إجمالي محتوى الإلكترونات

يُعدّ إجمالي محتوى الإلكترونات ( TEC ) كميةً وصفيةً للغلاف الأيوني للأرض. وهو العدد الإجمالي للإلكترونات المُتكامل بين نقطتين، على طول أنبوب ذي مقطع عرضي مربع طول ضلعه متر واحد، أي كثافة عدد الإلكترونات العمودية . وغالبًا ما يُعبّر عنه بمضاعفات وحدة TEC ، أو TECU ، المُعرّفة بأنها 10¹⁶  إلكترون لكل متر ^مربع . ^{[ 1 ] : 100}

يُعدّ محتوى الإلكترونات الكلي ( TEC) ذا أهمية بالغة في تحديد تذبذب الموجات الراديوية وتأخيرات المجموعة والطور عند مرورها عبر وسط ما. ويُقاس محتوى الإلكترونات الكلي في طبقة الأيونوسفير من خلال رصد تأخيرات طور الموجة الحاملة للإشارات الراديوية المستقبلة من الأقمار الصناعية الموجودة فوق طبقة الأيونوسفير، والتي غالبًا ما تستخدم أقمار نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS). ويتأثر محتوى الإلكترونات الكلي بشدة بالنشاط الشمسي .

تعتمد كثافة الإلكترونات الكلية (TEC) على المسار. وبحسب التعريف، يمكن حسابها عن طريق التكامل على طول المسار ds عبر الغلاف الأيوني باستخدام كثافة الإلكترونات التي تعتمد على الموقع n _e (s) :

${\displaystyle {\rm {TEC}}=\int n_{e}(s)\,ds}$

يتم تحديد TEC الرأسي ( VTEC ) عن طريق تكامل كثافة الإلكترون على مسار عمودي على الأرض، ويتم الحصول على TEC المائل ( STEC ) عن طريق التكامل على أي مسار مستقيم.

من الدرجة الأولى، يتناسب تأثير انتشار الموجات الراديوية في طبقة الأيونوسفير طرديًا مع إجمالي محتوى الإلكترونات (TEC) وعكسيًا مع التردد الراديوي f . ويُعطى تأخير الطور في طبقة الأيونوسفير مقارنةً بالانتشار في الفراغ بالمعادلة التالية: ^{[ 2 ] : المعادلة (9.41)}

${\displaystyle \tau _{p}^{\mathrm {iono} }=-\kappa {\frac {\mathrm {TEC} }{f^{2}}}}$

بينما يكون لتأخير المجموعة الأيونوسفيرية نفس المقدار ولكن بإشارة معاكسة:

${\displaystyle \tau _{g}^{\mathrm {iono} }=-\tau _{p}^{\mathrm {iono} }}$

يُعبّر عن التأخير الأيوني عادةً بوحدات الطول (بالمتر)، بافتراض مدة تأخير (بالثواني) مضروبة في سرعة الضوء في الفراغ (بالمتر/ثانية). ويُعطى ثابت التناسب κ بالعلاقة التالية: ^{[ 2 ] : المعادلات (9.21)، (9.20)، (9.19)، (9.14) [ 3 ]}

${\displaystyle \kappa ={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}{\frac {q^{2}}{2\pi m_{e}}}={\frac {c^{2}r_{e}}{2\pi }}}$

حيث تمثل q و m _e و r _e على التوالي شحنة الإلكترون وكتلته ونصف قطره ؛ و c سرعة الضوء في الفراغ ^، و ϵ ₀ سماحية الفراغ . تبلغ قيمة الثابت تقريبًا κ ≈ 40.308193 م³ ^ث⁻² ؛ [ ^{4 ] [ 5 ] ويمكن} التعبير عن الوحدات بشكل مكافئ بـ م·م² ^· هرتز² ^لتسليط الضوء على عملية الإلغاء التي تؤدي إلى تأخيرات τ بالمتر، مع العلم أن f بالهرتز و TEC ^{بالمتر⁻²} .

ينتج عن الحد من الدرجة الثانية أخطاء في تحديد المواقع باستخدام نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) في حدود المليمترات. للاطلاع على طريقة حسابه، انظر هيرنانديز-باخاريس وآخرون (2007). ^{[ 6 ]}

تُعبّر القيم النموذجية لمحتوى الإلكترونات الكلي (TEC) خلال النهار عن نفسها بمقياس يتراوح من 0 إلى 100 وحدة TEC. مع ذلك، يمكن استخلاص تغيرات طفيفة جدًا تتراوح بين 0.1 و0.5 وحدة TEC بافتراض ثبات نسبي في الانحيازات الرصدية . ^{[ 7 ]} ترتبط هذه التغيرات الطفيفة في محتوى الإلكترونات الكلي باضطرابات الغلاف الأيوني المتنقلة متوسطة النطاق (MSTIDs). ^{[ 8 ]} تنشأ هذه الاضطرابات في الغلاف الأيوني بشكل أساسي من موجات الجاذبية التي تنتشر صعودًا من الطبقات السفلى للغلاف الجوي . ^{[ 9 ]}