|
Saule un radiokomunikācijas Pašlaik, varbūt pašiem to nemanot, dzīvojam Saules aktivitātes maksimuma periodā. Tāpēc šai rakstā aplūkota Saule, tās aktivitātes izpausmes un iespaids uz radioviļņu izplatīšanos.
Vidējie viļņi naktī un īsie viļņi visu diennakti lielākos attālumos izplatās, atstarojoties no jonosfēras slāņiem. To jonizācijas pakāpi radioviļņu atstarošanās spēju nosaka Saules ultravioletais (UV) starojums. Tātad radioviļņu izplatīšanos nosaka sistēmas Saule Zeme savstarpējais stāvoklis, precīzāk, diennakts un gada laiki, kā arī uztvērēja unraidītāja trases ģeogrāfiskais izvietojums. Šīs radioviļņu izplatīšanās izmaiņas ir zināmas un vienkārši prognozējamas mierīgas Saules gadījumā.
Nemierīgā SauleTaču Saule ir mierīga tikai neilgu laiku. Piemēram, iepriekšējais relatīvā miera un klusuma periods bija 1996. gada rudenī. Parasti Saule ir aktīva. Tad uz šīs plazmas bumbas virsmas vērojamas gigantiskas vētras un virpuļi. Ar Saules aktivitāti saprot parādību kopumu, kas saistās ar Saules plankumu, lāpu, protuberanču un uzliesmojumu, kā arī elektromagnētiskā (EM) starojuma un korpuskulu plūsmu palielināšanos. EM starojums izpaužas ļoti plašā frekvenču diapazonā. Sākot no g stariem, kas reģistrēti gan tikai uzliesmojumu laikā, rentgenstarojuma,UV starojuma, optiskā un infrasarkanā starojuma (trīs galvenie starojuma veidi) un beidzot ar milimetru, centimetru un pat metru radioviļņiem. No ļaundabīgiem starojumiem mūs pasargā atmosfēras ozona slānis. Saules aktivitātei raksturīgs cikliskums jeb atkārtojamība.
Saules aktivitātes cikliJa Saule ir aktīva, uz tās vērojami plankumi. Aktivitāti var raksturot ar Saules plankumu aizņemto summāro virsmas laukumu, Saules radioizstarojumu uz 10,7 cm viļņa, rentgenstarojuma intensitāti u. c. parametriem. Tomēr visērtāk to izteikt ar Saules plankumu (SP) skaitu. Cilvēce SP pazīst jau izsenis seno ķīniešu leģendās tie pieminēti kā melni putni, kas laidelējas pāri Saules virsmai.
Mūsdienu izpratnē SP reģistrēti kopš 1700. gada, taču tikai ar SP maksimumu 1760. gadā tos sāka numurēt. Reģistrēšanai izmanto nevis absolūto SP skaitu, bet gan relatīvo skaitu jeb t. s. Volfa skaitļus (w), ko iegūst pēc īpašas metodikas (skat., piemēram, [1]). Volfa skaitlis raksturo ne tikai atsevišķu plankumu daudzumu, bet ietver informāciju arī par SP grupām. SP cikliskās izmaiņas kopš 1900. gada dotas 1. zīm., kurā izmantoti nogludinātie jeb vidējotie Volfa skaitļi. Vidējais ciklu ilgums no viena maksimuma līdz nākošajam ir 11,1 gads. Maza maksimuma cikliem tas ir nedaudz garāks 11,5 gadi, bet liela maksimuma īsāks, 10,7 gadi. Tāpat statistika rāda, ka maza maksimuma cikliem augšanas un dilšanas laiks aptuveni sakrīt (ņ5,75 gadi), bet liela augšupejošā daļa parasti ir īsāka (ņ3,5 gadi) nekā lejupejošā (ņ7,3 gadi).
