Как полярные сияния влияют на распространение радиоволн.
Вид полярного сияния в небе ночью может внушать благоговейный трепет, принимая форму красивого разноцветного свечения, изящно меняющего небо. Цвета обычно зеленые и красные, хотя иногда можно увидеть голубоватые оттенки. Для многих людей полярное сияние — это прекрасное зрелище, но оно также является признаком активности в небе, которая также может привести к значительным изменениям в распространении радиоволн. Для радиолюбителей это может означать ухудшение характеристик на КВ-диапазонах радиолюбителей, тогда как на ОВЧ это может дать возможность для уникальной формы распространения радиоволн. Чтобы радиолюбители могли наилучшим образом использовать эти радиоявления, полезно иметь представление о причинах, по которым они возникают, и о том, как радиосигналы распространяются в этих условиях. Для этого сначала нужно посмотреть на Солнце.
Солнце и его влияние на распространение радиоволн
Солнце производит колоссальное количество энергии, часть которой дает нам свет и тепло здесь, на Земле. Он также генерирует ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, которые влияют на распространение радиоволн. В результате ионосфера формируется в верхних слоях атмосферы, и это позволяет радиоволнам отражаться или, точнее, преломляться обратно на землю, тем самым обеспечивая глобальную радиосвязь в КВ или коротких диапазонах волн. Уровни энергии, исходящие от Солнца, не всегда постоянны. Это, в свою очередь, влияет на состояние ионосферы, что, в свою очередь, влияет на распространение КВ-радиосигналов. Мониторинг солнечной энергии может дать хорошее представление о состоянии коротковолновой радиосвязи, и это может быть использовано пользователями ВЧ-диапазонов, включая радиолюбителей, коротковолновых вещателей и коммерческих пользователей. Иногда на Солнце происходят сильные возмущения, которые могут сильно влиять на условия распространения радиоволн. Солнечные вспышки и другие формы возмущений, известные как выбросы корональной массы, могут полностью изменить состояние ионосферы и вызвать авроральную активность. Из двух типов возмущений в настоящее время считается, что CME являются основной причиной полярных сияний. Эти CME состоят из гигантских извержений на поверхности Солнца, которые выбрасывают в космос огромное количество материала, наряду с этим происходит огромное увеличение уровня испускаемой радиации. В нормальных условиях Солнце излучает вещество, и это образует то, что известно как солнечный ветер. Когда происходят КВМ, солнечный ветер значительно усиливается, и это влияет на Землю, когда он приходит.
Влияние солнечных возмущений на распространение радиоволн
То, как солнечный ветер взаимодействует с землей, довольно сложно. По существу, оно обычно отклоняется магнитным полем Земли, хотя некоторые из них проникают через области вокруг северного и южного полюсов, где поле входит в Землю. Это нормально, никаких побочных эффектов не наблюдается. При солнечном возмущении и повышении уровня солнечного ветра происходят изменения. Наиболее очевидным признаком является то, что видимое полярное сияние освещает северное или южное небо. Это происходит потому, что частицы высокой энергии входят в атмосферу Земли по магнитным силовым линиям, входящим в Землю на полюсах. По мере путешествия они сталкиваются с молекулами в атмосфере, высвобождая положительные ионы и отрицательные электроны. Когда это происходит, генерируется небольшое количество света, и именно это вызывает северное и южное сияние. Увеличение солнечного ветра от возмущения оказывает существенное влияние на распространение радиоволн, что, естественно, вызывает большой интерес у радиолюбителей. Установлено, что частицы проходят через внешние части ионосферы с небольшим эффектом. Однако с уменьшением высоты они достигают слоя Е. Здесь они начинают сталкиваться с молекулами газа, и это очень сильно увеличивает уровень ионизации в этих областях. Результатом этого является то, что ионизация отражает сигналы на гораздо более высоких частотах, чем обычно. Связь может быть хорошо установлена в ОВЧ-диапазоне спектра, и иногда обнаруживаются отражения на частотах примерно до 1000 МГц. Этот верхний показатель является несколько исключительным, хотя нормальный максимум для любительской радиосвязи составляет около 430 МГц. К несчастью для энтузиастов ВЧ-радиолюбителей, многие частицы плазмы перемещаются вниз, в D-слой, где снова сильно повышается уровень ионизации. Здесь повышенный уровень ионизации служит для поглощения радиоволн на гораздо более высоких частотах, чем обычно. Таким образом, большая часть связи в диапазоне HF может быть затемнена. Обнаружено, что в ходе обычного полярного сияния в первую очередь затрагиваются полярные области, и по этой причине поглощение часто называют поглощением полярной шапки (ППШ). Обычно поглощение полярной шапкой ограничено широтами выше 60°, хотя во время некоторых крупных событий оно будет распространяться дальше к экватору.
Ход полярного сияния
Хотя разные события будут сильно различаться от одного к другому, они будут иметь много общего. Часто событие начинается с нескольких небольших вспышек. Это приводит к увеличению уровня солнечной радиации, что приводит к улучшению условий радиосвязи в КВ-диапазоне. Вместе с этим увеличивается и солнечный шум. Эти небольшие вспышки являются лишь предшественником солнечного возмущения, которое вызывает внезапное ионосферное возмущение или SID. В этот момент КВ-диапазоны ненадолго закрываются для ионосферной радиосвязи. Однако они вскоре восстанавливаются, так как увеличивается солнечный поток. Примерно через 20-30 часов после солнечной активности ударная волна солнечного ветра достигает земли, вызывая магнитную бурю. Радиосвязь на КВ-диапазонах прерывается, и начинается полноценное полярное сияние. В этот момент усиливается распространение УКВ-радиосигналов, и можно устанавливать контакты на расстоянии в несколько сотен километров. Затем, достигнув пика, полярное сияние заканчивается, и КВ-диапазоны медленно восстанавливаются, причем в первую очередь становятся пригодными для использования низкие частоты.