İyonküre kritik frekansının (foF2) enlem ile değişiminin incelenmesi / Investigation of the variation of the ionospheric critical frequency (foF2) with latitude

(1)

T.C

FIRAT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

İYONKÜRE KRİTİK FREKANSININ (foF2) ENLEM İLE DEĞİŞİMİNİN İNCELENMESİ

Şahsenem ALAN Yüksek Lisans Tezi Fizik Anabilim Dalı

Danışman: Yrd. Doç. Dr. Murat CANYILMAZ HAZİRAN-2013

(2)

T.C

İYONKÜRE

KRİTİK FREKANSININ (foF2) ENLEM İLE DEĞİŞİMİNİN İNCELENMESİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ Şahsenem ALAN

(101114108)

Anabilim Dalı: Fizik

Programı: Yüksek Enerji ve Plazma

Danışman:Yrd. Doç. Dr. Murat CANYILMAZ

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih: 12 Haziran 2013

(3)

T.C

İYONKÜRE KRİTİK FREKANSININ (foF2) ENLEM İLE DEĞİŞİMİNİN İNCELENMESİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ Şahsenem ALAN

(101114108)

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 12 Haziran 2013 Tezin Savunulduğu Tarih : 26 Haziran 2013

HAZİRAN-2013

Tez Danışmanı : Yrd. Doç. Dr. Murat CANYILMAZ (F.Ü.) Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Ali YEŞİL (F.Ü.)

(4)

I

ÖNSÖZ

Bu Yüksek Lisans Tez çalışmasının hazırlanmasında yardımlarını esirgemeyen bilgi ve görüşlerinden faydalandığım, Yüksek Lisans Tez danışmanım Sayın Yrd. Doç. Dr. Murat CANYILMAZ’a, hocam Prof. Dr. Mehmet AYDOĞDU’ya teşekkürlerimi sunarım.

İlgi ve desteğini esirgemeyen, maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen ablam Yrd. Doç. Dr. Seçil KARATAY’a, Veteriner Fakültesi Dekanı Prof. Dr. Kadir SERVİ’ye, arkadaşlarım Ahmet BİLİCİ’ye, Tayfun AKDOĞAN’a ve aileme teşekkürü bir borç bilirim.

Şahsenem ALAN

(5)

II İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ ...I İÇİNDEKİLER ... II ÖZET ...III SUMMARY ... IV ŞEKİLLER LİSTESİ ... V TABLOLAR LİSTESİ ... VII KISALTMALAR LİSTESİ ... IX SEMBOLLER LİSTESİ ... X 1. GİRİŞ ... 1 2. İYONKÜRE ... 3 2.1 İyonküre Bölgeleri ... 3 2.1.1 D-Bölgesi ... 3 2.1.2 E-Bölgesi ... 4 2.1.3 F-Bölgesi ... 4

2.2 İyonkürenin Elektron Yoğunluğu ... 5

2.2.1 Elektron Yoğunluğuna Etki Eden Taşınma Süreçleri ... 6

2.2.1.1 Fotokimyasal Süreçler ... 7

2.2.1.2 Ambipolar Plazma Difüzyonu ... 9

2.2.1.3 Nötr Rüzgarlar ... 10

2.2.1.4 Elektromanyetik Sürüklenme ... 12

2.2.1.5 Atmosferin Genleşmesi ve Büzülmesi ... 13

2.2.1.6 Protonküre İle İyonküre Arasındaki Difüzyon ... 14

2.3 İyonkürenin Kritik Frekansı ... 14

3. MATERYAL ve METOT ... 19

4. BULGULAR ... 22

5. SONUÇLAR ve ÖNERİLER ... 39

KAYNAKLAR ... 42

(6)

III

ÖZET

Bu çalışmada, 10 Ekim 1978 tarihindeki, Kashima yer istasyonundan 90K ile 90G enlemleri ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamları için oluşturulan haritalar kullanılarak elde edilen iyonkürenin F2-bölgesinin kritik frekansının (foF2) günlük değişimleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlarda kritik frekansın (foF2) 06.00 ile 07.00 saatlerinde artarken saat 15.00 ile saat 17.00 saatlerde azaldığı görülmüştür. Elektron yoğunluğunun enlemle dağılımında gözlenen dip ekvatoru üzerindeki çukurlar ile birlikte +20 ile -20 enlemleri arasındaki tepeler, kritik frekansın enlemle dağılımında saat 20.00’da meydana geldiği gözlenmiştir. Kritik frekansın enlemsel-boylamsal dağılımının karakteristik olarak elektron yoğunluğunun 06.00 ile 17.00 saatlerindeki enlemsel-boylamsal dağılımına eşlik ettiği görülmüştür.

(7)

IV

SUMMARY

Investigation of the Variation of the Ionospheric Critical Frequency (foF2) with Latitude

In this study, the daily variations of the critical frequency (foF2) of the F2-layer of the ionosphere obtained from the Kashima station on 10 October 1978 are investigated for 90N and 90S latitudes and 30, 35, 40, 45E longitudes by using generated maps. It is observed that the values of the critical frequency increases at 06.00-07.00 hours and decrease gradually at 15.00-17.00 hours. The troughs in the dip equator and the crests between +20 and -20 latitudes occurred in the latitudinal variations of the electron density distributions are also appeared in the latitudinal variations of the critical frequency at 20.00 hours. The latitudinal-longitudinal distribution of the critical frequency characteristically corresponds to the latitudinal-longitudinal distribution of the electron density at 06.00-17.00.

(8)

V

ŞEKİLLER LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 1.1. İyonküre bölgeleri ve bu bölgelerde hakim olan iyonlar... 2

Şekil 2.1. 5 K enleminde elektron yoğunluğunun zamanla değişimi ... 6

Şekil 2.2. Foto-iyonlaşma ile serbest elektron oluşumu ... 7

Şekil 2.3. Nötr rüzgarın düşey hızı ... 10

Şekil 2.4. Nötr rüzgarın düşey hızının geometrisi ... 11

Şekil 3.1. ISS-b uzay aracının ana konfigürasyonu ... 20

Şekil 3.2. ISS-b yörünge dünya haritasının bir örneği ... 20

Şekil 4.1. 90K ile 90G enlemleri ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamlarında saat01.00’da UT’da foF2 değişimi ... 23

(9)

VI

(10)

VII

TABLOLAR LİSTESİ

Sayfa No Ek Tablo 4.1. 90K ile 90G enlemleri ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamlarındaki kritik frekansın (foF2) saat 01.00’de UT’da değişimi ... 44

Ek Tablo 4.2. 90K ile 90G enlemleri ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamlarındaki kritik frekansın (foF2) saat 02.00’de UT’da değişimi ... 45

Ek Tablo 4.3. 90K ile 90G enlemleri ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamlarındaki kritik frekansın (foF2) saat 03.00’de UT’da değişimi ... 46

(11)

VIII

(12)

IX

KISALTMALAR LİSTESİ

NmF2 : F2 Tepesininmaksimum yoğunluğu hmF2 : F2 Tepesinin maksimum yüksekliği f0F2 : Kritik frekans

nm : nanometre

MHz : Mega hertz

UV : mor ötesi

foD : D tabakasının kritik frekansı foE : E tabakasının kritik frekansı foF1 : F1 tabakasının kritik frekansı foF2 : F2 tabakasının kritik frekansı

(13)

X

SEMBOLLER LİSTESİ

: Dalga boyu birimi

n : Kırılma indisi

N : Elektron yoğunluğ

c : Işık hızı

k : Dalganın ilerleme vektörü k0 : Boşluktaki dalga sayısı

m : Kütle

V : Hız

Vh : Elektronun düşey doğrultudaki hızı

λ : Dalga boyu

P : Poynting akısı

W : Birim başına plazma tarafından yayılan güç

Ф : Akı γ : Euler sabiti B : Manyetik alan E : Elektrik alan  : Zenit açısı D : Deklinasyon açısı e : Elektron yükü