Kopš 1760. gada reģistrētos ciklus pēc Volfa skaitļu lieluma var iedalīt šādās grupās (skat. 1. tabulu). Saules plankumu fizikaTumšie SP ir par 1000Ö1500°K vēsākas vietas Saules pārkarsēto gāzu verdošajā plazmas okeānā (2. zīm.). Atsevišķu SP vai to grupu mūžs svārstās no stundām līdz dažiem mēnešiem, bet to daudzums un aizņemtais laukums mainās līdz ar ciklu periodu. SP aizņemtās platības var būt milzīgas lielāko plankumu grupu lineārie izmēri ir pārsnieguši ceturtdaļmiljona kilometru. Tāpēc šādus un līdzīgus veidojumus izdodas novērot caur tumšu stiklu pat ar neapbruņotu aci.
Lokālais magnētiskais lauksSP parādās grupās, un diviem lielākajiem no tiem ir spēcīgs lokāls (vietējais) magnētiskais lauks, kura intensitāte var pat 5000 reižu pārsniegt Saules polāro magnētisko lauku. Šāds bipolārs veidojums līdzīgs gigantiskam pakavveida magnētam, kas iegremdēts Saulē un kura gali plankumu vietās izspiežas uz Saules virsmas. Lokālie magnētiskie lauki, kas, šķiet, arī ir SP izcelsmes iemesls, ģenerējas Saules plazmas nevienmērīgas, t. s. diferenciālās rotācijas rezultātā. Atšķirībā no Zemes, Saules leņķiskais rotācijas ātrums ekvatoriālajiem apgabaliem ir lielāks, polārajiem mazāks. Sinodiskais jeb no Zemes novērojamais apgriešanās periods pirmajiem ir 27 diennaktis, betpola rajoniem 41 diennakts. Saules pētnieki pieņem, ka Saules iekšējie slāņi var rotēt vēl straujāk.
Sprādzieni uz SaulesLielās intensitātes lokālo magnētisko lauku enerģija nepāriet citā enerģijas veidā vienmērīgi un pakāpeniski, kā, piemēram, tas notiek LC svārstību kontūrā. Uz Saules tas notiek pēkšņa, nestacionāra uzliesmojuma veidā. Uzliesmojums ir jaudīgākais Saules aktivitātes izpausmes veids, kas spožuma ziņā pārspēj pārējo Saules daļu. Tas ir grūti prognozējams kolosāls sprādziens (dažreiz tosērija), kura laikā atbrīvojas enerģija, kas tūkstoš reižu var pārsniegt to, kas izdalījusies uz zemeslodes spridzinātām megatonnu ūdeņraža bumbām! Uzliesmojuma laikā triecienvilnis starpplanētu telpā izmet milzu plazmas mākoni. Spēji pieaug līdz 1000 km/s paātrinātu lādētu daļiņu (protonu, elektronu, jonu u. c.) korpuskulu plūsma, kā arī EM starojums.
Uz Saules var notikt arī mazāki sprādzieni. Parasti protuberances ļoti lieli plazmas izvirdumi Saules atmosfērā SP vietās pakāpeniski norimst. Bet protuberances var arī uzsprāgt!
Saules īpatnībasSP grupām Saules ziemeļu un dienvidu puslodē magnētisko lauku polaritāte rietumu un austrumu pusē esošiem plankumiem ir pretēja. Ar katru jaunu aktivitātes ciklu šī lauku polaritāte mainās uz pretējo! Līdzīgi uzvedas Saules polārais magnētiskais lauks. Tādējādi atgriešanās pie bijušās magnētisko lauku struktūras notiek ar 22 gadu periodu.
Pašreiz Saules pētnieki cenšas atrisināt citu mīklu kāpēc Saules ārējās atmosfēras (koronas) temperatūra pārsniedz Saules virsmas temperatūru par vairākām kārtām? Šim nolūkam tiek izmantoti galvenokārt ar speciālu aparatūru aprīkoti satelīti (japāņu-angļu-amerikāņu YOHKOH, amerikāņu NASA SOHO u. c.) (3. zīm.).
