Едвард Виктор Еплтон

Сер Едвард Виктор Аплетон (6 септември 1892 – 21 април 1965) — Англиски физичар. Добитник на Нобеловата награда и пионер во радио физиката, Сер Едвард Аплетон, студирал и бил вработен како лабораториски техничар во техничкиот колеџ Бредфорд од 1909 до 1911.

Сер Едвард Апелтон
Роден(а)	Едвард Виктор Апелтон 6 септември 1892(1892-09-06) Брадфорд, Јоркшир, Англија, Обединето Кралство
Починал(а)	21 април 1965(1965-04-21) (возр. 72) Едингбург, Шкотска, Обединето Кралство
Националност	англичанец
Полиња	Физика
Установи	Лондонски кралски колеџ Кембрички универзитет Единбуршки универзитет Кевендишова лабораторија
Образование	Бредфордски колеџ Кембрички универзитет
Ментори	Џ. Џ. Томсон Ернест Радерфорд
Значајни студенти	Џон Ешвурт Ретклиф Чарлс Отли
Познат по	Јоносферна физика Апелтонов слој Докажување на постоењето на Кенели–Хевисајдовиот слој
Поважни награди	Нобелова награда за физика (1947) Член на Кралското друштво (1927) Хјузов медал (1933) Фарадеев медал (1946) Криев медал (1947) Кралски медал (1950) Албертов медал (1950) Медал на честа на ИЕЕИ (1962)

Гробот на Сер Едвард Виктор Аплетон, Гробишта Морнингсајд, Единбург

Ја освоил Нобеловата награда за физика во 1947 за неговата труд со кој ги поставил темелите за постоењето на јоносферата, при извршување на експерминти во 1924.

Животопис

Аплетон е роден во Брадфорд, Западен Јоркшир, син на Питер Аплетон, магационер и Мери Вилкок образована во Академијата Хенсон. Во 1911, на 18 годишна возраст, бил награден со стипендија за колеџот Ст Џон, Кембриџ Универзитетот, каде дипломирал со највисока академски успех, прва класа, на отсекот природни науки и физика во 1913. За време на Првата светска војна, тој се приклучи на Западниот полк, а подоцна префрлен во Кралските инженери. По враќањето од активна служба во текот на Првата светска војна, Аплетон станува помошник демонстратор по експериментална физика на Кевендиш Лабораторијата во 1920. Тој бил професор по физика на Кралскиот колеџ во Лондон (1924-1936) и професор по природна филозофија на Универзитетот во Кембриџ (1936-1939). Од 1939 до 1949 година тој бил секретар на Одделот за научни и индустриски истражувања. Прогласен за витез во 1941 година, во 1947 година ја добива Нобеловата награда за физика за неговиот придонес во изучувањето на јоносферата, што доведе до развој на радарот.

Од 1949 па сè до неговата смрт во 1965 година, тој бил директорот и заменик-канцелар на Универзитетот од Единбург. Во 1956 година, Би-Би-Си го поканува на годишното Рит предавање. Низ серија од шест радио емитувања, насловена како Науката и нацијата, Аплетон истражил многу аспекти на научната дејност во Велика Британија во тоа време.

Аплетон е закопан во Морнингсајд гробиштата, Единбург заедно со неговата сопрука Хелен Лени (1983).

Дела

Аплетон забележал дека силата на радио сигналот од предавател на честота, како што е медиум бранот, во текот на патот на сто милји бил константен во текот на денот, но дека тоа се менува во текот на ноќта. Тоа го навело да верува дека тоа е возможно доколку добил два радио сигнала. Еден се движел по земјата, а другиот се одразил од слој во горната атмосфера. Ослабениот или варијабилниот ефект во силината на севкупниот радио сигнал произлегла од шемата на интерференција на два сигнала.

Постоењето на одразувачки атмосферски слој не била сама по себе нова идеја. Балфур Стјуарт ја предложил идејата кон крајот на 19 век за да се објасни ритмички промени во магнетното поле на Земјата. Во поново време, во 1902 година, Оливер Хевисајд и A. E. Кенели, предложиле хипотеза како може да се објасни успехот на Маркони во пренесување на неговите сигнали преку Атлантикот. Пресметките покажале дека природните виткања на радио бранови не биле доволни да ги запре од едноставно "пукање" во празен простор пред да стигнат до примачот.

Аплетон сметал дека најдобро место да се бараат докази за јоносферата била во варијациите околу зајдисонце при прием на радио сигнал. Разумно е да се предложат овие варијации кои настанале поради мешањето на два брана но и дополнителни чекори за да се покаже дека вториот бран предизвикува интерференција (од кои првиот е бранот кој се движи по земјата) при спуштањето од јоносферата. Експериментот кој тој го дизајнирал имал два метода да го покаже влијанието на јоносферата каде и двата дозволуваат висината на долната граница на рефлексија да се утврди. Првиот метод е наречен модулација на честота, а вториот бил да се пресмета аголот на пристигнување на рефлектираниот сигнал во антена.