J : Elektronun akım yoğunluğu ω : Dalganın açısal frekansı

ωp : Elektronun açısal plazma frekansı

ωc : Elektronun açısal siklotron(dönme) frekansı

σ : İletkenlik

σ0 : Boyuna iletkenlik

ε0 : Boş uzayın dielektrik katsayısı : Dell operatörü

θ : Dalga vektörü ile manyetik alan arasındaki açı

µ0 : Manyetik geçirgenlik

β : Kayıp (Absorbsiyon) katsayısı

q : Üretim

Hp : Plazma ölçek yüksekliği

I : Manyetik eğim

UD : Doğu yönde esen rüzgar

UK : Kuzey yönde esen rüzgar

h : Plank sabiti ν : Çarpışma frekansı f : dalga frekansıdır. 0 A 

(14)

1. GİRİŞ

Atmosferin 50 ile 1000 km arasında bulunan tabakasına iyonküre tabakası denilmektedir. İyonküre, Güneş’ten ve uzaydan gelen yüksek enerjili elektromanyetik dalgaların atmosferin üst kısımlarındaki atom ve molekülleri iyonlaştırması sonucu oluşan bir tabakadır. İyonkürede Güneş’ten ve uzaydan gelen yüksek enerjili elektromanyetik dalgalar burada bulunan atomların son yörüngelerindeki elektronları kopararak serbest elektronlar ile pozitif yüklü iyonları oluştururlar. İyonküre serbest elektronlar ile pozitif yüklü iyonları hemen hemen eşit sayıda içeren bir ortam olduğundan dolayı doğal plazma olarak kabul edilir. Bu nedenle iyonküre radyo iletişimine olanak sağladığı için atmosferin önemli bir tabakasıdır. Dolayısıyla, iyonküre kullanılarak yapılan haberleşmelerin gerçekleşmesine (olumsuz) etkide bulunan (hepsi de Güneş kaynaklı) doğa olaylarını incelemek, hem radyo iletişimi hem de iyonküre fiziği çalışma alanları için önem teşkil etmektedir. Bu olaylar doğru olarak bilindiğinde ve değerlendirildiğinde elektromanyetik dalgaları kullanılarak yapılan her türlü iletişimin (radar vs. dahil) hem şimdiki durumu bilinebilir hem de gelecekteki durumu önceden kestirilebilir.

İyonkürenin karakteristiğini ifade eden en önemli parametre elektron yoğunluğudur. İyonkürede elektron yoğunluğu mevsimlere, coğrafik konuma (enlem-boylam), zamana, yüksekliğe, güneş ve jeomanyetik hareketliliğe bağlı olarak değişim sergilemektedir. Güneşten gelen ışınlar iyonlaşmanın temel kaynağını oluşturduğundan dolayı iyonküre en büyük elektron yoğunluğuna öğle saatlerinde ulaşır ve ortalama santimetreküpte bir milyon elektron, proton değerindedir. Güneş’in durumuna göre, mevsimlere ve günün saatlerine bağlı olarak yoğunlukta bir denge oluşur. Geceleri daha az, gündüzleri daha çok serbest elektron ve iyon mevcuttur. Elektronlar genel olarak yeniden birleşme ve difüzyon yoluyla kayba uğrar. Plazma yoğunluğu, elektron üretimi ve elektron kaybı arasında denge halindedir [1].

İyonkürede atom ve moleküller, kendi ağırlıklarına göre farklı farklı ölçek yüksekliklerde yer almaktadırlar. Bu nedenle iyonküre içindeki iyonlaşma, farklı atom ve moleküllerden dolayı yükseklikleri değişmektedir. Böylece iyon ve serbest elektronlardan meydana gelen farklı bölgeler oluşmaktadır [2]. Şekil 1.1’ de olduğu gibi D, E, F iyonkürenin farklı bölgelerini göstermek için kullanılmaktadır.

(15)

2

Elektron Yoğunluğu (cm-3)

Şekil 1.1.İyonküre bölgeleri ve bu bölgelerde hakim olan iyonlar [3]

İyonkürede elektron yoğunluğunun davranışı ve elektron yoğunluğuna etki eden süreçler üç enlem bölgesi içinde incelenebilir. İyonküre düşük (ekvatoral bölge) enlemlere, orta enlemlere ve yüksek (kutup bölgesi) enlemlere göre farklı karakteristikler sergiler. Bu üç enlem bölgesinde elektron yoğunluğu miktarı ve elektron yoğunluğuna etki eden süreçler birbirinden farklılık göstermektedir. Bu çalışmada, elektron yoğunluğunun enlemlere göre değişimi incelenerek bu üç enlem bölgesindeki davranışları ortaya konacaktır. Elektron yoğunluğunun davranışı ve elektron yoğunluğuna etki eden süreçler Bölüm 2.2’de, verilmektedir.

(16)

3

2. İYONKÜRE

2.1. İyonküre Bölgeleri

Güneşin yaydığı X ve UV(mor ötesi) ışınları atmosferdeki iyonlaşmanın ve elektron üretiminin en önemli kaynağını oluşturmaktadır. Bu ışımalar atmosfer içinde ilerledikçe emilmeden dolayı şiddetlerini kaybederler. Şiddetleri 1/e değerine düştüğü yükseklikte tamamen emilmekte ve etkilerini kaybetmektedirler. Emilmenin çok olduğu yerde iyonlaşmada çok olacağından maksimum iyonlaşmada bu yükseklikte olmaktadır. Elektron üretiminin Cos1/2 ( zenit açısı) ile doğru orantılı olduğu Chapman tarafından bulunmuştur.1/e değerinin aldığı yüksekliklere göre 170 km dolaylarındaki iyonlaşmayı, 500-600 dalga boyundaki ışımalar yapmaktadır. Yaklaşık 100 km civarındaki O2 molekülü O atomuna ayrışacağı için bu yükseklikte O atomu fazla görülmektedir. İyonküre tabakalarını oluşturan ışınımları şöyle özetleyebiliriz:

D Bölgesi:1-10 X -ışınımları ve 1216 UV

E Bölgesi: 10-200 X-ışınımları ve 800-1030 UV

F Bölgesi (F bölgesinin alt kısımları): 200-800 UV

Güneş ışınlarının inemediği 80 km altındaki bölge kozmik ışınlar ve solar ışınlar tarafından iyonlaştırılır. Bu bölgeye C bölgesi denilmektedir [8].

2.1.1. D-Bölgesi

D-bölgesi, İyon kürenin elektron yoğunluğu yönünden en fakir bölgesidir. Bu bölgedeki iyonlaşmanın en büyük kısmını 1-10 arasındaki X ışınları ile 1030 dan büyük dalga boylu UV ışınımları sağlamaktadır. Dolayısıyla bu ışınımlar D-bölgesindeki elektron üretimi için en önemli kaynaktırlar. Bu ışınımlardan başka, dalga boyları 1216 civarında olan Layman-α ışınımları D-bölgesine kadar inip NO+ _{iyonunun iyonlaşmasını} sağlar. Ayrıca yüksek enerjili kozmik ışınların yüksek enerjiye sahip olduklarından ancak 70. km den sonra emilebilmekteler. Bu ışınımların etkileri özellikle gece ortaya çıkmaktadır.

(17)

4

D-bölgesindeki elektron üretimi büyük ölçüde Güneş’in etkisine bağlıdır. Elektron üretimi Güneş’in doğuşundan az sonra artmaya başlamaktadır. Elektron yoğunluğundaki artış Güneş’in zenit açısı () ile ters orantılıdır. En büyük üretim öğlen saatlerinde olmaktadır. Öğlen saatlerinden sonra elektron yoğunluğunda başlayan azalma Güneş’in doğuşuna kadar devam etmektedir. Gece saatlerinde 85 kilometrenin altındaki yüksekliklerde elektron yoğunluğu yaklaşık metreküpte 108

mertebesine düşmektedir. Gece saatlerinde bu yüksekliklerdeki elektron yoğunluğunun varlığı tamamen kozmik ışınların etkisi ile sağlanmaktadır. D-bölgesindeki temel iyonlar O2+, N2+ ve NO+’ dir.

2.1.2. E- Bölgesi

Genel olarak E-bölgesinin dalga boyları 10–200 olan X ve dalga boyları 800-1216 olan UV ışınları tarafından oluşturulduğu kabul edilmektedir. UV ışınımları 100-120 km lerde tamamen emilmekte ve O2+ ve N2+ molekülünü ise 125. km de maksimum iyonlaştırmaktadır. İyonlaşma aynı zamanda elektron üretimi demek olduğundan, E-bölgesindeki maksimum elektron yoğunluğu da bu yüksekliklerde ölçülmektedir.

