Cum activitatea radioamatorilor pasionați de DX-uri în unde scurte depinde în mod esențial de activitatea solară, vă propun în cele ce urmează o evaluare a actualului ciclu solar, precum și a implicațiilor viitoare asupra propagării.
În principiu, ”nimic nou sub soare”, activitatea solară trece prin minime si maxime, cu o periodicitate de cca. 11 ani. Cum activitatea solară afectează în mod considerabil propagarea la mare distanță în benzile de unde scurte, efectele acesteia se observă cu fidelitate în numărul de DX-uri lucrate, în special către zonele mai dificile, aflate la antipod sau pe circuite transpolare.
Pentru radioamatorii care au în spate experiența unei activități desfășurate pe durata câtorva cicluri solare, schimbările care se produc în propagare pe parcursul unui ciclu solar nu mai reprezintă o surpriză. Pentru cei care se află la început însă, schimbările ce se produc sunt uneori mai dificil de înțeles și rezultatele din trafic sunt greu de corelat cu numeroșii parametri solari ce sunt disponibili astăzi pe numeroase saituri.
Fig.1
Există fenomene solare care afectează propagarea pe durate scurte (erupții solare, schimbări sezoniere ale ionosferei, etc.), după cum există fenomene ce afectează propagarea pe durată lungă de timp (ciclurile solare).
Ca exemplificare legată de parametrii ce afectează propagarea pe durată scurtă, iată în Fig1. un web widget creat de NØNBH și care este folosit de multe saituri pentru radioamatori. Acesta furnizează în timp real, principalele date solare precum și o evaluare brută a condițiilor de propagare. Destul de criptice la prima vedere, toate aceste date de mare utilitate nu fac însă obiectul acestui articol, fiind explicate în cartea Radiotehnica Vol. II.
Ciclul solar afectează propagarea pe durate lungi de timp. Schimbările de propagare între perioadele de minim si maxim, deși lente, au efecte majore asupra frecvenței maxim utilizabile (MUF). În anii de minim, benzile superioare de unde scurte (în special benzile de 10m, 12m sau chiar 15m) sunt rareori deschise chiar și ziua, propagarea în această situație depinzând mai mult de stratul Es (E sporadic- puțin dependent de activitatea solară). În anii de maxim solar, când frecvența maxim utilizabilă (MUF) crește la peste 30MHz, aceleași benzi pot fi deschise nu numai ziua dar uneori și pe o bună parte a nopții.
Deși progrese considerabile în înțelegerea fizicii solare au fost făcute în special în ultimii 50 de ani, nivelul de înțelegere a fenomenelor solare este încă redus și în consecință există o doză substanțială de incertitudine în evoluția și predicția ciclurilor solare. Rareori două cicluri solare sunt la fel și de aceea chiar și pentru radioamatorii cu o experiență ce se întinde pe durata multor cicluri solare, apar destule surprize de la un ciclu solar la altul.
Oamenii de știință care urmăresc activitatea solară pot face predicții legate de evoluția acestora, pe baza studiilor sistematice directe ale activității solare ce au fost făcute pe parcursul ultimelor sute de ani. Mai recent, au apărut metode indirecte prin care se poate deduce evoluția ciclurilor solare pe perioade de mii de ani, prin analiza schimbărilor câmpului magnetic și a radiațiilor galactice în diverse obiecte, ce pot fi precis datate.
Încă înainte de începerea ciclului solar 24, cei mai mulți cercetători au prezis un ciclu solar cu o activitate mai redusă decât cea din ciclul solar precedent. Odată început un nou ciclu solar, predicțiile referitoare la modul de desfășurare cresc substanțial în acuratețe. După parcurgerea unui minim prelungit la sfârșitul ciclului solar 23, și ciclul 24 s-a înscris în mare pe prognoza inițială.
Actualmente ne aflăm deja pe panta descendentă a ciclului solar 24, al cărui minim este așteptat cândva între anii 2020 - 2021. Vezi Fig.2.
Fig.2
Graficul prezintă valorile medii anuale (albastru), valorile medii lunare (maro) și valorile prezise la începutul ciclului solar 24 (roșu). Se observă că după cum a evoluat ciclul solar 24 până în prezent, activitatea solară este chiar ceva mai redusă decât estimarea inițială (cu roșu). Este ciclul solar cu cea mai redusă activitate din ultima sută de ani!
Atunci când este evaluată activitatea solară, de obicei se consideră numărul mediu de pete solare sau valoarea medie a fluxului solar. Iată însă în Fig.3 și un mod de a evalua minimele solare, prin prisma numărului de zile într-un an în care nu s-au produs pete solare, pe parcursul ultimelor șase minime solare.
Fig.3
Se poate astfel vedea că începând cu ciclul solar 20, numărul de zile fără pete solare din perioadele de minim solar a fost în permanentă creștere. Pe perioada minimului solar de la sfârșitul ciclului solar 23 au fost însă de aproape 3 ori mai multe zile fără pete solare decât în precedentele 4 minime solare. În cca. 70% din zilele din anii 2008 și 2009 nu s-au înregistrat pete solare, ceea ce arată cât de profundă a fost căderea în activitatea solară. (Fig. 3 folosește noul sistem de numerotare a petelor solare- V2). Graficul anterior are la bază date publicate de www.spaceweather.com și K9LA.
