Welsh Journals

Hertz a'r Haul MAE PWYSIGRWYDD yr haul i fyd natur yn wybyddus i bob un ohonom, boed mewn ffurf gwres, egni, ffotosyn- thesis a.y.b.. Ond tybed faint ohonom sy'n sylweddoli mai'r haul sydd hefyd yn rheoli'r dull y mae tonnau radio yn lledaenu o un lle i'r llall ar wyneb y ddaear. Oni bai fod yr haul yn achosi effeithiau hynod a didd- orol yn yr atmosffer o gwmpas y ddaear, efallai na fuasai yr un ohonom wedi clywed am bobl fel Marconi na Hertz! Drwy dreulio ychydig amser yn edrych ar beth sy'n gallu digwydd yn yr atmosffer, efallai y gallwn egluro pam mae hi'n bosib clywed gorsafoedd radio o bedwar ban byd ar y donfedd fer yn hollol glir, tra bo derbyn Radio Cymru ar VHF yn gallu bod yn broblem; pam yr ydym yn clywed lleisiau tramor yn torri ar draws ein rhaglenni teledu ambell dro pan fo'r tywydd yn glir; a pham fod gorsafoedd radio o'r cyfandir i'w clywed ar y donfedd ganol wedi iddi dywyllu, ond nid yn ystod y dydd. Efallai mai'r lle gorau i gychwyn ydy trwy edrych ar y modd arferol y byddwn yn gallu clywed gorsafoedd radio ar y donfedd ganol a'r donfedd hir (MW a LW). Caiff y signal ei yrru o'r orsaf drosglwyddo, a thuedda i ddilyn arwynebedd y ddaear nes caiff ei dderbyn ar ein set radio. Fodd bynnag, mae'r signal yn gwanhau yn weddol fuan wrth ledaenu o'r trosglwyddydd (Dib- ynna'r pellter a gyrhaedda'r signal ar natur y ddaear — gall y tonnau drafaelu ymhellach dros ddwr na thros dir creigiog, er enghraifft). Drwy ddibynnu ar y don sy'n dilyn, arwynebedd y ddaear, cawn ein cyfyngu i bellter cymharol fychan o tua 150-200km. ‘Drych’ uwchben wyneb y ddaear Meddyliwch mor hwylus fuasai cael 'drych' rai cann- oedd o filltiroedd uwchben wyneb y ddaear, a allai adlewyrchu tonnau radio yn ôl at y ddaear. Pe gallem drefnu fod y 'drych' hanner ffordd rhwng y ddwy orsaf radio, yna hawdd fuasai cyfathrebu drwy anelu'r tonnau radio at y 'drych' yma. Ond beth allwn ni ei ddefnyddio fel 'drych'? Doedd dim lloerennau o gwmpas yn adeg Marconi! Ffig.1. Haenau o aer ïoneiddiedig yn yr atmosffer, gan ddangos llwybrau tonnau radio: (1 ) tonfedd ganol (nos); (2) y donfedd fer; (3) VHF. GWYN ROBERTS Efallai y gallwn daflu ychydig o oleuni ar y mater drwy edrych ar gyfansoddiad yr atmosffer o gwmpas ein daear. Fel y dengys Ffig.l, nid yw'r atmosffer yn unffurf. Mae'r rhan fwyaf o'r mecanwaith sy'n rheoli'r tywydd yn digwydd yn y troposffer, sy'n ymestyn o arwynebedd y ddaear hyd at tua 20km. Yn uwch i fyny fodd bynnag, mae'r gwasgedd yn lleihau (e.e. 10-22 oddeutu 400km i fyny), ac yma mae'n bosibl i foleciw- lau ocsigen a nitrogen yn yr aer gael eu ïoneiddio (h.y. eu hollti i ïonau ac electronau) gan ymbelydredd uwch- fioled a phelydr-X o'r haul. Nid yw graddfa'r ïoneidd- iad yn newid yn rheolaidd gydag uchder, ond yn hytrach gwelwn fod haenau yn ymffurfio ar wahanol uchder, gyda lefel uchel o ïoneiddiad o fewn yr haenau. Gelwir y rhain yn haenau D, E, Fl ac F2. Mae'r haen-D yn ffurfio o tua 60-90km o uchder, lle mae'r gwasgedd yn gymharol uchel. Wrth gwrs, gan mai'r ymbelydredd o'r haul sy'n achosi'r ïoneiddiad, gallwn ddisgwyl y bydd lefel yr ïoneiddiad uchaf tua chanol dydd pan fo'r haul uwchben, tra disgynna'n syfrdanol wedi iddi dywyllu. Os daw ton radio i mewn i'r haen, gan wneud i'r electronau symud yn ôl a blaen, yna bydd gwrthdaro mor aml rhwng yr electronau a'r ïonau (oherwydd y gwasgedd gymharol uchel), nes y bydd y don yn colli rhan helaeth o'i hegni fel gwres. Gellir dangos fod tonnau o donfedd hir yn colli mwy o egni na thonnau byrrach o fewn haen o ïoneiddiad fel hyn. Os yw'r amledd yn ddigon isel, gall yr haen amsugno holl egni'r don, ac yn wir dyma sy'n digwydd fel rheol i donnau radio ar y donfedd ganol a'r un hir. Yn ystod y dydd felly, cael ei golli a wna unrhyw signal a yrrir i mewn i'r haen; yr unig ffordd y gall signal ledaenu o drosglwyddydd yw ar hyd wyneb y ddaear, ac fel y soniwyd eisioes dim ond dros bellter gweddol fychan y gall y signal yma drafaelu. Wedi i'r haul fachlud fodd bynnag, mae'r sefyll- fa'n dra gwahanol. Bydd lefel yr ïoneiddiad yn yr haen-D yma yn disgyn yn sydyn, gan ei gwneud yn bosibl i'r tonnau dreiddio drwyddi gan gyrraedd yr haen nesaf i fyny, sef yr haen-E (tua 100-120km o uchder). Mae'r gwasgedd ychydig yn is yma, felly mae'n bosibl na chaiff y don ei hamsugno, ond yn hytrach ei hadlewyrchu oddi ar yr haen. Efallai y buasai'n haws deall hyn drwy feddwl am rai effeithiau yr ydym yn gyfarwydd â hwy yn y maes optegol. (Wedi'r cyfan, yr un math o don yw golau a thonnau radio, ond bod yr amledd yn wahanol). Rydym i gyd wedi gweld gwelltyn yfed mewn gwydraid o ddwr, a hwnnw'n edrych fel pe byddai wedi plygu. Fel y cofiwn o'n gwersi ffiseg, y rheswm am hyn yw fod golau yn gorfod pasio drwy ffin rhwng dau ddeunydd o indecs plygiant gwahanol, sef dwr ac aer, a bod hyn yn plygu'r pelydryn goleuni. O ddilyn yr ymresymiad yma, mae'n bosibl i belydryn gael ei adlewyrchu yn llwyr wrth daro ffin fel hyn ('adlewyrchiad mewnol llwyr'), os yw'r ongl a'r amledd yn addas. O safbwynt y pelydryn, mae'r ffin yn ymddangos fel drych. Dyma'n union beth all ddigwydd i don radio yn yr ïonosffer. Mae'r newid mewn graddfa ïoneiddiad wrth i'r don dreiddio i mewn i'r haen yn cael yr un effaith ar y don â'r gwahaniaeth indecs plygiant ar y pelydryn