E-bölgesinde en fazla NO+ iyonu bulunmaktadır. Daha sonra sıra ile O2+ , O+ ve N2+ iyonlarına göre çok fazla miktarda bulunmaktadır. E bölgesinde NO+ ve O2+ iyonları O+ ve N2+ iyonlarına göre çok fazla miktarda bulunduklarından foto-kimyasal süreçlerle büyük ölçüde elektron kaybı olmaktadır.

E-bölgesindeki elektron yoğunluğu maksimum üretimi 110 km dolaylarında, Güneş’in zenit açısı () ile Cos1/2 şeklinde değişmektedir. Bu bölgedeki elektron yoğunluğu gündüz saatlerinde yaklaşık 1011

/ m3 mertebesinde iken, gece saatlerinde yaklaşık 109

/ m3 mertebesine kadar düşmektedir. Elektron yoğunluğundaki büyük değişmenin nedeni, E-bölgesinde foto-kimyasal süreçlerin hâkim olmasıdır.

2.1.3. F- Bölgesi

İyonkürenin 150 km’den sonraki bölgesi F bölgesi olarak tanımlanmaktadır. Üst sınırı kesin olarak belli olmamak beraber H+

ve He+ gibi hafif iyonların O+ iyonuna göre hâkim olmaya başladıkları yükseklik olarak kabul edilmektedir. Kısa dalgaların yayılması bakımından en önemli bölgedir. 200–800 üstündeki UV ışınımları temel iyonlaşma kaynağıdır. Bu dalga boyundaki Güneş ışınımları 160–180 km arasında büyük bir

(18)

5

çoğunluğu emilmekte O2+ , N2+ iyonlarını oluşturmaktadır. İyonkürenin F bölgesi F1 ve F2 olmak üzere iki tabakaya ayrılır.

F1-bölgesi, yaklaşık 150–180 km yüksekliğinde, dalga boyu 200–900 arasında bulunan UV ışınımlarının iyonlaştırılması ile oluşturulur. Elektron yoğunluğu 200–300 km arasında maksimumdur. Bu bölgede NO+

ve O2+ iyonları bulunurken ikinci dereceden O+ ve N+ iyonları bulunur.

F2-bölgesi, 180–450 km yükseklik civarındadır. Elektron yoğunluğunun maksimum olduğu bölgedir. Dalga boyu 200–800 arasında olan UV ışınımları temel iyonlaşmayı sağlar. Bölgenin en önemli özelliği radyo haberleşmesinde oynadığı roldür ve maksimum elektron yoğunluğu 240–450 km arasında görülmektedir [3]. Bu bölgede O+

temel iyondur. Bunun yanı sıra H+

, He+, N+ iyonları da bulunmaktadır.

İyon küre plazması, serbest elektronlar pozitif iyonlar ve nötr atomlardan oluşur. Plazma içinde en etkin parçacıklar iyonlardır.

F-bölgesi, maksimum elektron yoğunluğu (NmF2) değerinin yalnızca cos1\2 faktörüne bağlı olmadığı ölçümler sonucu ortaya çıkmıştır. İyon küre plazmasının rüzgârlar tarafından hareket ettirilmesi fotokimyasal süreçler bu bölge üzerinde etkili olmaktadır.

2.2. İyonkürenin Elektron Yoğunluğu

Güneşten gelen ışınımlar, iyonküredeki iyonlaşma için temel kaynaktır. İyonkürede elektron yoğunluğu güneşin doğuşuyla birlikte artmaya başlamakta ve en büyük değerine öğle saatlerinde ulaşmaktadır. Güneşin batışıyla birlikte üretim durmakta ve elektronlar yeniden birleşme ve difüzyon yoluyla kayba uğramaktadır. Şekil 2.1’de Japon Hinotori uydusundan 5 K enleminden elde edilen elektron yoğunluğunun yerel zamanla değişimi verilmiştir. Şekil 2.1’de de olduğu gibi güneş ışınımı nedeniyle iyonküredeki elektron yoğunluğu N, öğlene doğru artar, öğleden sonra azalır ve öğlen civarı en büyük değerine ulaşır. Ancak en küçük (minimum) değerde bir yoğunluk sık sık öğle saatlerinde gözlenir. Şekil-2.1’de öğle saatlerinde meydana gelen en küçük değerde yoğunluk görülmektedir [4].

(19)

6

Şekil 2.1. 5 K enleminde elektron yoğunluğunun zamanla değişimi [4]

İyonkürenin F-bölgesinde elektron-iyon üretimi ve taşınma süreçlerini içeren, iyonlaşmayı yöneten kuvvetler bulunmaktadır. Bu şekilde iyonkürenin F2-bölgesindeki elektron yoğunluğunun davranışı en genel haliyle

) div(N. βN q t N       (2.1)

şeklinde ifade edilen süreklilik bağıntısıyla açıklanır [4], [7]. Burada; q üretim oranı,  elektron kayıp katsayısı,  taşınma işlemlerinin hızıdır. Elektron yoğunluğunun davranışını incelemek, iyonkürede meydana gelen süreçleri anlamaya açıklık getirir. Eşitlik 2.1 ile verilen elektron yoğunluğunun zamanla değişiminde “div(N.)” terimiyle ifade edilen taşınma süreçleri üç (yüksek, orta, düşük) enlem bölgesi içinde farklılık gösterir. Bu sebeple elektron yoğunluğunun zamanla değişimi ve davranışı üç enlem bölgesi için farklı farklıdır. Elektron yoğunluğunun enlemle dağılımı incelenirken bu terim ile ifade edilen taşınma süreçleri de dikkate alınmalıdır.

2.2.1. Elektron Yoğunluğuna Etki Eden Taşınma Süreçleri

Fotokimyasal süreçler; Parçacık taşınması X ve UV ışınlarının iyonlaştırılması N ₓ𝟏 𝟎 𝟏𝟕 (𝒆𝒍 /𝒎 𝟑 ) 5 5,4 5,8 6,2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Yerel Zaman(saat) ln N N(5.enlem)

(20)

7

Kayıp mekanizmaları, iyon–atom değiş tokuşu, ayrışma ve tekrar birleşme işlemleridir.

Dinamik süreçler;

Plazma ambipolar difüzyonu

Nötr rüzgârlar

Elektromanyetik sürüklenme

Atmosferin genleşip büzülmesidir.

İyon küredeki üretim, kayıp mekanizması ve taşınma süreçlerine bağlı olan, elektron yoğunluğunun zamanla değişimi için süreklilik denklemi:

div(N.V) βN q t N _ _ _   (2.2)

ile belirtilebilir [6]. Burada; q üretim,  kayıp katsayısı, NV ise dinamik süreçlerini ifade etmektedir.

2.2.1.1. Fotokimyasal Süreçler

F-bölgesindeki iyonlaşmanın kaynağını UV ışınımları oluşturmaktadır. Bununla birlikte X ışınlarının da iyonlaşmaya katkıları olmaktadır. Parçacık iyonlaşmasının da etkileri tam olarak ölçülmemiştir. F- bölgesi için en önemli kazanç, O atomunun foto kimyasal yolla iyonlaşması, Şekil-2.2’de şematik olarak gösterilmiştir 9.

(21)

8

Güneşten gelen ışınım, bir gaz atomu veya molekülü üzerinde oldukça etkilidir. Bu süreçte, bu ışınımının bir kısmı atom tarafından emilir ve bu şekilde serbest bir elektron ve pozitif bir iyon meydana gelir.

e O hν

O   (2.3)

ile sağlanmaktadır. Burada h Planck sabiti,  gelen ışınım frekansıdır. 2.3-bağıntısı ile ortaya çıkan O+

iyonu, O2ve N2 molekülleri ile

O O O O  2 2    (2.4) N NO N O  ₂   (2.5)

şeklinde birleşebilir. (2.4) ve (2.5) bağıntıları ile açığa çıkan O2+ ve NO+ iyonları serbest halde bulunan elektronlarla birleşerek elektron kaybına sebep olmaktadır [7]. Yani,

O N e NO   (2.6) O O e O₂   (2.7) F bölgesinde N molekülünün e N hν N2  2   (2.8)

şeklinde iyonlaşması da elektron üretimini sağlamaktadır. Herhangi bir dinamik sürecin olmaması durumunda yaklaşık 200 km ye kadar elektron kazancı kaybına eşittir. Fakat bu eşitlik, Güneşin doğuşu ve batışı esnasında bozulmaktadır. Güneşin doğuşu sırasında bağıntı 2.2 e göre artacaktır. Güneş’in batışı esnasında ise kayıp fazla olmamaktadır.

