Už jste slyšeli o SID monitoringu?
Že ne? Nedivím se. I když je to metoda známá od roku 1965, do nedávna nebyla vyžívána. Tak si pojďme říct, o co jde.
Od začátků radiového vysílání se radisté potýkali s podivným jevem. Někdy jejich signál doslova obletěl svět, jindy měli problém dovolat se do nedaleké destinace.
Postupně, vývojem radiotelegrafie a pozdějšího rozhlasového vysílání, zjišťovali, že radiové vlny o různých délkách, mají odlišné vlastnosti. A nyní budeme mluvit především o dlouhých vlnách.
Co se o nich dočteme na Wikipedii:
Dlouhé vlny (zkratka DV, případně LW či LF z anglického Long wave a Low frequency) je pásmo elektromagnetických vln o frekvenci mezi 30 kHz až 300 kHz, čemuž odpovídá délka vlny 10 km až 1 km. Vyznačuje se spolehlivým šířením pozemní (přímé) vlny na velké vzdálenosti, proto se používá pro navigaci, komunikaci a rozhlasové vysílání, které mají pokrýt velká území. Dlouhovlnný vysílač ovšem vyžaduje velký výkon a vysoké vysílací antény (stožáry).
A dlouhé vlny mají ještě jednu zvláštnost, odráží se v ionosféře. Jejich schopnost odrazu je ale závislá na stavu ionosféry. Čím více je ionosféra narušena, tím hůře odráží vysílání na dlouhých vlnách. Logicky se naskýtá otázka, co tuto ionosféru narušuje.
Tím „narušitelem“ je sluneční aktivita, která má přímý vliv na D vrstvu ionosféry. O co jde, pokud použijeme přesnou definici:
Vrstva D je nejnižší ionosférická vrstva, zhruba ve výškách mezi 50–90 km. Ionizovány jsou molekuly NO zářením na čáře Lyman-α Lymanovy série (121,5 nm), dále molekuly N2 a O2 pomocí rentgenového záření. Dochází i k záchytu elektronů a ke vzniku záporných iontů. V noci v této vrstvě rychle klesá koncentrace iontů v důsledku vysoké koncentrace plynu a tím i vysoké srážkové frekvence, ale vrstva v malé míře přetrvává kvůli ionizaci kosmickým zářením. Právě tato vrstva je zodpovědná za útlum v pásmu HF ve dne. V noci se příjem na těchto frekvencích (vysílání AM) zlepšuje.
Takže, jednoduše řečeno, čím silnější je během dne sluneční aktivita (např. erupce), tím větší narušení ionosféry tu máme. Když z vysílače pošleme signál na dlouhých vlnách, on se nám od ionosféry odrazí a budeme vyhodnocovat úroveň signálu z odražené vlny.
Monitorování D vrstvy ionosféry pomocí SID monitorů
Proč sledovat D vrstvu ionosféry
Ionosféra je oblast atmosféry ve výškách přibližně 50–500 km, kde sluneční UV a rentgenové záření ionizuje řídký plyn a vytváří plazmasidstation.loudet.org. Její nejnižší část – D vrstva – se nachází zhruba mezi 50–90 km. Za normálních okolností má nízkou ionizaci a silně absorbuje velmi dlouhé (VLF), střední (MF) a nízké krátké (HF) rádiové vlny.
Když však na Slunci dojde k erupci, prudký nárůst UV a zejména rentgenového záření způsobí náhlé zvýšení ionizace D vrstvy. Tento jev se nazývá SID – Sudden Ionospheric Disturbance (náhlá ionosférická porucha). SID vede k dramatickým změnám v šíření rádiových vln, které lze velmi dobře detekovat.
Princip SID monitorů
SID monitory jsou jednoduché, ale velmi účinné přijímače pracující v pásmu VLF (3–30 kHz). Sledují amplitudu nebo fázi signálu vzdálených VLF vysílačů. Tyto signály se šíří částečně podél zemského povrchu a částečně odrazem od D vrstvy.
Jak SID monitor funguje
- přijímá stabilní signál známého VLF vysílače
- měří jeho amplitudu (případně fázi) v čase
- jakmile dojde k ionosférické poruše, mění se odrazové podmínky a tím i síla signálu
- tyto změny se zaznamenávají jako charakteristické „výkyvy“ – typické pro sluneční erupce AAVSO
SID monitor tak nepřímo detekuje rentgenové a UV záření ze Slunce, protože právě ono způsobuje ionizaci D vrstvy.
Co lze pomocí SID monitorů zjistit
SID monitory umožňují:
Detekci slunečních erupcí
Sluneční erupce produkují intenzivní rentgenové záření, které dorazí k Zemi během 8 minut a okamžitě zvýší ionizaci D vrstvy. SID monitor zaznamená prudký nárůst nebo pokles amplitudy signálu.
Studium dynamiky D vrstvy
Záznamy ukazují:
- denní/noční cyklus ionizace
- sezónní změny
- vliv geomagnetické aktivity
- rychlost rekombinace elektronů po erupci
Detekci extrémních kosmických jevů
Některé citlivé SID systémy dokážou zachytit i gama záblesky (GRB), které rovněž krátkodobě ionizují D vrstvubackyardastronomy.net.
Konstrukce a provoz SID monitoru
SID monitory jsou často domácí konstrukce – jednoduché přijímače s feritovou nebo drátovou anténou, připojené k počítači, který ukládá data. Instrukce pro stavbu poskytují například programy AAVSO a Stanford Solar CenterAAVSO.
