В первое время после изобретения радио выдвигались самые различные гипотезы о распространении радиоволн. В 1902 г. английский физик Оливер Хевисайд предположил, что в верхней части атмосферы имеется ионизированный слой, отражающий радиоволны. Это дает возможность принимать в Европе радиосигналы, например, из далекой Новой Зеландии. Радиоволны, последовательно отражаясь от атмосферы и земной поверхности, обходят вокруг всего земного шара. Однако это относится только к радиоволнам определенного диапазона. Ультракороткие радиоволны не отражаются от ионизированного слоя атмосферы, и поэтому телевизионный сигнал можно принимать лишь в зоне прямой видимости.
В 1924 г. было убедительно доказано существование ионосферы и определено расстояние до нее от поверхности Земли. Это сделал английский физик Эдуард Виктор Эплтон из Кавендишской лаборатории, основываясь на исключительно простой идее. Исходя из того, что излучаемый радиосигнал и сигнал, отраженный от высоких слоев атмосферы, проходят различное расстояние, он предположил, что между ними должна происходить интерференция — наложение волн, в результате чего волны взаимно усиливают или гасят друг друга. Это явление хорошо знакомо радиослушателям: иногда радиопередачи хорошо принимаются с больших расстояний, а порой мы слабо слышим даже близкие радиостанции.
Измерив силу сигнала, Э. Эплтон путем простых математических расчетов установил, что ионосфера находится на высоте около 90 км. К 1927 г. он изучил различные ионосферные слои. Обобщив многочисленные данные, Эплтон разработал магнитно-ионную теорию высоких слоев атмосферы. Согласно этой теории, ионы образуются под действием солнечного света и космических лучей и сильно влияют на магнитное поле Земли. Именно этими факторами определяются структура ионосферы и качество радиосвязи.
Исследования Э. Эплтона имели важное значение для радиосвязи, а также для физики земной атмосферы и околоземного пространства. За свой вклад он получил в 1947 г. Нобелевскую премию по физике.
Радиоастрономия
Оказалось, что беспрепятственное прохождение ультракоротких волн через земную атмосферу имеет исключительно большое значение для современной астрофизики. Сегодня исследование небесных тел с помощью радиотелескопов — это, по существу, еще одно «окно» во Вселенную. Как и многие другие открытия, радиоастрономия родилась также случайно.
В 1929 г. фирма «Белл телефон лабораторис» поручила молодому инженеру Карлу Янскому исследовать помехи на трансатлантическом канале радиосвязи. В его распоряжение был предоставлен чувствительный радиоприемник, который затем дополнили большой антенной для определения направления шумов. После длительного наблюдения выяснилась в общих чертах картина радиопомех. Большинство из них, как оказалось, вызываются грозами. Однако на эти помехи накладывался еще какой-то загадочный радиошум, идущий с неба.
Янский прежде всего установил, что интенсивность этого «шума» изменяется с периодом в 23 ч 56 мин (за это время делают полный оборот звезды на небесной сфере). К декабрю 1932 г. он уже мог сообщить, что максимальная интенсивность космического излучения наблюдается в той части небесной сферы, которая, по данным астрономов, находится в центре Галактики. Это открытие было встречено с большим интересом широкой общественностью, но, как ни странно, специалисты не обратили на него внимания. Единственным человеком, который занялся изучением этого вопроса с точки зрения астрономии, был американский радиолюбитель Гроут Ребер. В 1936 г. он собственноручно изготовил почти десятиметровый радиотелескоп-рефлектор и к 1944 г. составил первую радиокарту неба. На протяжении почти десятилетия этот исследователь-любитель оставался единственным радиоастрономом в мире.
В середине 40-х годов идея о существовании космических радиоисточников по-прежнему вызывала сомнения у специалистов, и статья Ребера с первыми радиокартами неба была напечатана в Astrophysical Journal после больших колебаний. Вскоре, однако, положение изменилось. Во время второй мировой войны возник новый вид техники — радиолокаторы. После войны с помощью таких устройств, быстро приспособленных для научных исследований, стали проводить первые наблюдения уже профессиональные астрономы. Одним из пионеров в этой области был англичанин Мартин Райл.