Yaklaşık 200 km ye kadar dinamik süreçlerin, elektron yoğunluğu üzerindeki etkileri az olmaktadır. Bu yüksekliğe kadar, elektron yoğunluğu üretim ve kayıp işlemleri belirlenebilmektedir. Fakat yaklaşık hmF2 yüksekliğinden sonra dinamik süreçlerin, elektron yoğunluğu üzerindeki etkileri fotokimyasal süreçten daha fazla olmaktadır.

(22)

9

2.2.1.2. Ambipolar Plazma Difüzyonu

İyon ve elektronlar kısmi basınç ve yerçekimi etkisi altında dağılırlar. Bu dağılma gaz molekülleri arasındaki çarpışmadan dolayı engellenmektedir. Bu nedenle dağılma (difüzyon) hızı gazların yoğunluğuna bağlı olmaktadır.

F2 tepesinden sonraki difüzyon dengesinin hâkim olduğu yüksekliklerde her gaz kendi ölçek yüksekliğine göre dağılmaktadır. Elektronun kütlesi iyonun kütlesinden çok küçük olduğundan ölçek yüksekliği çok büyük olmaktadır. Bu nedenle elektronlar daha yükseklere çıkarak iyonlar ise daha alt kısımlarda kalarak dağılmaktadır. Elektron ve iyonlar arasındaki elektrostatik kuvvet elektronları aşağı, iyonları ise yukarı çekmektedir. Böylece elektronların ölçek yüksekliği azalırken iyonları ölçek yüksekliği artmaktadır. Elektronun ölçek yüksekliği, iyonun ölçek yüksekliğinin iki katı olduğu zaman iyonlar ve elektronlar aynı ölçek yüksekliğine göre dağılırlar. Sonuçta iyon ve elektronlar aynı hız ile beraber dağılmaya başlamışlardır. Bu tür dağılmaya, ambipolar dağılma (difüzyon) denir [8].

Elektron yoğunluğunun düşey yöndeki değişimi, yatay yöndeki değişiminden çok büyüktür. Bu yüzden yatay yönde difüzyon ihmal edilebilir. Başlangıçta Yer’in manyetik alanının düşey yönde olduğunu kabul ederek difüzyon hızı

           p p 2H 1 dh dN N 1 D V (2.9)

şeklindedir [8]. Buradaki D=k(Te+Ti)/mi difüzyon sabiti, HP=k(Te+Ti)/mig plazma ölçek yüksekliği, N ise elektron yoğunluğudur. Bu durumda VD hızının düşey yöndeki bileşeni

I Sin H 1 h N N 1 D SinI W 2 p p D              V (2.10)

olur [8]. F2 bölgesinde elektron dağılımına etki eden WD hızıdır. Aşağı doğru olan WD hızı, F2-bölgesini aşağı iter ve yukarı doğru olan WD hızı ise bölgeyi yukarı doğru kaldırır. Ayrıca manyetik alanın geometrisinden dolayı WD hızı, manyetik alanın yeryüzüne dik olduğu kutup bölgesinde en fazla etkiye sahiptir.

(23)

10

2.2.1.3. Nötr Rüzgârlar

Güneş ışınlarından kaynaklanan günlük ısınma ve soğuma genelde gündüz dünyanın sıcak köşesinden gece daha soğuk köşesine doğru esen yatay rüzgârlara neden olur. Yatay yönlü bu rüzgâr gündüz ve gece arasındaki sıcaklık farkının sebep olduğu basınç farkından dolayı yüksek basınçtan alçak basınca doğru eser [2].

Rüzgârlar yatay yönde esmesine karşın iyon ve elektronlar manyetik alan boyunca harekete zorlanırlar. Yatay rüzgârın manyetik alan boyunca iz düşümü:

θ)CosI UCos(D



V (2.11)

ile verilir [2].

Düşey bileşeni ise



U SinD U CosD



SinICosI

W_N  _D  _K (2.12)

şeklindedir [2].

Şekil 2.3. Nötr rüzgarın düşey hızı [9]

Denklem 2.12’de D dik açıklık (deklinasyon), I manyetik eğimdir. UD, UK; karşılıklı olarak doğu ve kuzey yönde esen rüzgarlardır. Şekil 2.4’de nötr rüzgarın düşey hızının geometrisi gösterilmiştir. Nötr rüzgârın etkisiyle, elektron yoğunluğunun günlük

(24)

11

dağılımına ait eğrilerde bir ısırık görünümünde olduğundan dolayı, buna “bite-out” denilmektedir [2].

Rüzgârların hızı enlemle değişir. Abur-Robb (1969), ±45 enlemlerde rüzgarın hızının bir maksimuma sahip olduğunu ve de ekvator ve kutuplarda gözden kaybolduğunu, ayrıca 450

enlemde gündüz saatlerinde kutup bölgesinde nötr rüzgarın hızının küçük olmasına rağmen sabah erken ve akşam üstü geç saatlerde ekvatoral anomaliye neden olduğunu bulmuştur. Nötr rüzgârın gece ekvatoral F2 bölgesinde devam ettiğini (etkili olduğunu) tespit etmiştir.

Şekil 2.4. Nötr rüzgarın düşey hızının geometrisi [2]

Şekil 2.3’den de görüleceği gibi, nötr rüzgarlar iyonküreyi yukarı ve aşağı taşıyarak hareket ettirirler. Gece ekvator yönünde esen nötr rüzgarlar hareketsiz bir bölgeyi kaybın daha az olduğu bölgelere, yukarı doğru taşır. Gündüz ise bu sürüklenme tam tersi etkiyle bölgeyi, kaybın fazla olduğu aşağı bölgelere iter. Nötr rüzgârlar, gündönümü ve ekinoks ayları boyunca NmF2 değerinde öğleden sonra “bite-out” meydana getirir. Gece, iyonkürenin var olmasında da önemli bir faktördür. Gece NmF2’ deki büyük değerlere, foto-iyonlaşmanın olmadığı öğleden sonra ve akşamüstü saatlerde, ekvatorda rüzgârın neden olduğu yukarı doğru sürüklenme sebep olmaktadır [2].

Gece, gün batımından sonra F2 bölgesinde üretim durur ve kayıplar başlar. Gün batımından hemen önce yoğunluk artar ve akşam saatlerinde bir maksimuma ulaşır. Geceleyin F2 bölgesindeki elektron yoğunluğundaki azalma düzensiz bir şekilde

(25)

12

olmaktadır. Bu azalma bütün gece boyunca devam etmez. Özelliklede kışın yoğunluk, bir azalıp bir artar. Orta enlemlerde elektron yoğunluğu, kış aylarında ve ekinokslarda gece yarısından sonra çok yavaş bir şekilde azalır ve ikincil değişimlerle, gündoğumuna yakın kalır (Taban seviye). Bu taban seviye 105

cm-3 civarındadır. Yüksek enlemlerde, gece nötr rüzgarlar plazmayı kaybın az olduğu bölgelere, yukarı taşıyarak elektron yoğunluğunun artmasına neden olur. Düşük enlemlerde ise elektromanyetik sürüklenme ile birlikte nötr rüzgarlar, gece F2 bölgesinin devamlılığını sağlamaktadırlar [2].

F2 bölgesinde, elektron sıcaklıklarının iyon sıcaklıklarından daha fazla olduğu, gündüz kadar gecede iyi gözlenir. Geceleyin, plazmayı ısıtan bir enerji kaynağı yoktur. Plazma soğuduğu zaman, yüksek ısı kapasitesine sahip elektron yoğunluğu, elektron sıcaklığı ve elektron yoğunluğu arasındaki pozitif bağıntıyı (korelasyonu-Nm α T-1\2

) verir [2]. Gece üretim durur. Bu nedenle gece elektron yoğunluğundaki değişimler, kayba ve taşınma süreçlerine bağlı olacaktır. Elektron yoğunluğunun gece saatlerindeki, yükseklik ve yerel zamana bağlı değişim verilerinin sayısal analizleriyle kayıp, difüzyon ve sürüklenme hızı değerlerini elde etmek mümkündür [2]. Sabit yükseklikte kayıp ve difüzyon değerlerini, gece gündüzden oldukça küçük bulunmuştur. Bu durum gece anormalliğine cevap sağlamaktadır. Gece ve gündüz arasındaki kayıp oranındaki bu fark, sabit yüksekliklerdeki moleküler yoğunlukta büyük fark yaratan termal genleşme ve büzülmeden ileri gelir. Ayrıca, nötr rüzgarlardan dolayı yukarı doğru sürüklenme etkileriyle de açıklanabilir. Fakat bu mekanizmalar, elektron yoğunluğundaki kayıpları tamamen durdurmaz. Risbeth ve Garriot (1967) F2 pikinin (hmF2) gece, gündüzden daha büyük olduğunu buldular.

