Kennelly–Heaviside réteg (E‑régió): az ionoszféra 90–150 km között
A Kennelly–Heaviside réteg a nevét Arthur Edwin Kennelly és Oliver Heaviside után kapta. Létezését kísérleti úton az 1920-as években igazolta Edward V. Appleton angol fizikus (Appleton 1924 körül végzett mérései jelentős mértékben hozzájárultak a réteg megismeréséhez), aki a munkájáért 1947-ben Nobel‑díjat kapott. A Kennelly–Heaviside rétegként is ismert E régió az ionoszféra egyik tartománya, az átlagos magassága nagyjából 90–150 kilométer a földfelszín fölött.
Az ionoszféra általában ionizált gázokból (negyedik halmazállapot – plazma) áll; a napsugárzás (ultraibolya és röntgen) ütközteti az atmoszférát alkotó részecskéket, amelyek így elektronokat szabadítanak fel. Ez az ionizáció teszi lehetővé, hogy a réteg befolyásolja a rádióhullámok terjedését: az elektromágneses hullámok a réteg hatására megtörnek, elhajlanak, és bizonyos esetekben visszajutnak a föld felé, lehetővé téve a nagyobb távolságú rádiókommunikációt.
Gyakorlati szempontból az E-régió különösen hat az MF (közepes hullám: ~300 kHz–3 MHz) és az alsó HF tartományra, ezért az AM adások (Amplitude Modulation, közepeshullámú AM adók) éjszakai, nagy távolságú vételét részben ennek a rétegnek köszönhetjük. Fontos azonban megjegyezni, hogy a visszaverődés nem egyszerű “teljes belső visszaverődés”, hanem a rétegben kialakuló refrakció miatt a hullám útja megváltozik és visszafordul; ez a folyamat a réteg elektronkoncentrációjától (és így a kritikus frekvenciától), valamint a hullám beesési szögétől függ.
A réteg tulajdonságai erősen változnak nappal és éjjel, továbbá a napszaktól, a napsugárzás intenzitásától és a napfoltciklustól (11 éves napfoltciklus) függnek. Nappal az ionizáció általában nagyobb, ezért a kritikus frekvencia magasabb lehet; éjszaka viszont a rekombináció miatt a réteg elszegényedik, ami befolyásolja a hullámok visszaverődését. Emellett léteznek rövid távú és helyi anomáliák is, például a sporadikus E jelenség, amikor vékony, erősen ionizált „foltok” alakulnak ki az E-régióban és akár VHF tartományban (több tíz–száz MHz) is lehetővé teszik a váratlan túlterjedést.
A rádiókommunikációban több fontos fogalom segít jellemezni a réteg hatását:
- Kritikus frekvencia (fo): az a legmagasabb frekvencia, amely adott helyi feltételek mellett a rétegről merőlegesen visszaverődhet.
- MUF (Maximum Usable Frequency): az a legnagyobb frekvencia, amelyről egy adott útvonalon és adott beesési szög mellett a hullám még visszaverődve elérheti a célt; a MUF általában nagyobb, mint a kritikus frekvencia.
- Rekombináció: az elektronok és ionok újraegyesülése, ami csökkenti az ionizáció mértékét, különösen éjszaka.
Az E-régió gyakorlati hatásai közé tartozik tehát az AM rádiók éjszakai távolsági terjedése, a navigációs és rádióhullámok zavarhatósága, valamint különleges esetekben — a sporadikus E miatt — a VHF sávokon bekövetkező váratlan, nagy távolságú terjedés (például FM rádió és TV jelenségek). Az ionoszféra pontos leírására és a hullámterjedés számítására az Appleton–Hartree egyenlet és más plazmafizikai modellek szolgálnak, de a gyakorlatban a helyi mérési adatok és előrejelzések fontosak a megbízható kommunikációhoz.
Összefoglalva: a Kennelly–Heaviside vagy E régió az ionoszféra 90–150 km közötti része, amely ionizált gázokból áll, és jelentősen befolyásolja a közepes és alsó magas frekvenciájú rádióhullámok terjedését; tulajdonságai időben és helyileg változóak, ezért mind az amatőr rádiósok, mind a szakmai kommunikációs rendszerek figyelemmel kísérik működését.
