Название ионосфера происходит от слова ион. Ион — это электрически заряженный атом, то есть атом, приобретший или, наоборот, утративший некоторое количество электронов. Ионосфера содержит множество положительных ионов и потерянных ими свободных электронов, благодаря чему может проводить электрический ток. Она обладает способностью преломлять радиоволны, а иногда и отбрасывать их обратно на землю, как зеркало отбрасывает луч света. Таким образом, ионосфера подобна огромному сферическому зеркалу, незримо окружающему нашу землю.
Влияние, оказываемое этим «зеркалом» на распространение радиоволн, было изучено и объяснено известным советским ученым М. В. Шулейкиным еще в 1920 году.
Распространение электромагнитной энергии происходит по двум путям — вдоль земной поверхности и под некоторым углом к ней. Волна, распространяющаяся первым путем, называется «поверхностной», вторым — «пространственной». Пространственная волна, покинув землю, идет в атмосфере, пока не натолкнется на ионосферный слой. Будучи отражена ионосферой, она изменяет направление своего движения и возвращается на землю в месте, значительно удаленном от точки излучения.
Проходимый волною путь схематически показан на рис. 20.
Рис. 20. Путь пространственного радиолуча.
Как видим, такая волна распространяется гигантским скачком на огромные расстояния. Ясно, что сигналы, переносимые ею, можно услышать только там, где она возвращается на землю, подобно тому как солнечный «зайчик» виден лишь на том месте, на которое падает луч света.
В зависимости от длины электромагнитных волн распространение энергии происходит в основном либо вдоль земли, либо в атмосфере, либо обоими путями одновременно.
Длинные волны движутся вдоль земной поверхности и хорошо огибают кривизну земли. Они также распространяются в атмосфере, причем роль пространственной волны в этом случае возрастает с расстоянием. Так, например, до 300 километров наблюдается лишь поверхностная волна, на расстояниях от 300 до 3000 километров «проходят» как поверхностная, так и пространственная волны, а на расстояниях свыше 3000 километров преобладает пространственная волна.
Средние волны гораздо сильнее поглощаются поверхностью земли и хуже огибают ее кривизну. Все же такая поверхностная волна успевает пройти до 1000 километров прежде, чем полностью затухнет.
Короткие волны распространяются вдоль земли очень плохо. Они сильно поглощаются ее поверхностью и с трудом огибают кривизну земного шара. Поэтому главную роль в распространении коротких волн играет пространственная волна. Если настроить приемник на какую-либо близкую коротковолновую радиостанцию, сесть с ним в поезд и поехать, то слышимость начнет быстро уменьшаться, и вскоре прием совершенно прекратится. Несколько сот или даже тысяч километров поезд будет идти по «зоне молчания», а затем снова станет слышна передача. Это поезд встретился с пространственной волной, отразившейся от ионосферы.
Величина «зоны молчания» зависит от состояния ионосферы — от ее высоты и насыщенности свободными электронами. Состояние ионосферы в свою очередь связано с солнечным излучением. Всякое изменение в деятельности Солнца сказывается на концентрации электронов в ионосфере. Так, например, в течение суток «густота» заряженных частиц резко меняется, поэтому ночью поглощение энергии пространственной волны ионосферой уменьшается во много раз. Этим объясняется то, что в часы темноты громкость длинноволновых и особенно средневолновых радиостанций заметно возрастает.
С укорочением волны поглощение электрической энергии атмосферой снижается. Именно поэтому так велика «дальнобойность» маломощных коротковолновых передатчиков.
Умелый выбор длины волны позволяет радистам обеспечивать бесперебойную радиосвязь на каком угодно расстоянии, во всякое время суток и в любую «радиопогоду».
Мощные радиостанции, которые должны обслуживать передачами огромную территорию без «зон молчания», работают на длинных волнах.
Радиостанции, обслуживающие определенные районы, расположенные на больших расстояниях от передатчика, работают на коротких волнах. На этом диапазоне ведутся радиопередачи для зарубежных стран, радиосвязи между Москвой и столицами союзных республик, крупными культурными и промышленными центрами и т. д.
На коротких волнах работают также многочисленные самолетные и корабельные установки, радиостанции экспедиций и специальных служб.
По мере развития радиотехники внимание инженеров и ученых направлялось в сторону все более коротких волн. Этому способствовала «теснота» в эфире, которая усиливалась с увеличением числа радиостанций.