Bunlardan başka gece elektron yoğunluğunun artmasına önemli etkisi olan süreç, protonküreden gece aşağı doğru olan H+ iyonu akışıdır. Gece, O+ iyonu yoğunluğu gündüze göre daha az olduğu için H+

tabakası (protonküre) aşağıya iner [2].

2.2.1.4. Elektromanyetik Sürüklenme

Yer atmosferinde Güneşin ısıtma etkisi, Ay ve Güneşin çekim gücünden dolayı hava Yer’in manyetik çizgileri arasında harekete zorlanır. Bu hareket, EUB kadar bir elektrik alanın oluşmasını sağlar. Bu elektrik alandan kaynaklanan akım, karışık şekilde cereyan eder ve yüklerin kutuplaşmasına etki ederek yeni bir elektrostatik alana

(26)

13

neden olur. B manyetik alana dik olan E elektrik alanı, parçacıkları manyetik alana dik olarak hareket ettirir. Bu hız:

2 e B B E  V (2.13)

ile verilmektedir [9]. Bu hızın düşey bileşeni

CosI B E

W_e  y (2.14)

şeklindedir. Burada gündüz elektrik alanı doğuya doğru olurken We hızı yukarı doğru olmakta ve F2-bölgesini yukarı kaldırmakta; gece ise elektrik alanın yönü batıya ve We hızının yönü aşağı doğru olmaktadır. Bu nedenle orta enlemlerde gece aşağı doğru olan elektromanyetik sürüklenme elektron yoğunluğunda çok az bir kayba neden olmaktadır [2].

2.2.1.5.Atmosferin Genleşmesi ve Büzülmesi

Güneş’in doğuşu ve batışı sırasında Te ve Ti sıcaklıkları ani değişmelere uğramaktadır. Sıcaklıktaki bu değişikler atmosferin genişlemesine ve büzülmesine neden olmaktadır.

İyonkürenin F-bölgesindeki fiziksel işlemlerin matematiksel ifadesi (2.1)-bağıntısı ile belirlenmektedir. İfadedeki div(NV) taşımadan dolayı olan değişiklik terimi üzerinde atmosferin genişlemesi ve büzülmesinin de katkısı vardır. Buna göre:

) (NV h ) div(N. _ h   V (2.15)

şeklini alır [5]. Burada; h düşey doğrultuyu, Vh ise elektronun düşey doğrultudaki hızını göstermektedir. Gece saatlerindeki üst iyonküre için bağıntı (2.1) denklemindeki q=0 ve L yaklaşık olarak sıfırdır. Bu şartlar altında süreklilik bağıntısı:

h Φ t N      (2.16)

şeklinde yazılabilir. Buradaki ΦNVh elektron akısıdır [5].

(27)

14 dt dN N H dT dH h   V (2.17)

şeklinde olur [5]. Bu ifadeye göre elektron yoğunluğu ve ölçek yüksekliğindeki değişmeler düşey doğrultuda bir hızın oluşmasına sebep olmaktadır. Güneşin doğuşu ve batışı sırasında, elektron ve iyon sıcaklığındaki ani değişiklikler ölçek yüksekliğinde de ani değişikliklere sebep olmaktadır. Bunun sonucunda düşey hız artmaktadır. Güneş’in doğuşu sırasında hızın yönü yukarı, batışı esnasında ise aşağı yönlüdür.

2.2.1.6. Protonküre İle İyonküre Arasındaki Difüzyon

F2 bölgesinin üstündeki oksijen iyonlarının yoğunluğu H ölçek yüksekliği ile üstel bir şekilde azalmaktadır. Bu azalma,

 

H

h e O

N    _(2.18)

şeklinde gösterilebilir [5]. Buna karşın H+

iyonunun yoğunluğu yükseklikle artmaktadır. H+ atmosfere hakim olduğu bölge protonküre olarak tanımlanır. H+ iyonunun üretimi veya yok olması dönüşümlü olarak gerçekleşmektedir. Yani;

O H H

O   (2.19)

olur. Bu iyonların yoğunluğu iyonküredeki elektron yoğunluğunu denetlemektedir. Gece saatlerinde O+ iyonunun yoğunluğu, gündüz saatlerinden az olduğu için gece H+ tabakasını aşağı indirmektedir. Güneşin batışı ile azalmaya başlayan elektron yoğunluğu; protonküreden gelen H+ iyonu akısı ile yaklaşık olarak saat 18.00-23.00 YZ arasında tekrar artmaya başlar [5].

2.3. İyonkürenin Kritik Frekansı

İyonkürenin yapısı ve karakteristiği, çeşitli parametreler kullanılarak ifade edilir. İyonkürenin karakteristiğini ifade eden bu parametreler içinde en önemlilerinden biri, kritik frekans olarak da adlandırılan plazma frekansıdır. Kritik frekans iyonkürenin çok iyi bilinen ve iyonküre analizleri için çok sık kullanılan bir parametresidir. İyonkürenin bir bölgesinin kritik frekansı, o bölgenin en büyük değerdeki plazma frekansı olarak

(28)

15

tanımlanır. İyonkürenin farklı bölgelerine ait kritik frekanslar, E bölgesi için foE, F1 bölgesi için foF1 ve F2 bölgesi için foF2 sembolleriyle ifade edilir. Bu çalışmada, kullandığımız veri seti iyonkürenin F2 bölgesinden elde edildiği için F2 bölgesi kritik frekansı değerleri ile iyonküre analizi yapılmıştır. Bu bölümde, iyonkürede kritik frekansın ne olduğu, hangi parametreye bağlı olup nasıl değişkenlik gösterdiği anlatılmıştır.

İyonküredeki en önemli parametrenin elektron yoğunluğu olduğu kabul edilir. İyonküredeki birçok parametre elektron yoğunluğunun bir fonksiyonu olarak değişir. İyonkürede elektron yoğunluğunun yanı sıra önemli olan başka bir parametre de elektron yoğunluğu ile değişim gösteren iyonkürenin kritik frekansı olarak adlandırılan plazma frekansıdır. Bu frekans iyonkürede dikey olarak ilerleyip geri yansıtılacak olan bir dalganın frekansının en üst değeridir. Bu en üst değerdeki frekanstan daha yüksek frekanslara sahip bir ordinari dalga, iyonküreyi geçerek uzaya yayılır ve kaybolur. Kritik frekans en büyük elektron yoğunluğu ile doğru orantılıdır ve en genel haliyle [3].



3



10









2

max el m 1.24x10 MHz

N_e  f (2.20)

eşitliği ile tanımlanır [3, 10, 11,]. Burada; Ne m3’deki en büyük elektron yoğunluğu ve f ise bir ordinari dalga için kritik radyo frekansıdır [3, 10]. Plazma fiziğinde kritik frekans, plazma frekansı olarak bilinir ve bir ordinari dalga için plazma titreşim frekansının dalga frekansına eşit olduğu noktada dalganın yansıdığı frekans olarak tanımlanır.

İyonküre, radyo dalgalarının yayılım yönünü değiştirebilir. Bu değişim, iyonküredeki serbest elektronların etkisi ile ortaya çıkar. İyonlaşmış, manyetik olmayan bir ortam içinde düşey doğruluda ilerleyen ordinari dalgalar için manyetik alan etkilerinin ihmal dildiği çarpışmasız ortamda c ışık hızına bağlı faz hızı:

1 2 2 04π m N 1 c

ε

2 e             f f (2.21)

eşitliği ile ifade edilir [3, 10]. Burada; m elektronun kütlesi, 0 ortamın dielektrik geçirgenlik katsayısı ve f dalga frekansıdır. Bir ordinari dalga için iyonlaşmış ortamın kırma indisi veya ordinari dalganın kırılma indisi n,

(29)

16 2 2 0 2 4π m N -1 n

ε

e f  (2.22)

eşitliği ile ifade edilir [3], [12-14]. Bir frekansa sahip dalgaların kırılma indisi, elektron yoğunluğuna bağlı olarak değişir. Aynı şekilde faz hızı da elektron yoğunluğuna bağlı olarak değişir. Yüksek frekanslı bir dalga iyonküre içinde, düşük frekanslı dalgaya göre daha az kırılır.

