang datang.

Sementara ion-ion positif yang hadir di plasma ionosfera jauh lebih berat, mereka tidak seaktif sebagai antena dan tidak menghasilkan kembali sinyal. Namun, elektron-elektron tend to remain close to the positively-charged ions. Sebagai hasil, fungsi distribusi dari elektron-ionosfera dipengaruhi oleh ion-ion positif yang lebih lambat dan berat - fluktuasi kepadatan elektron terkait dengan suhu ion, distribusi massa, dan gerakan.

Sinyal scatter inkoheren memungkinkan pengukuran kepadatan elektron, suhu ion, suhu elektron, komposisi ion, dan kecepatan plasma.

Tipe Pengamatan Radar Scatter Inkoheren

Jika ada jumlah elektron yang lebih banyak di ionosfera, maka akan ada lebih banyak refleksi individu gelombang elektromagnetik yang mencapai penerima, yang berarti intensitas echo yang diterima akan lebih tinggi. Karena jumlah energi yang direflekskan oleh setiap elektron diketahui, penerima dapat menggunakan intensitas total yang diukur untuk menentukan kepadatan elektron dalam wilayah tertentu.

Suhu Ion dan Elektron

Karena masing-masing elektron dan ion bergerak secara acak karena gerakan termal, echo yang diterima tidak akan pada frekuensi asli. Sebaliknya, sinyal akan terdiri atas rentang frekuensi sekitar frekuensi asli, karena itu adalah superposisi banyak refleksi individu shift Doppler. Lebar rentang ini sesuai dengan suhu ionosfera. Suhu yang lebih tinggi menghasilkan kecepatan thermal yang lebih besar, yang menghasilkan shift Doppler yang lebih besar dan distribusi frekuensi yang lebih luas.

Namun, perlu diingat bahwa perilaku termal berbeda antara elektron dan ion. Ion-ion positif jauh lebih berat, dan mereka tidak bereaksi dengan panas radiasi sebagaimana elektron melakukan. Sebagai hasil, suhu elektron dan suhu ion berbeda.

Komposisi Ionosfera

Jika plasma ionosfera bergerak sebagai keseluruhan, maka akan ada shift Doppler overall dalam data yang diterima juga. Hal ini dapat dianggap sebagai pergeseran mean frequency, yang mengungkapkan drift ion bumi.

Lokasi Radar Scatter Inkoheren

Beberapa lokasi radar scatter inkoheren yang beroperasi secara global adalah EISCAT, Millstone Hill Observatory, Arecibo Observatory, Jicamarca Radio Observatory, Sondrestrom Upper Atmospheric Research Facility, dan Poker Flat Research Range.

Referensi:

  • Gordon, W. (Nov 1958). "Incoherent Scattering of Radio Waves by Free Electrons with Applications to Space Exploration by Radar". Proceedings of the IRE. 46 (11): 1824-1829. doi:10.1109/JRPROC.1958.286852. S2CID 51635092.
  • "Geospace".
  • EISCAT Homepage - about EISCAT, European Incoherent Scatter
  • Millstone Hill Observatory Homepage - about Millstone Hill Observatory
  • Arecibo Observatory Homepage - about Arecibo Observatory
  • Jicamarca Radio Observatory Homepage - about Jicamarca Radio Observatory
  • Sondrestrom Upper Atmospheric Research Facility Homepage - about Sondrestrom Upper Atmospheric Research Facility
  • Poker Flat Research Range Homepage - about Poker Flat Research Range