Jonosfēras slāņiSaules UV starojuma rezultātā Zemes augšējā atmosfērā jonosfērā izveidojas četri slāņi, kas arī nosaka radioviļņu izplatīšanos. Tie ir D, E, F1 un F2, kuri atrodas atbilstoši 70, 110, 200 un 280Ö480 km augstumā virs Zemes. Dienas laikā F2, F1 un E slānis radioviļņus atstaro, bet D slānis tos absorbē. Naktī F1 un D slānis izzūd. F2 slānī brīvo elektronu koncentrācija ir vislielākā (apmēram miljons elektronu uz 1 cm3). Šis slānis atrodas arī visaugstāk virs Zemes. Šo iemeslu dēļ tam ir vislielākā nozīme, izmantojot īsvilņus tāliem radiosakariem.
Radioviļņu izplatīšanās - Vidējie viļņiDienas stundās tie izplatās tikai virsmas jeb zemes viļņu veidā. Tos absorbē zemes virskārta. Telpas viļņus savukārt ļoti efektīvi absorbē D slānis. Naktī, kad D slānis ir izzudis, vidējos viļņus labi atstaro E slānis raidstacijas kļūst dzirdamas daudz lielākos attālumos.
Radioviļņu izplatīšanās. Īsie viļņiŠai diapazonā (frekvences virs apmēram 6 MHz) radioviļņu izplatīšanos nosaka tikai telpas jeb no jonosfēras slāņiem atstarotais vilnis. Jonosfēras apakšējos slāņos maz absorbējoties, tiear niecīgiem enerģijas zudumiem nonāk līdz F2 spogulim, kas tos atstaro atpakaļ uz Zemi. Iespējama daudzkārtēja atstarošanās no Zemes un F2 slāņa. Tā kļūst iespējami sakari ļoti lielos attālumos (4. zīm.). Atkarībā no viļņu garuma (frekvences) īsviļņi izplatās dažādi. 49 un 41 m viļņi līdz apmēram 1000 km labi izplatās pa dienu, bet lielākos attālumos tikai vakarā, naktī un no rīta. 31 un 25 m viļņi lielākos attālumos izplatās gandrīz vienlīdz labi kā dienā, tā naktī. Uztveršana maz atkarīga arī no gadalaikiem.
Saules aktivitāte praktiski iespaido t. s. dienas diapazonus. Tie ir 19, 16, 13 un 11 m radiofonijas frekvenču diapazoni vai tiem klātpieguļošās dienestu un radioamatieru joslas (skat. 2. tabulu).
19 m un sevišķi 16 m joslā izplatīšanās uzlabojas Saules aktivitātes maksimuma periodos. 13 m un 11 m joslās radiostacijas praktiski (ar retiem izņēmumiem) dzirdamas tikai maksimumu periodos. Minimuma gados tās ir gandrīz tukšas. Sevišķi tas attiecas uz 11 m joslu.
Kritiskā frekvence un MLFLai gan Volfa skaitļi nebūt nav vienīgā Saules aktivitātes mēraukla, tomēr mēneša vidējieVolfa skaitļi un jonosfēras slāņu jonizācija ir lielumi ar ļoti augstu korelācijas pakāpi [1]. Radiokomunikācijām bieži ievieš kritiskās frekvences jēdzienu. Tā ir augstākā frekvence, kura jonosfēras slāņiem vēl neizspiežas cauri, bet kuru uztvērējs var uztvert kā atbalsi, raidot radioviļņu impulsu vertikāli augšup. To, kā kritiskās frekvences f° vērtību (MHz) ietekmē dienas un gadalaiki Saules aktivitātes minimuma un maksimuma periodos, rāda 5. zīm. Raidot radiovilni pret jonosfēras slāni zināmā leņķī, atstarojas arī 1Ö3,5 reizes augstākas frekvences. Tās ir t. s. maksimāli lietojamās frekvences (MLF): fMLF= f” sec j (kur j skat. 4. zīm.).
Vairākkārtēji atstarojoties no jonosfēras un Zemes virsmas, radioviļņi absorbējas vismazāk, ja to frekvence tuvaMLF. Radiofonijas, dienestu (kuģniecība, aviācija u. c.) īsviļņu radiosakaru darbiniekiem, kā arī radioamatieriem nepieciešams zināt, kā mainās atbilstošās frekvences no Saules aktivitātes cikla fāzes. Pirmajā tuvinājumā kritiskās frekvences un MLF (pie j=70”) atkarību no mēneša Volfa skaitļiem var noteikt ar 3. tabulu.