İyonküreye sabit frekansla gönderilen bir ordinari dalga önce girdiği ortamda elektron yoğunluğu az olduğundan dolayı ışık hızına çok yakın bir hızla ilerler. Bu nedenle eşitlik 2.22’nin sağ tarafındaki köklü ifade,





4



 



2 5 2 ec 1.2x10 Hz 8.1x10 cm el N 3 f f    (2.23)

değerine yaklaşacaktır [3, 10], [12-14]. Bir ordinari dalga, Nec ile gösterilen ve kritik elektron yoğunluğu olarak adlandırılan bu yoğunluk değerindeki yüksekliklerden yansıyarak Dünya’ya geri döner. Bu yoğunluk değerinde yansıyan en büyük frekansa kritik frekans denir ve

ec 3 c 9x10 N

f (2.24)

ifadesi ile tanımlanır [3], [12-14]. Çok yüksek frekanslı bir dalga, kritik frekansı düşük olan D-bölgesinden direk geçecektir, elektron yoğunluğunun en fazla ve buna bağlı olarak kritik frekansı en büyük olduğu F-bölgesinde yansımaya uğrayacaktır. Bu özellik uzun mesafe radyo iletişimine olanak sağlayan bir özelliktir.

İyonkürede bir ordinari dalganın yansıması, dalga frekansının plazma frekansına eşit olduğu noktada gerçekleşir. En büyük elektron yoğunluğunun olduğu noktada plazma frekansı (kritik frekans) da en büyük olur. Yeryüzünden iyonküreye gönderilen dalganın frekansı kritik frekans değerini aşarsa bu bölgeden ilerleyip gider. Düşey olarak giren dalganın frekansı, kritik frekans değerinden küçük olursa, o noktada dalga yansır. İyonküredeki her bölgenin kritik frekans aralığı farklıdır ve sahip olduğu en büyük elektron yoğunluğu değerine göre değişir. D, E ve F tabakalarının kritik frekansları sırasıyla foD, foE, foF1, foF2 ile temsil edilir [12].

(30)

17

İyonkürenin elektron yoğunluğu açısından en zengin bölgesi bölgesidir. F2-bölgesinde sinyallerin kırılma miktarı bu yoğunluğa bağlıdır. Fırtınalar sırasında yoğunluk azalır, sinyaller kırılarak Dünya’ya yöneleceklerine uzayda kaybolurlar. Normalde F2 tabakasındaki yoğunluk 200-350 km yükseltiler arasında en büyük değerini alır. Ama bir jeomanyetik fırtına sırasında, normalin çok daha altına düşebilir. Bu olay kutup ışıklarının görülebildiği bölgelerdeki (Auroral Zones) nötr atmosfer bölgesinin ısınmasının, iyonkürenin kimyasal yapısını değiştiren atmosferik dolaşımı etkilediği zamanlarda oluşur. Bu değişiklikler, elektron kayıp oranının artarak F2-tabakasının en büyük elektron yoğunluğu değerinin düşmesine yol açar [3]. Böylece atmosferik ısınma temelde F2-bölgesinin altında oluşur. Bu durum, F2-bölgesinin öncelikle neden alt tarafının bozunmaya başladığını açıklar [3, 10].

Elektron yoğunluğunun azalması F2-bölgesi kritik frekanslarının da azalmasına neden olur. Bu frekanstaki azalma ise kullanılabilen frekans aralığının daralmasına yol açar. Bu durumun yarattığı etki, iyonkürenin alt tabakalarındaki soğurmanın artmasıyla birleşerek, kullanılabilir band genişliğini önemli ölçüde daraltır. F2-bölgesi kritik frekansının azalması her zaman jeomanyetik bozulmalar nedeniyle ortaya çıkmaz. Her rahatsızlık ayrı bir sonuca yol açar. Bazıları frekansın iyileştirilmesine yol açarken, bazılarının bu frekans üzerindeki etkisi azdır. Bazıları ise bu frekansın büyük miktarlarda azalmasına yol açar. Bazen bu etkiler, Dünya’nın yalnız bazı bölgeleriyle sınırlı kalırken bazen etki Dünya çapında görülebilir [3]. Bu nedenle bu değişimleri gözlemlemek için 10 Ekim 1978 tarihindeki, Kashima yer istasyonundan 90K ile 90G enlemleri arasındaki ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamlarındaki kritik frekansın (foF2) 24 saatlik değişimi incelenmiştir.

İyonkürenin farklı bölgelerindeki kritik frekans değerleri farklıdır. İyonküreye gönderilen elektromanyetik radyasyonun frekansı kritik frekanstan küçük ise gelen radyasyon, plazma ortamı tarafından yansıtılır; aksi halde elektromanyetik radyasyon plazma katmanı içinde yayılabilir ve plazma ortamından geçebilir. Bu durum günlük hayatta farkında olmadan çok kullandığımız bir özelliktir. Mesela iyonkürenin kritik frekansı 80 km civarındaki ortalama 2 MHz, 100 km civarında ortalama 20 MHz değerindedir ve daha büyük yüksekliklerde 100 MHz civarına ulaşabilmektedir. Uzun dalga boylu (alçak frekans) AM dalgaları 1-2 MHz, kısa dalga boylu (yüksek frekans) FM ve TV dalgaları 88-108 MHz frekansa sahiptir. Bu şekilde radyo ve TV yayınlar

(31)

18

iyonkürenin plazma halinde olması nedeniyle dinlenebilmekte ve izlenebilmektedir. 1-2 MHz değerindeki AM dalgaları iyonküre içinde plazma kesme frekansından (cut-off) dolayı çok fazla yayılamaz ve yansıtılırken, 90 MHz değerindeki FM ve TV yayınları içinde iyonküre içinde daha fazla yayılır ve iyonkürenin daha üst tabakalarından yansıtılır. Cep telefonları ise 900 MHz değerinde sinyal yayınlar ve bu sinyal kolaylıkla iyonküreyi geçerek yörüngedeki uyduya ulaşır. Plazmanın elektromanyetik yansıtma özelliğinden dolayı klasik çanak antenlerden yüz kat daha yansıtıcı çanak antenler yapılmaktadır [15].

(32)

3. MATERYAL ve METOT

Bu çalışmada, 10 Ekim 1978 tarihindeki, UT zaman dilimine göre ISS (İyonküre Sondaj Uydu) den alınan, Kashima yer istasyonundan toplanan bilgilerden ve bu bilgilerle oluşturulan haritalamadan yola çıkılarak veriler elde edilmiştir. 90K ile 90G enlemleri arasındaki ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamlarındaki kritik frekansın (foF2) bir güne ait olan (24 saat) zaman dilimi içindeki değişimi incelenmiştir. 10 Ekim 1978 tarihinde 24 saat içindeki kritik frekans dağılımını gösteren verileri Radyo Araştırma Laboratuvarları, Posta ve Telekomünikasyon Bakanlığı tarafından önerilen ve Bilim ve Teknoloji Ajansı işbirliği, Ulusal Uzay Geliştirme Ajansı (NASDA-National Space Development Agency) ve Radyo Düzenleme Bürosu tarafından oluşturulan İyonküre Sondaj Uydu (ISS-Ionosphere Sounding Sattelite) Projesi ile elde edilmiştir.

Çalışmanın kullanılan verilerin elde edildiği sistemin yapılandırması şu şekilde izah edilebilir: Şekil 3.1’de gösterildiği gibi, ISS-b uzay aracının ana konfigürasyonu dairesel bir silindirdir. Bir UHF telemetri anteni ile radyo gürültü ölçümü (RAN) için bir kalibrasyon anten üst kapağı üzerine monte edilir ve bir turnike VHF telemetri / komut anten alt kapağı dışa doğru gerilir. Yörüngeye enjeksiyonundan sonra, 36.8 m ve 11.4 m uç-ucu uzunlukları ile antenlerin sondajı genişletilir ve yaklaşık 1 m olan her uzunlukta bomlar yerleştirilir [16].

