Earth–ionosphere waveguide
ارتھ آئناسفیئر ویو گائیڈ سے مراد وہ رجحان ہے جس میں بعض ریڈیو لہریں زمین اور آئناسفیئر کی حدود کے درمیان خلا میں پھیل سکتی ہیں۔ چونکہ آئناسفیئر میں چارج شدہ ذرات ہوتے ہیں، اس لیے یہ ایک موصل کے طور پر برتاؤ کر سکتا ہے۔ زمین ایک زمینی جہاز کے طور پر کام کرتی ہے، اور اس کے نتیجے میں ہونے والی گہا ایک بڑے ویو گائیڈ کے طور پر برتاؤ کرتی ہے۔ انتہائی کم فریکوئنسی (ای ایل ایف) (<3 کلو ہرٹز) اور بہت کم فریکوئنسی (وی ایل ایف) (3-30 کلو ہرٹز) سگنلز اس ویو گائیڈ میں مؤثر طریقے سے پھیل سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، آسمانی بجلی کے حملے ریڈیو ایٹموسفیرکس نامی سگنل لانچ کرتے ہیں، جو کئی ہزار کلومیٹر کا سفر کر سکتے ہیں، کیونکہ وہ زمین اور آئناسفیئر کے درمیان محدود ہیں۔ ویو گائیڈ کی گول دنیا کی نوعیت ایک گہا کی طرح گونج پیدا کرتی ہے، جو ~ 7 ہرٹز پر ہوتی ہے۔ آئناسفیئر کے اندر ریڈیو کا پھیلاؤ تعدد، واقعات کے زاویے، دن کے وقت، موسم، زمین کے مقناطیسی میدان اور شمسی سرگرمی پر منحصر ہے۔ عمودی واقعات پر، ایف پرت کی زیادہ سے زیادہ (الیکٹران کثافت میں) الیکٹران پلازما فریکوئنسی (Hz میں) سے بڑی تعدد والی لہریں آئناسفیئر کے ذریعے تقریبا بلا رکاوٹ پھیل سکتی ہیں۔ اس سے چھوٹی تعدد والی لہریں آئناسفیئرک D -، E -، اور F-تہوں میں جھلکتی ہیں۔ دن کے وقت کے حالات کے دوران 8-15 MHz کی ترتیب کا ہے۔ ترچھا واقعات کے لیے، اہم تعدد بڑی ہو جاتی ہے۔ بہت کم تعدد (وی ایل ایف: 3-30 کے ایچ زیڈ)، اور انتہائی کم تعدد (ای ایل ایف: <3 کے ایچ زیڈ) آئناسفیئرک ڈی-اور نچلی ای پرت پر جھلکتی ہیں۔ ایک رعایت جیومیگنیٹک فیلڈ لائنوں کے ساتھ بجلی کے اشاروں کا سیٹی بجانا ہے۔ وی ایل ایف لہروں کی طول موج (10-100 کلومیٹر) پہلے ہی آئناسفیئرک ڈی پرت (دن کے دوران تقریبا 70 کلومیٹر، اور رات کے دوران 90 کلومیٹر) کی اونچائی کے ساتھ موازنہ ہے۔ لہذا، رے تھیوری صرف مختصر فاصلے پر پھیلاؤ کے لیے لاگو ہوتی ہے، جبکہ موڈ تھیوری کو بڑے فاصلے کے لیے استعمال کیا جانا چاہیے۔ زمین کی سطح اور آئناسفیئرک ڈی پرت کے درمیان کا خطہ اس طرح وی ایل ایف اور ای ایل ایف لہروں کے لیے ویو گائیڈ کی طرح برتاؤ کرتا ہے۔ آئناسفیئرک پلازما اور جیومیگنیٹک فیلڈ کی موجودگی میں، برقی مقناطیسی لہریں تعدد کے لیے موجود ہوتی ہیں جو آئنوں کی گائرو فریکوئنسی (تقریبا 1 ہرٹز) سے بڑی ہوتی ہیں۔ جن لہروں کی تعدد گائرو فریکوئنسی سے کم ہوتی ہے انہیں ہائیڈرو میگنیٹک لہریں کہا جاتا ہے۔ سیکنڈ سے منٹ کے ادوار کے ساتھ جیومیگنیٹک پلسشن کے ساتھ ساتھ الفون لہریں بھی اسی قسم کی لہروں سے تعلق رکھتی ہیں۔ ٹرانسفر فنکشن ایک مختصر عمودی راڈ اینٹینا کا پروٹو ٹائپ ایک عمودی برقی ہرٹز ڈائپول ہے جس میں فریکوئنسی f کے برقی باری باری کرنٹ بہتے ہیں۔ ارتھ آئناسفیئرک ویو گائیڈ کے اندر برقی مقناطیسی لہروں کی اس کی تابکاری کو ٹرانسفر فنکشن T (ρ، ω) کے ذریعے بیان کیا جا سکتا ہے: جہاں Ez ٹرانسمیٹر سے ρ کے فاصلے پر رسیور پر برقی میدان کا عمودی جزو ہے، Eo خالی جگہ میں ہرٹزیئن ڈائپول کا برقی میدان ہے، اور کونیی تعدد ہے۔ خالی جگہ میں، یہ ہے۔ ظاہر ہے، ارتھ آئناسفیئر ویو گائیڈ منتشر ہے کیونکہ ٹرانسفر فنکشن تعدد پر منحصر ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ لہروں کے مرحلے اور گروپ کی رفتار تعدد پر منحصر ہوتی ہے۔ رے تھیوری وی ایل ایف رینج میں، ٹرانسفر فنکشن ایک زمینی لہر کا مجموعہ ہے جو براہ راست رسیور پر پہنچتی ہے اور ملٹی ہاپ اسکائی لہریں آئناسفیئرک ڈی پرت پر جھلکتی ہیں (شکل 1)۔ حقیقی زمین کی سطح کے لیے، زمینی لہر ختم ہو جاتی ہے اور شعاع کے راستے کے ساتھ اوریگرافی پر منحصر ہوتی ہے۔ کم فاصلے پر وی ایل ایف لہروں کے لیے، یہ اثر، تاہم، معمولی اہمیت کا حامل ہے، اور زمین کا عکاسی عنصر، پہلے تخمینے میں ہے۔ کم فاصلے پر، صرف پہلی ہوپ اسکائی لہر اہمیت کی حامل ہے۔ D-پرت کو مقناطیسی دیوار () کے ذریعے ایک مقررہ حد کے ساتھ ایک مجازی اونچائی h پر نقل کیا جا سکتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ عکاسی کے مقام پر 180° کی فیز جمپ۔ حقیقت میں، ڈی پرت کی الیکٹران کثافت اونچائی کے ساتھ بڑھتی ہے، اور لہر پابند ہوتی ہے جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ زمینی لہر اور پہلی ہاپ لہر کا مجموعہ مداخلت منیما کے ساتھ ایک مداخلت کا نمونہ ظاہر کرتا ہے اگر زمین اور پہلی آسمان کی لہر کے شعاعوں کے راستوں کے درمیان فرق نصف طول موج (یا 180° کا فیز فرق) ہو۔ زمینی لہر اور آسمان کی پہلی لہر کے درمیان زمین پر آخری مداخلت کم از کم (z = 0) روشنی کی رفتار c کے ساتھ افقی فاصلے پر ہوتی ہے۔ شکل 3 کی مثال میں، یہ تقریبا 500 کلومیٹر کے فاصلے پر ہے۔ ویو موڈ تھیوری وی ایل ایف لہروں کے شعاعوں کے پھیلاؤ کا نظریہ بڑے فاصلے پر ٹوٹ جاتا ہے کیونکہ ان لہروں کے مجموعے میں لگاتار ملٹی ہاپ اسکائی لہریں شامل ہوتی ہیں، اور مجموعہ مختلف ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، کروی زمین کو مدنظر رکھنا ضروری ہو جاتا ہے۔ موڈ تھیوری جو کہ ارتھ آئناسفیئر ویو گائیڈ میں آئجن موڈ کا مجموعہ ہے، فاصلے کی اس حد میں درست ہے۔ لہر کے طریقوں میں ان کے عمودی برقی میدان کے اجزاء کے عمودی ڈھانچے طے ہوتے ہیں جن کے نیچے زیادہ سے زیادہ طول و عرض اور ویو گائیڈ کے اوپری حصے میں صفر طول و عرض ہوتے ہیں۔ بنیادی پہلے موڈ کے معاملے میں، یہ ایک چوتھائی طول موج ہے۔ تعدد میں کمی کے ساتھ، آئجن ویلیو کٹ آف فریکوئنسی پر خیالی ہو جاتی ہے، جہاں موڈ ایک غیر متغیر لہر میں بدل جاتا ہے۔ پہلے موڈ کے لیے، یہ اس وقت ہوتا ہے جس کے نیچے وہ موڈ پھیل نہیں پائے گا (شکل 4)۔ موڈز کی تخفیف ویوین نمبر n کے ساتھ بڑھتی ہے۔ لہذا، بنیادی طور پر لہر کے پھیلاؤ میں صرف پہلے دو طریقے شامل ہوتے ہیں۔ ان دونوں طریقوں کے درمیان پہلی مداخلت کم از کم رے تھیوری () کے آخری مداخلت کے مساوی فاصلے پر ہوتی ہے جو دونوں نظریات کے مساوی ہونے کی نشاندہی کرتی ہے جیسا کہ شکل 3 میں دیکھا گیا ہے، موڈ مداخلت منیما کے درمیان فاصلہ مستقل ہے اور اس مثال میں تقریبا 1000 کلومیٹر ہے۔ پہلا موڈ تقریبا 1500 کلومیٹر سے زیادہ فاصلے پر غالب ہو جاتا ہے، کیونکہ دوسرا موڈ پہلے موڈ کے مقابلے میں زیادہ مضبوطی سے کم ہوتا ہے۔ ای ایل ایف لہروں کی حد میں، صرف موڈ تھیوری مناسب ہے۔ بنیادی موڈ زیروتھ موڈ ہے (شکل 4)۔ D پرت یہاں ایک برقی دیوار بن جاتی ہے (Ri = 1)۔ اس کی عمودی ساخت محض اونچائی کے ساتھ ایک عمودی برقی میدان مستقل ہے۔ خاص طور پر، ان لہروں کے لیے ایک گونج صفر موڈ موجود ہے جو زمین کے دائرے کا ایک لازمی حصہ ہیں اور جن کی تعدد زمین کے رداس کے برابر ہے۔ پہلی گونج چوٹیاں 7.5، 15، اور 22,5 ہرٹز پر ہیں۔ یہ شومن کی گونج ہیں۔ بجلی سے آنے والے سپیکٹرم سگنلز ان تعدد پر بڑھ جاتے ہیں۔ ویو گائیڈ کی خصوصیات مندرجہ بالا بحث محض موڈ اور رے تھیوری کی ایک سادہ تصویر کی وضاحت کرتی ہے۔ مزید تفصیلی علاج کے لیے ایک بڑے کمپیوٹر پروگرام کی ضرورت ہوتی ہے۔ خاص طور پر، ویو گائیڈ کی افقی اور عمودی ہم آہنگی کے مسئلے کو حل کرنا مشکل ہے۔ زمین کے منحنی پن کا اثر یہ ہے کہ اینٹی پوڈ کے قریب میدان کی طاقت قدرے بڑھ جاتی ہے۔ زمین کے مقناطیسی میدان کے اثر کی وجہ سے، میڈیم انیسوٹروپک بن جاتا ہے تاکہ حقیقت میں آئناسفیئرک ریفلیکشن فیکٹر ایک میٹرکس ہو۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ آئناسفیئرک ڈی پرت پر عکاسی کے بعد عمودی طور پر پولرائزڈ واقع لہر عمودی اور افقی طور پر پولرائزڈ لہر سے متصادم ہوتی ہے۔ مزید برآں، جیومیگنیٹک فیلڈ وی ایل ایف لہروں کے غیر متناسب ہونے کو جنم دیتا ہے۔ مشرق سے مغرب کی طرف پھیلنے والی لہریں اس کے برعکس زیادہ مضبوطی سے کم ہوتی ہیں۔ کم از کم گہری مداخلت کے فاصلے کے قریب ایک مرحلہ پھسلتا ہوا ظاہر ہوتا ہے۔ طلوع آفتاب اور/یا غروب آفتاب کے اوقات میں، کبھی کبھی پہلی آسمان کی لہر کے ناقابل واپسی رویے کی وجہ سے 360 ڈگری کا فیز گین یا نقصان ہوتا ہے۔ ارتھ-آئناسفیئرک ویو گائیڈ کی منتشر خصوصیات کو 10000 کلومیٹر کے فاصلے تک ملحقہ تعدد پر بجلی کے اشاروں (سفیرکس) کے گروپ ٹائم تاخیر کے فرق کی پیمائش کے ذریعے گرج چمک کی سرگرمی کا پتہ لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ شومن کی گونج عالمی سطح پر بجلی کی سرگرمی کا تعین کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ الفون ریزونیٹر ایٹموسفیرک ڈکٹ شارٹ ویو ریڈیو اسکائی ویو ٹروپوسفیرک ڈکٹنگ حوالہ جات اور نوٹ بھی دیکھیں۔