Typické komponenty:
- VLF přijímač (např. zvuková karta)
- anténa (nejčastěji smyčková)
- zvuková karta nebo digitizér
- software pro záznam a analýzu
Výhodou je nízká cena a možnost provozu i v amatérských podmínkách.
Interpretace dat
Záznamy SID monitorů mají podobu časových řad amplitudy signálu. Typické projevy:
Náhlý vzestup amplitudy
Odpovídá zvýšené ionizaci – typické pro X‑ray flares.
Náhlý pokles
Může znamenat změnu odrazové výšky nebo absorpce.
Dlouhá relaxace
Po erupci trvá D vrstvě minuty až hodiny, než se vrátí do normálního stavu.
Význam SID monitorů
SID monitory mají velký význam pro:
- vědecký výzkum
- sledování sluneční aktivity
- studium ionosféry
- validaci modelů šíření rádiových vln
- vzdělávání
- Stanford Solar Center provozuje celosvětovou síť školních SID stanic, které umožňují studentům sledovat sluneční erupce v reálném čase
- amatérskou radioastronomii
- Radioamatéři mohou přispívat do globálních databází SID událostí.
Monitorování D vrstvy ionosféry pomocí SID monitorů představuje jednoduchý, levný a přitom velmi účinný způsob, jak sledovat sluneční aktivitu a její dopad na Zemi. SID monitory umožňují detekovat sluneční erupce, studovat ionosférické procesy a přispívat k vědeckému výzkumu i v amatérských podmínkách.
A co k tomu potřebujeme?
Už zmiňovaný vysílač o velkém výkonu s vysokou anténou, anténu nejlépe kruhového tvaru o průměru alespoň jeden metr, malý zesilovač a PC se správným softwarem.
A kde vzít vysílač s velkou anténou a velkým výkonem? Kupodivu nikde, oni nám tuto službu zdarma poskytují armády celého světa, nebo alespoň ty státy, které vlastní ponorkové loďstvo. Oni si klidně komunikují se svými ponorkami, nás nezajímá, o čem vedou debatu, nás jen a jen zajímá síla signálu z takového vysílače, která se odražená dostává k nám, do našeho přijímače.
Seznam několika vysílačů v Evropě:
| Země | Stanice | Kmitočet [kHz] | Výkon [kW] | Kód |
| Británie | Anthorn | 19.6 | 500 | GBZ |
| Island | Keflavik | 37.5 | 100 | NRK |
| Itálie | Tavolara | 20.27 | 43 | ICV |
| Francie | Rosnay | 15.1 | 400 | HWU |
| Francie | St. Assise | 16.8 | 23 | FTA |
| Francie | LeBlanc | 18.3 | – | HWU |
| Německo | Rhauderfehn | 23.4 | 500 | DHO38 |
| Norsko | Noviken | 16.4 | 45 | JXN |
| Turecko | Bafa | 26.7 | – | TBB |
Vysílač máme. Jako anténu můžeme použít profesionální výrobek, anebo si ji zhotovit sami. Přibližně 100 až 150 metrů smaltovaného drátu navineme na rám o stranách 1 m.
Fantazii a šikovnosti se meze nekladou. Oba konce drátu přiletujeme na klasický jack, např. od sluchátek k MP3 a podobně. Musíme ale zvolit takovou velikost jacku, která nám „pasuje“ do zdířky na mikrofon na vašem PC.
Do počítače pro začátek doporučuji nainstalovat program Spectum Lab, který je zdarma ke stažení na http://www.qsl.net/dl4yhf/spectra1.html a zvolit v nastavení SID monitor. Pozorně si pročtěte manuál a často kladené otázky. A také doporučuji projít si na internetu nějakou literatury anebo, a to je úplně nejlepší, navštívit naší hvězdárnu v Karlových Varech. Pokud je všechno správně zapojeno, podařilo se vám „nepřetrhnout“ drát, tak pak by se na monitoru počítače měl objevit běžící graf.
Co na grafu uvidíme a jak ho správně vyhodnotit.
Na grafu vlastně vidíme sílu signálu odraženého od ionosféry. Musíme si uvědomit, že D vrstva vzniká při východu Slunce a s jeho západem zaniká. Takže nejnižší bod na grafu je začátek svítání, během dne až k poledni graf mírně stoupá a potom začne klesat, kdy při západu Slunce dosáhne druhé minimum.
Pokud během dne dojde ke zvýšené sluneční činnosti, ta se nám projeví prudkým „vyskočením“ na grafu. Podle stupně intenzity a orientace antény může být ten skok směrem nahoru anebo dolu.
To je jen malý nástin toho, jak se se SID monitorem pracuje Ono totiž využití téhle techniky má mnohem víc možností, od zachycení bolidů, až k monitoringu další atmosférických jevů.
Ale to všechno se už dozvíte na naší hvězdárně.
Pokud si chcete sestavit vlastní SID monitor, můžou se vám hodit obrazový návod na nastavení software (PDF) pro vyhodnocování zachycených signálů, podrobnější brožura (PDF) a krátký videonávod (1:20 minut).
Potřebný software najdete na tomto odkazu.
Jestli vás zajímá, co se děje na SID monitorech v noci, přečtěte si podrobnosti v přiloženém článku (PDF).