Dažreiz precīzākus datus izdodas iegūt, lietojot speciālas kritisko frekvenču un to prognožu kartes, kuras sastāda Krievijas ZA Zemes magnētisma, jonosfēras un radioviļņu izplatīšanās pētīšanas institūts, Zinātnisko un industriālo pētījumu departaments Anglijā un atbilstošās iestādes Francijā, ASV un Austrālijā [3]. Kritisko frekvenču vērtības iegūst, apkopojot ļoti daudzo jonosfēras staciju un satelītu (krievu KOSMOS1809, japāņu ISS-B u. c.) datus, kuri jonosfēras slāni F2 zondē no augšas, t. i., kosmosa puses.
23. ciklsPašreizējā Saules aktivitātes ciklā (6. zīm.) vidējotais SP daudzums pārsniedz 100, februārī tas bija 112,3, martā 138,2, tāpēc galvenās radiokompānijas kopš pagājušā gada rudens izmantoja pārraidēm 11 m joslu: Radio France International (RFI) 25820 kHz (500 kW raidītājs Isudenā), Deutsche Welle 25740 kHz (500 kW raidītājs Vertehtālē) un Radio Australia 25725 kHz (300 kW raidītājs Darvinā). Atdzīvojies 13 m diapazons (datus par radiostacijām skat. SP 1998, 4(12), 101.lpp.). Ļoti spēcīgi raidstaciju signālipašlaik ir 16 m un 19 m joslā. Piemēram, BBC Londona 17640 kHz, Voice of America 15205 kHz (no pulksten 7.00 līdz 9.00 no rīta), BBC Londona krievu valodā 15260 kHz un 17695 kHz (no pulksten 14.00 līdz 14.30), RFI Parīze krievu valodā 15195 kHz un 17805 kHz (no pulksten 15.00 līdz 15.30) utt.
Kāda būs 23. cikla turpmākā gaita? Novērots, ka nepāra numura cikli parasti ir ar lielāku maksimumu, salīdzinot ar iepriekšējo pārskaitļa ciklu. Saules pētnieki Eiropā izvirzījuši divējādas prognozes. Pirmā apgalvo, ka maksimumu esam gandrīz jau pārdzīvojuši, otra maksimums būs tikai gada beigās (6. zīm.).
Uzliesmojumi bojā ne tikai radiosakarus1,5Ö2,0 diennaktis pēc uzliesmojuma uz Saules Zeme tiek pastiprināti apbērta ar lādētām daļiņām, kuras, uzķeroties Zemes magnētiskajā laukā, ietriecas jonosfēras slāņos un stratosfērā, sevišķi polārajos apgabalos. Tas savukārt izraisa Zemes magnētiskā lauka variācijas (izmaiņas), sajauc regulāros jonosfēras slāņus, izraisa ozona satura samazināšanos stratosfērā. Naktīsredzamas polārblāzmas, īsviļņu radiosakari pasliktinās vai vispār izzūd, turklāt tas var ilgt pat veselu diennakti. Var rasties kļūmes satelītu aparatūras darbībā, radioaktīvais g starojums var apdraudēt kosmonautus.
Parādās liecības, ka uzliesmojumi uz Saules iespaido arī stipro strāvu iekārtas un sistēmas. Piemēram, ļoti spēcīgā magnētiskā vētra 1989. gada 13. martā izraisīja avāriju elektropārvades apakšstacijās un līnijās, Kvebekas provincē (Kanāda) un ASV seši miljoni cilvēki palika bez elektrības deviņas stundas! Vai tas ir iespējams? Zeme ar savu magnētisko lauku darbojas kā magnetohidrodinamiskais ģenerators, kas pārvērš t. s. Saules vēja plazmu jonosfēras strāvās. Šīs strāvas strauji pieaug Zemes magnētiskā lauka variāciju laikā un var radīt pārspriegumus elektropārvades līnijās [5].
Arnolds VĪTOLS |
|
