Kennelly-Heaviside-kerros (E-alue) – ionosfäärin 90–150 km heijastava kerros

Kennelly–Heaviside-kerros (tunnetaan myös lyhyesti E-alueena tai E-kerroksena) on nimetty tiedemiesten Arthur Edwin Kennellyn ja Oliver Heavisiden mukaan. Sen olemassaolon vahvisti vuonna 1924 englantilainen fyysikko Edward V. Appleton radioääni‑ (ionosounder) mittauksillaan; Appleton sai työnsä johdosta Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1947.

Mikä E-alue on?

E-alue sijaitsee tyypillisesti noin 90–150 kilometrin korkeudella maan pinnasta. Se koostuu osittain ionisoituneista kaasuista eli vapaista elektroneista ja ioneista, joita syntyy pääasiassa auringon ultraviolettisäteilyn ja röntgensäteilyn vaikutuksesta. Ionosfäärin eri kerrokset erotetaan toisistaan pääasiassa ionisaation voimakkuuden ja korkeuden mukaan; E-alue on näistä keskimmäinen kerros troposfäärin ja F-alueen välissä.

Miten E-alue vaikuttaa radioaaltoihin?

E-alue voi taittaa ja heijastaa radioaaltoja takaisin maata kohti, mikä mahdollistaa radiotaajuuksien leviämisen paljon pidemmälle kuin suora näköyhteys antaisi olettaa. Tämän heijastuksen mahdollistaa alueen elektronitiheys ja sen aiheuttama taajuusriippuvainen taittuminen. Heijastuksen tehokkuus ilmaistaan usein kriittisellä taajuudella (foE): aalto, jonka taajuus on pienempi kuin foE, voi heijastua takaisin.

Kriittisen taajuuden ja elektronitiheyden yhteys on likimäärin

foE ≈ 8.98 · sqrt(Nmax) (foE MHz, Nmax elektronia/m³), eli suurempi elektronitiheys antaa korkeamman kriittisen taajuuden.

Tyypillisesti E‑alue heijastaa hyvin keskiaallon (MF) taajuuksia (noin 300 kHz–3 MHz). Lisäksi E‑alue voi tietyin olosuhtein heijastaa myös korkeampia taajuuksia: niin sanottu sporaadinen E (Es) voi luoda voimakkaita, paikallisia ionisaatiotaskuja, jotka heijastavat jopa VHF‑taajuuksia (kymmeniä megahertsejä), mikä voi aiheuttaa pitkän kantaman yhteyksiä tv‑ ja FM‑taajuuksille.

Muuttelu ja ilmiöt

Päivä‑yö‑vaihtelu: E‑alue on voimakkaammin ionisoitunut päivällä auringon säteilyn vuoksi; yöllä elektronitiheys yleensä laskee recombinaation seurauksena.
Sekwenssi ja vuodenaikaisvaihtelu: ionisaatio vaihtelee myös auringon aktiivisuuden, vuodenajan ja geomagneettisten häiriöiden mukaan.
Sporadinen E (Es): ajoittain E‑alueelle muodostuu ohuita, tiheitä ionisaatioalueita, jotka voivat kestää minuuteista tunteihin ja mahdollistaa epätavallisen pitkät VHF‑yhteydet (skip‑heijastus).
Paikalliset vaikutukset: ionosfäärin olosuhteet vaihtelevat paikallisesti, joten samanaikainen radiopeitto voi olla hyvin erilainen eri puolilla maata.

Historiallinen ja käytännön merkitys

1920‑luvulla E‑alueen heijastava vaikutus teki mahdolliseksi AM‑lähetysten (Amplitude Modulation, keskiaaltolähetykset) kantaman laajentamisen kauas lähettimestä, jolloin pitkän matkan radioviestintä kehittyi. Nykyään E‑alueen vaikutukset ovat tärkeitä esimerkiksi:

keskiaaltoradiolähetyksille (pitkän yönajan kantaman muutokset),
amatööri‑radioharrastajien ja kaupallisten yhteyksien suunnittelussa,
radiolinjojen ja häiriöiden tutkimuksessa sekä
tieteellisessä ilmakehätutkimuksessa ionosfäärin käyttäytymisen ymmärtämiseksi.

Keskeiset asiat muistettavaksi

Korkeus: noin 90–150 km.
Koostumus: ionisoitunut kaasu, elektronitiheys vaihtelee.
Taajuudet: heijastaa tyypillisesti 300 kHz–3 MHz; sporaadinen E voi heijastaa myös paljon korkeampia taajuuksia.
Vaihtelu: riippuu päivä‑yö‑syklistä, vuodenajasta ja auringonaktiivisuudesta.

E‑alue on siten keskeinen osa ionosfäärin toimintaa ja sillä on merkittävä vaikutus radioaaltojen leviämiseen ja viestintään, erityisesti silloin kun ionisaatiotilat poikkeavat tavanomaisesta (esimerkiksi sporaadisen E:n aikana).