Методот на модулација на честота го експлоатира фактот дека постои разлика во патеката помеѓу земјениот бран и рефлектираниот бран, што покажува дека тие патуваат по различни растојанија од испраќачот до примачот.

Растојанието на бранот кој се движи по земја означен со h и растојанието на рефлектираниот бран h’. Разликата во патот е:

$h'-h=D$

Брановата должина на испратениот сигнал е λ. Бројот на брановите должини помеѓу патеките на h и h’ е:

${\frac {h-h'}{\lambda }}={\frac {D}{\lambda }}=N$

Ако N е цел број, тогаш ќе се случи конструктивна интерференција, тоа значи максимален сигнал ќе се постигне на крајот на примаќот. Ако N е непарен број во број на половина бранови должини, тогаш се случува деструктивна интерференција и минимум сигнал ќе биде примен. Дозволете ни да претпоставиме дека се добива максимум сигнал за одредена бранова должина λ. Ако почнеме да го менуваме λ, ова е процес кој се нарекува модулација на честота, N веќе нема да биде цел број и деструктивна интерференција ќе почне да се случува, што значи дека сигналот ќе почне да слабее. Доколку продолжиме да го менуваме λ сè додека максималниот сигнал е повторно примен. Тоа значи дека за нова вредност на λ’, нашата нова вредност N’ ќе биде исто така цел број. Ако го издолжиме λ тогаш знаеме дека N’ е помалку од N. Па така:

$N-N'={\frac {D}{\lambda }}-{\frac {D}{\lambda '}}=1$

Преуредување за D дава:

$D=h-h'={\frac {1}{{\frac {1}{\lambda }}-{\frac {1}{\lambda '}}}}$

Откако ни се познати λ и λ’, можеме да го пресметаме D. Користејќи приближна претпоставка дека ABC е рамнокрак триаголник, можеме да ја употребиме вредноста за D да ја пресметаме висината на рефлектирачкиот слој. Овој метод е поедноставената верзија отколку користената метода на Аплетон и неговите колеги во 1924. Во нивниот експеримент, тие ја користат радиодифузната станица на Би-Би-Си во Борнмут за варијација на брановата должина откако завршувала вечерната пограма на телевизијата. Инсталирале станица за примање на сигналите во Оксфорд со цел да ги мониторираат ефектите на интерференција. Станицата за примање на сгиналот морала да биде во Оксфорд бидејќи не постоела соодветна локација за емитер на точна дистанца од околу 62 милји (100 км) од Кембриџ во тие денови.

Оваа модулација на честотата открила дека точката од која се одразиле брановите била околу 56 милји (90 км). Сепак, тоа не покажало дека брановите се рефлектираат од горе, кои навистина можеби доаѓале од ридовите некаде помеѓу Оксфорд и Борнмут. Со вториот метод, во кој се бара аголот на упадот на одбиените бранови на страната на примачот, покажала со сигурност дека тие доаѓаат од горе. Триангулацијата од овој агол дала резултати за висината на рефлексијата во согласност со методот за модулација на честота. Овој метод не е содржан во детали, бидејќи вклучува прилично сложени пресметки со користење на електромагнетната теорија на Максвел.

Далеку од убедливи, успехот на експериментот Оксфорд-Борнмут откри огромно нова област на студии кои треба да бидат истражени. Се покажа дека навистина имало рефлектирачки слој високо над земјата, но со тоа беа поставени и многу нови прашања. Она што беше уставот на овој слој, како се одразуваат брановите по целата земја, зошто неговите ефекти се менуваат толку драматично помеѓу денот и ноќта, дали тие промени се случуваат во текот на годината? Аплетон ќе го помине остатокот од својот живот во разоткривањето на таквите прашања. Тој разви магнето-јонска теорија врз основа на претходната работа на Лоренц и Максвел со цел да го моделира функционирањето на овој дел од атмосферата. Користејќи се со оваа теорија и понатамошни експерименти, тој покажа дека т.н. Кенели-Хевисајд слој беше во голема мера јонизирани. Ова доведе до терминот јоносфера. Тој покажа дека слободни електрони се всушност јонизирачките агенти. Тој откри дека овој слој може да се пенетрира од брановите кои се над одредена честота и дека оваа критична честота може да се користи за пресметување на густината на електрони во слој. Сепак овие продорни бранови, исто така, ќе се рефлектира назад, но од многу повисок слој. Тоа покажало дека јоносферата има многу посложена структура од очекуваното. На пониско ниво беше означен Е - слојот, рефлектирајќи подолги бранови должини со што беше заклучено дека е некаде околу 78 милји (125 км). На повисоко ниво, каде има многу поголема густина на електрони, бил обележан Ф - слојот, кој пак може да рефлектира многу пократки бранови должини кои продреле во долниот слој. Слојот се наоѓа на 186-248 милји (300 - 400 км) над површината на земјата. Токму овој слој често се нарекува и Аплетон слој како одговорен да обезбеди најдолг дострел на кратки бранови во телекомуникациите.