ISS-b yaklaşık 107 dakika yörünge dönemi ile yaklaşık 1.100 km irtifada neredeyse dairesel bir yörüngeye sahiptir ve yaklaşık 70 derecelik eğim açısına sahiptir. ISS-b yörünge dünya haritasının bir örneği, Şekil 3.2’de gösterilmiştir. ISS-b yörünge düzlemi günde yaklaşık 2 derecelik yerçekimsel bir bölgenin (J2) neden olduğu ve Dünya-Güneş yönünde, göreli olarak günde yaklaşık 3 derecelik oran ile Dünya'nın dönme ekseni etrafında batıya döner, bu durum jeo-potansiyel ve günde yaklaşık 1 derecelik Güneş çevresinde Dünya'nın deviniminden kaynaklanmaktadır. Başka bir ifadeyle, bir sabit enlem uydu konumundaki yerel güneş zamanı günde yaklaşık 12 dakika oranı ile geriye kaydırır [16].

(33)

20

Şekil 3.1. ISS-b uzay aracının ana konfigürasyonu[16].

(34)

21

Uzay Faaliyetleri Komisyonu'nun koordinasyonunda Mesajlar ve Telekomünikasyon Bakanlığı, ISS-b N-fırlatma aracı ile NASDA Tanegashima Uzay Merkezi'nden 16 Şubat 1978 tarihinde başlatılan ve Japon kayısı çiçeği sonrasında adlandırılan "Ume-2" diye bir isim verilmiştir. Gözlemleri rutin şekilde başlayan ISS-b, kademeli olarak 24 Nisan 1978 yılından bu yana RRL tarafından çalışmaları yürütülmektedir. Koordine ve ISS projesine teşvik, RRL tarafından kurulan ISS Araştırma ve Operasyon Komitesi liderliğinde yapılmıştır. Veri toplamak için uydu kontrolü Kashima yer istasyonu, RRL Şube birimi kullanılmıştır. Burada gözlem planlamasının yanı sıra veri işleme ve analizi RRL gerçekleştirilir. ISS-b önemli bir görev için gözlem yoluyla iyonküresel kritik frekansın dünya çapında haritalamasını gerçekleştirmek ve uzun ile kısa vadeli HF tahmini hizmetlerini sağlamak amacıyla kullanılmaktadır [16]. Bu uydunun verileri Prof. Dr. Mehmet AYDOĞDU’ya gönderilmiştir. Çalışmada kullanılan veriler buradan alınmış, zaman UT olarak kullanılmıştır.

Çalışmada kullanılan program ise Minitab’tır. Minitab Programı; Microsoft® Windows® işletim sisteminde kullanılan ve kolon bazlı çalışan bir istatistiksel yazılımdır. Temel olarak Oturum penceresi, Çalışma sayfaları, Grafik pencereleri gibi alt bileşenlerden oluşmaktadır [17]. Çalışmada kullanılan verileri Minitab Programının yeni ve geliştirilmiş sürümü olan, Minitab 16 Programının Graph menüsünden 3D Surface Plot seçeneği kullanılarak kritik frekansın (foF2) enlemle ve boylamla dağılımının grafiği 3 boyutlu olarak çizilmiştir.

(35)

4. BULGULAR

Bu çalışmada, 10 Ekim 1978 tarihindeki, UT zaman dilimine göre ISS (İyonküre Sondaj Uydu) den alınan, Kashima yer istasyonundan toplanan bilgilerden ve bu bilgilerle oluşturulan haritalamadan yola çıkılarak veriler elde edilmiştir. Bu verilerde zaman sabit tutularak, 90K ile 90G enlemleri arasındaki ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamlarındaki kritik frekansın (foF2) bir güne ait olan (24 saat) zaman dilimi içindeki değişimleri incelenmiştir.

Şekil 4.1-4.24’de gösterilen kritik frekansların 90K ile 90G enlemleri ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamlarındaki 24 saatlik değerlerinin değişimi, Ek Tablo 4.1-4.24’de verilmiştir. Ek Tablolarda gözlenen ve izah edilen kritik frekansın enlem-boylam-zaman içindeki değişimin ve meydana gelen anormalliklerin daha net gözlenebilmesi için Şekil 4.1-4.24’de elde edilmiştir. Elde edilen değişim eğrilerinde gözlenen sonuçlar şu şekilde özetlenebilir:

Şekil 4.1’de görüldüğü gibi Saat:01.00’da kritik frekans (foF2) değeri, Kuzey yarımkürede 80 enleminden 40 enlemine doğru azalmakta, 40 enleminden 0 enlemine (ekvatoral bölge) doğru artmaktadır. Kritik frekansın (foF2) 0 enleminden Güney yarımküre Bölgesindeki 20 enlemine doğru azaldığı, 30 enleminden 80 enlemine doğru ve Ekvatoral Bölgede 30 boylamından 45 boylamına doğru arttığı gözlenmiştir. Kuzey yarımkürede Bölgesinde çukurlar çok belirgindir. Ekvatoral Bölgede ise tepeler meydana gelmiştir. Güney yarımküre Bölgesine gidildikçe çukurluklar azalmaktadır

(36)

23

Şekil 4.1. 90K ile 90G enlemleri ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamlarında saat 01.00’da UT’da foF2 değişimi

(37)

24

(38)

25

Şekil 4.1-4.4’e bakıldığında, saat 01.00’dan saat 04.00’a kadar olan zaman diliminde kritik frekans (foF2) değerlerinin, Kuzey yarımkürede 40 enleminden 0 enlemine (ekvatoral bölge) doğru azaldığı, Güney yarımküre Bölgesinde ise 0 enleminden 80 enlemine doğru arttığı görülmektedir. Kuzey yarımkürede çukurluklar yayılarak azalmaya Güney yarımkürede ise çukurluklar artık yok olmaya başlamaktadır. Ekvatoral Bölgede kritik frekans değerleri giderek azaldığından dolayı daha önceden oluşan tepelerde yok olduğu gözlemlenmektedir. Ekvatoral Bölgesinden Güney yarımküre Bölgesine doğru gidildikçe kritik frekans değerleri artarak düzlükler meydana gelmektedir.

(39)

26

(40)

27

Şekil 4.5, Şekil 4.6 ve Şekil 4.7’de görüldüğü gibi saat 05.00’dan 07.00’ye doğru ilerledikçe Kuzey yarımkürede frekans değerlerinin enlemle değişiminde kaybolan piklerin ortaya çıkarak yükseldiği ve çukurların kapandığı gözlemlenmektedir. Özellikle Ekvatoral Bölgede pikler daha çok belirgin hale gelmiştir. Bu belirginlik 30 boylamından 45 boylamına doğru arttığı ve tepelerin meydana geldiği görülmektedir. Ekvatoral Bölgeden Güney yarımküre Bölgesine doğru gidildikçe düzlükler çukura dönüşmektedir ve kritik frekans değerleri azalmaktadır.

(41)

28

(42)

29

Şekil 4.8 -4.11’e bakıldığında saat 08.00, 09.00, 10.00 ve 11.00’da kritik frekans değerlerinde kuzey kutup bölgesindeki 80 enleminden 10 enlemine doğru, Güney kutup bölgesindeki 80 enleminden 0 enlemine doğru arttığı görülmektedir. Bu zaman dilimlerinde frekans değerlerinin yayılım sergilediği gözlenmektedir. Saat 08.00’dan 11.00’a doğru zaman ilerledikçe kritik frekans değerleri artmaktadır ve bu zaman aralığında keskin olan piklerin küçülmekte olduğu görülmektedir. Güney yarımküre Kutup bölgesinden itibaren çukurluklar kaybolarak Ekvatoral Bölgede şişkinlik meydana gelmektedir.

