«Спутник-1» и ионосферный эксперимент ИЗМИРАН, выполненный под руководством профессора Якова Львовича Альперта или как советский радиофизик стал автором первого в мире научного космического эксперимента.
Из воспоминаний руководителя научным экспериментом Я. Л. Альперта:
…4 октября 1957 года на орбиту вокруг Земли был выведен первый искусственный спутник. На следующий день мне позвонил вице-президент Академии наук В. А. Котельников. Он сказал "…Вы знаете, что «Спутник1» находится на орбите, но мы не имеем по нему науки. Президент Академии Мстислав Келдыш просит Вас подумать о том, какая наука может быть получена от этого спутника". В ответ я попросил несколько дней, чтобы обдумать это предложение. Когда я положил телефонную трубку, у меня не было никаких идей по поводу того, что можно было бы сделать. Но уже буквально через час я имел ответ.
На следующий день я сказал Котельникову, что даже при отсутствии на спутнике специальных приборов мы можем получить важную научную информацию, а именно, данные о высотной структуре ионосферы. Для этого я должен иметь качественные регистрации сигналов радиомаяка «Спутника-1» на сети наземных пунктов. Я также попросил помочь мне с программистом и доступом к вычислительной машине, чтобы выполнить необходимые расчёты. Котельников сказал, что на многих военных приёмных пунктах велись регистрации сигналов «Спутника-1»; эти данные будут собраны и переданы мне. Необходимые расчёты могут быть выполнены на вычислительной машине Института радиотехники и электроники Академии наук, которым руководил сам Котельников. Этот проект начал реализовываться вскоре после нашего разговора...
...А теперь я кратко скажу об общей концепции первого научного исследования по данным «Спутника-1». Любое тело, например, искусственный спутник, движущийся на орбите вокруг Земли, становится оптически видимым в пункте наблюдения, расположенном на земной поверхности, когда это тело появляется над горизонтом. Оптическая траектория луча, вдоль которого видно тело, представляет собой практически прямую линию. Затем движущееся на орбите Земли тело становится оптически невидимым, когда траектория луча зрения опускается за горизонт. Траектории радиоволн, излучаемых спутником, искривляются при распространении в ионосфере, которая является, как известно, частично ионизованной плазмой. Эффект рефракции радиоволн становится заметным, поскольку их частота в миллионы раз ниже частоты световых волн.
Геометрия оптического и «радиовосхода/захода» «Спутника-1» показана на изображении 6...Величина этого эффекта зависит от степени ионизации ионосферы и, в частности, от высотного распределения плотности свободных электронов и ионов, которые создаются в атмосфере в результате её взаимодействия с ультафиолетовым излучением Солнца. Следовательно, для того чтобы рассчитать время восхода и захода радиосигнала, необходимо знать высотное распределение плотности электронов в ионосфере. И наоборот...
...Это, кратко, то, что было в основе нашего исследования…»
В результате эксперимента по зарегистрированным вариациям «радиовосхода» и «радиозахода» сигналов спутника определено распределение электронной концентрации во внешней области ионосферы (на высотах выше главного максимума). Эксперимент продемонстрировал возможности спутникового радиомаякового метода, который в настоящее время широко используется в исследованиях ионосферы Земли и планет. Метод и результаты анализа данных «радиовосхода» и «радиозахода» сигналов «Спутника-1» были опубликованы в журналах «Доклады Академии наук» и «Успехи физических наук».
После запуска первого ИСЗ Я. Л. Альперт начал исследования ионосферы с помощью сигналов радиомаяков космических аппаратов, которые в последующие годы в рамках космических программ «КОСМОС» и «ИНТЕРКОСМОС» способствовали развитию доплеровских методов дистанционного зондирования ионосферы с использованием когерентных сигналов радиомаяков космических аппаратов. Эти методы легли в основу ГСС позиционирования GPS и ГЛОНАСС.
▶️ «Спутник-1» и первый в мире научный космический эксперимент