Теорија на магнето-јонски му овозможила на Аплетон да го објасни потеклото на мистериозното вледеење слушнати на радио околу зајдисонце. Во текот на денот, светлина од сонцето предизвикува молекулите во воздухот да се јонизираат дури и во прилично ниски надморски височини. На овие ниски височини, густината на воздухот е голема а со тоа густината на електрони од јонизираниот воздух е многу голема. Поради оваа висока јонизиација, постои силна апсорпција на електромагнетни бранови предизвикани од „електронско триење“. Така, во пренос преку далечина, нема да има рефлексии како кај бранови, освен од оние на ниво на земјата кои ќе се апсорбираат. Сепак, кога сонцето заоѓа, молекулите полека почнуваат да се здружат со своите електрони и нивото на слободни електрони опаѓа. Моќта на апсорпција ќе се намали и брановите можат да се рефлектираат, што доведува до појава на пречки за кои претходно говоревме. Но за да се случат овие шеми на интерференција, не е потребно само присуство на рефлектирачки бран но и промената во рефлектирачкиот бран. Инаку интерференцијата е константна и бледеењето нема да бидат слушнато. Примениот сигнал едноставно ќе биде погласен или потивок отколку во текот на денот. Ова укажува на височина на која рефлексија случува се менува со заоѓањето на сонцето. Оваа варијација е компатибилен со теоријата дека јонизизацијата се должи на влијанието на сонцето. На зајдисонце, интензитетот на зрачење на сонцето ќе биде многу помалку на површината на земјата отколку што е високо во атмосферата. Ова значи јонски рекомбинација ќе напредува полека од пониските кон повисоките надморски височини и затоа височината на која се рефлектираат брановите полека се зголемува како сонцето заоѓа.  

Основната идеја зад работата на Аплетон е толку едноставна што е пак тешко да се разбере како ја посветил речиси целата своја научна кариера на своите студии. Сепак, во последните неколку параграфи некои од комплексностите на предметот се претставени. До крајот на неговиот живот, јоносферските опсерватории биле формирани низ целиот свет со цел да се обезбеди глобална мапа на рефлектирачките слоеви. Врски се пронајдени и со 11 годишниот лунички циклус и Аврора Бореалис, магнетни бури кои се јавуваат во големи височини. Тоа стана посебно важно за време на Втората светска војна кога бури ќе ја доведат во прекини радио комуникацијата. Благодарение на истражувањето на Аплетон, периодите на прекин можат да бидат предвидени па комуникација може да се префрли на бранови должини кои би се најмалку погодени. Радар, уште една клучна воена иновација, која е благодарение на работата на Аплетон. Неговото истражување се состои во одредување на растојание на рефлектирачки предмети од радио сигнал предаватели. Идејата за радар и светлечки точки кои се појавуваат на екранот скенирани со циркулирање на "пребарувач". Овој систем бил делумно развиен од страна на Аплетон како нов метод, наречен метод на пулсот. Подоцна е адаптиран од страна на Роберт Вотсон-Ват за откривање на авиони. Во денешно време, јоносферските податоци се важни при комуникација со сателитите. Точните честоти за овие сигнали мора да бидат избрани така што тие всушност би ги достигнале сателити без да се рефлектираат или отклонат порано.

Во 1974, Радио и вселенската истражувача станица е преименувана во лабораторија Аплетон во чест на човекот кој направил многу за Обединетото Кралство во полето на истражување на јоносферата, каде Аплетон бил инволвиран како истражувач на почетокот, па потоа како секретар на одговорното тело, оделот за Науки и индустриски истражувања.

Почести и награди

Аплетон бил награден со следново:

• Соработник во Кралското друштво (1927)
• Странски почесен член на Американската академија на уметностите и науките (1936)
• Нобелова награда за физика (1947)
• Фарадеев медал
• Хјузов медал
• Кралски медал
• Криев медал

Дополнително, следните се именуван во негова чест:

• Радерфорд-Аплетонова лабораторија
• Аплетон суита во Брадфордовите регистарски канцеларии
• Апелтонова кула во Единбуршкиот универзитет
• Научна зграда „Аплетон“ на Бредфордски колеџ
• Апелтонова академија, школо во околината на Вајк, во Бредфорд
• Аплетонов кратер, кратер на Месечината именуван во негова чест
• Апелтонов слој, највисокиот атмосферски јонизиран слој над Е-слојот
• Годишно предавање Аплетон на Институтот за инженерство и технологии

Уметнички признанија

Аплетоновиот протрет, од Вилијам Хачисон изложен во стариот колеџ, Единбуршки универзитет.