(43)

30

(44)

31

Şekil 4.12-4.14’de görüldüğü gibi saat 12.00 ile 14.00 zaman aralığında kritik frekans (foF2) değerlerinin Kuzey yarımküredeki 80 enleminden 10 enlemine doğru, Güney yarımküre Bölgesinde ise 80 enleminden 0 enlemine doğru arttığı gözlenmiştir. Bu zaman aralığında gözlenen artışların miktarı saat 08.00 ile 11.00 zaman aralığında gözlenen artışlardan daha büyük olduğu ve piklerin oluştuğu görülmüştür. Kuzey yarımkürede kritik frekans değerlerinin artmasıyla oluşan tepelerin zaman ilerledikçe Ekvatoral Bölgeye doğru kaydığı görülmektedir. Bu zaman diliminde Güney yarımküre Bölgesi dışındaki alanlarda kritik frekans değerleri azalmaktadır. Güney yarımkürede ise kritik frekans değerlerinin arttığı ve şişkinliğin oluştuğu gözlemlenmektedir.

(45)

32

(46)

33

Şekil 4.15-4.17’de, kuzey yarımkürede 80 enleminden 20 enlemine doğru kritik frekans (foF2) değerleri artarken, 20 ile 10 enlemlerinde azalmakta ve ekvatoral bölge olan 0 enleminde artma maksimum değere ulaşmaktadır. Güney yarımkürede ise kritik frekans (foF2) değerleri azalmaktadır. Şekil 4.15’de 30 boylamından 45 boylamına doğru doğrusal belirgin bir artış gözlenmektedir. Saat 15.00 ile 17.00 zaman aralığında kritik frekans (foF2) değerlerinin 30 derece Doğu boylamında 35 ve 40 derece Doğu boylamlarına göre daha fazla arttığı gözlenmiştir. 45 boylamında ise frekans değerlerinin maksimuma ulaştığı görülmüştür. 15.00’dan önceki saatlerde kaybolmaya başlayan çukurların kuzey yarımkürede 15.00-17.00 arasında yeniden ortaya çıktığı ve Ekvatoral Bölgede ise ikinci bir tepenin oluştuğu Şekil 4.15-4.17’de görülmektedir.

(47)

34

(48)

35

Şekil 4.18-4.19’e bakıldığında Saat 18.00 ile 19.00 zaman aralığında kritik frekans (foF2) değerlerinin, kuzey yarımkürede 80 enleminden 40 enlemine doğru azalmakta olduğu ve çukurlukların daha da belirginleştiği gözlenmektedir. Kritik frekans (foF2) değerleri 40 enleminden 0 enlemine doğru ise artmakta olduğu 0 enlemlerinde maksimum değere ulaşarak tepeler meydana gelmektedir. 30 boylamından 45 boylamına doğru ise frekans değerleri artmaktadır. Güney yarımkürede kritik frekans (foF2) değerlerinin azaldığı ve çukurlar meydana geldiği görülmektedir. Ekvatoral Bölgede daha önce oluşan ikinci tepeler yok olarak tek tepe haline dönmüştür.

(49)

36

Şekil 4.20’da görüldüğü gibi Saat 20.00’da kritik frekansın enlemle değişimi çok farklı gözlenmiştir. Kritik frekansın enlemle dağılımında gözlenen dip ekvatoru üzerindeki çukur ile birlikte +20 ile -20 enlemleri arasındaki tepeler gözlenmiştir. Bu zaman dilimindeki çukur-tepe etkisi enlemsel-boylamsal değişimine eşlik etmektedir. Görüldüğü üzere anormallik söz konusudur. Kuzey yarımkürede çukurluklar iyice derinleşmektedir. Güney yarımkürede ise çukurluklar derin değildir ve de Kuzey yarımküreye göre frekans değerleri daha yüksek görülmektedir. Kritik frekansın dip ekvatoru üzerinde (0. enlem) çukur; 0 ile 20K ve 0 ile 20G enlemleri üzerinde tepe sergilediği görülmektedir. Bu tepeler ikiz tepeler gibi görülmektedir. Özellikle dip ekvatoru üzerinde tepenin yok olup çukura dönüşmesi, 0 enlemden itibaren her iki yarımküre bölgesindeki 20 enlemlerine gidildikçe tepelerin meydana gelmesi olağanüstü görünümdedir.

(50)

37

(51)

38

Şekil 4.21-4.24’de sırasıyla kritik frekansın saat 21.00, 22.00, 23.00 ve 00.00’da enlem-boylam ile değişimi verilmiştir. Şekil 4.21’den Şekil 4.24’e doğru kritik frekans değerlerinin enlemsel olarak Kuzey yarımkürede 80 enleminden 40 enlemine doğru azalma, 40 enleminden 0 enlemine doğru artma gözlenmektedir. Güney yarımkürede ise kritik frekans (foF2) değerlerinin 0 ile 70 enlemine doğru azaldığı görülmektedir. Her iki yarımkürede de zamanla frekans değerlerinde azalma meydana geldiği gözlenmektedir. Saat 20.00’da gözlenen çukur ve tepelerin bu zaman aralığında ortadan kalktığı gözlenmiştir. Dip ekvator bölgedeki çukurun yok olup tekrar piklerin oluştuğu tepelerin meydana geldiği görülmektedir. 20 enlemlerdeki tepeler giderek azalmıştır. 4.21’den Şekil 4.24’e doğru Kuzey yarımküre bölgesindeki çukurluklar giderek azalmakta Güney yarımküre Bölgesinde ise kritik frekans değerleri azalarak görüntünün düzleşmeye başladığı görülmektedir.

(52)

39

5. SONUÇLAR ve ÖNERİLER

Bu çalışmada, 10 Ekim 1978 tarihindeki, UT zaman dilimine göre ISS (İyonküre Sondaj Uydu) den alınan, Kashima yer istasyonundan toplanan bilgilerden ve bu bilgilerle oluşturulan haritalamadan yola çıkılarak veriler elde edilmiştir. 90K ile 90G enlemleri arasındaki ve 30, 35, 40, 45 derece Doğu boylamlarındaki kritik frekansın (foF2) bir güne ait olan (24 saat) zaman dilimi içindeki değişimi incelenmiştir. Elde edilen değişim eğrilerinde şu sonuçlar gözlenmiştir: Saat 01.00’dan saat 03.00’a doğru kritik frekans (foF2) azalmaktadır. Kuzey yarımkürede çukurluklar yayılarak azalmaya Güney yarımkürede ise çukurluklar artık yok olmaya başlamaktadır. Ekvatoral Bölgede kritik frekans değerleri giderek azaldığından dolayı daha önceden oluşan tepelerde yok olduğu gözlemlenmektedir. Saat 04.00’dan saat 07.00’a doğru kritik frekans (foF2) değerinde artma gözlemlenmektedir. Kuzey yarımkürede frekans değerlerinin enlemle değişiminde kaybolan piklerin ortaya çıkarak yükseldiği ve çukurların kapandığı gözlemlenmektedir. Özellikle Ekvatoral Bölgede pikler daha çok belirgin hale gelmektedir. Saat 08.00’dan saat 11.00’a doğru kritik frekans (foF2) azalmaktadır. Bu zaman aralığında keskin olan piklerin küçülmekte olduğu görülmektedir. Güney yarımküre Kutup bölgesinden itibaren çukurluklar kaybolarak Ekvatoral Bölgede şişkinlik meydana gelmektedir.

Saat 12.00 ve 14.00 arasındaki kritik frekans (foF2) değerleri saat 05.00 ve 07.00 arasından daha fazla olduğu görülmektedir. Bu zaman diliminde Kuzey yarımkürede kritik frekans değerlerinin artmasıyla oluşan tepelerin zaman ilerledikçe Ekvatoral Bölgeye doğru kaydığı görülmektedir. Güney yarımküre Bölgesi dışındaki alanlarda kritik frekans değerleri azalmaktadır. Güney yarımkürede ise kritik frekans değerlerinin arttığı ve şişkinliğin meydana geldiği saat 15.00 ile 17.00 zaman aralığında kritik frekans (foF2) değerlerinin 30 derece Doğu boylamında 35 ve 40 derece Doğu boylamlarına göre daha fazla arttığı gözlemlenmektedir. Saat 15.00’dan önceki saatlerde kaybolmaya başlayan çukurların kuzey yarımkürede 15.00-17.00 arasında yeniden ortaya çıktığı ve Ekvatoral Bölgede ise ikinci bir tepenin oluştuğu görülmektedir. Saat 18.00 ile 19.00 zaman aralığında kritik frekans (foF2) değerlerinin, kuzey yarımkürede 80 enleminden 40 enlemine doğru azalmakta olduğu ve çukurlukların daha da belirginleştiği gözlenmektedir. Güney yarımkürede kritik frekans (foF2) değerlerinin azaldığı ve