Fără îndoială că numărul de pete solare și fluxul solar este important pentru gradul de ionizare al ionosferei, însă starea ionosferei depinde nu doar de intensitatea radiațiilor solare ionizante, dar și de activitatea geomagnetică.
Se cunoaște faptul că Soarele emite înafară de radiații (cu spectru foarte larg) și așa numitul vânt solar, compus în bună măsură din protoni dar și alte particule. În special în perioada unor erupții solare puternice, cantități enorme de materie sunt aruncate în spațiu de către Soare, vântul solar crescând substanțial atât în viteză dar și în densitate. Vântul solar interacționează cu câmpul magnetic terestru, putând produce perturbarea puternică a acestuia. Fenomenul este cunoscut sub numele de furtună geomagnetică. O activitate geomagnetică ridicată are ca efect reducerea densității straturilor ionizate F și chiar E, ceea ce determină reducerea frecvenței maxim utilizabile MUF, precum și creșterea zgomotului benzii.
Chiar și atunci când fluxul solar este suficient de ridicat, în cazul unei activității geomagnetice ridicate MUF poate să coboare substanțial și în special pe benzile superioare de unde scurte propagarea se închide. Cât de profundă este această cădere în propagare, depinde de mărimea activității geomagnetice. Efectele furtunilor geomagnetice sunt resimțite diferit pe diverse zone geografice. Cele mai afectate sunt zonele apropiate de poli, zonele subecuatoriale fiind cele mai puțin afectate. Ca de obicei, circuitele radio polare sunt afectate primele.
Indicii geomagnetici care trebuie urmăriți în acest caz sunt indicii K și A. Importanța acestor coeficienți este subliniată de faptul că, multe saituri pentru radioamatori prezintă măcar coeficientul K (Kp-la nivel planetar), ce este reactualizat la fiecare 3 ore.
Pe parcursul ciclului solar, activitatea geomagnetică atinge un maxim care este de regulă defazat față de maximul solar, atingând un vârf la puțină vreme de la începerea perioadei descendente. Aceasta are efecte foarte defavorabile asupra propagării în unde scurte, amplificând efectele unei activități solare aflată deja în scădere. Rezultă că la un număr mediu de pete solare identice, condițiile de propagare sunt mai proaste în general pentru perioada imediat după maximul solar, comparativ cu perioada ce precede maximul.
Iată în Fig.4 și evoluția coeficientului Ap- (oranj) la nivel planetar (A este o mărime liniară derivată din media zilnică a coeficientului logaritmic K), în raport cu numărul de pete solare (verde). Se observă defazajul între maximul solar și apariția maximului din activitatea geomagnetică, care amplifică efectele defavorabile ale scăderii numărului de pete solare, respectiv scăderea fluxului solar.
Fig.4
Activitatea geomagnetică are efecte mai importante asupra propagării în unde scurte decât o schimbare de scurtă durată în mărimea fluxului solar (respectiv mărimea radiațiilor ionizante produse de Soare). Efectele unei furtuni magnetice pot fi notabile chiar și când fluxul solar este ridicat (>170), putând duce la degradarea completă a comunicațiilor în benzile de 10, 12 si chiar 15m. Evident dacă activitatea solară este redusă, pot fi afectate chiar și benzile de 20, 30 și chiar 40m.
Activitatea geomagnetică depinde nu doar de densitatea și viteza vântului solar dar și de polaritatea câmpului magnetic solar în raport cu cel terestru. Motivul pentru care uneori, la aceeași viteză și densitate a vântului solar efectele geomagnetice sunt foarte diferite, se datorează polarității magnetice diferite a câmpului magnetic solar în raport cu cel terestru (componenta Bz). Interesant este că se poate constata și o periodicitate sezonieră în mărimea activității geomagnetice, cu maxime ce se ating de regulă în preajma echinocțiilor. Acesta reprezintă însă un factor ce diminuează îmbunătățirea periodică a propagării ce apare în exact aceeași perioadă de timp. Cauzele activități geomagnetice crescute în aceste perioade rămâne o enigmă pentru cercetătorii ce studiază aceste fenomene.
Cum va evolua ciclul solar curent? Se cunoaște cu aproximație perioada de timp când se va atinge minimul solar (cca. 2020-2021). Ce urmează este însă mai dificil de prezis. Înafară de variațiile din activitatea Soarelui cu o perioadă medie de cca. 11 ani, există si alte variații cu perioade de timp mai lungi, cum ar fi ciclul magnetic solar cu o perioadă de 22 de ani, ciclul Gleissberg cu o periodicitate de cca. 10 cicluri solare și altele. Există și variații ciclice cu o periodicitate relativ scurtă, de cca. 154 de zile și în special perioada de rotație a Soarelui, cu durata de 27 de zile.
Un număr mare de cercetători prezic cicluri solare cu intensitate din ce în ce mai redusă, ce în final vor culmina cu un nou minim Moudner. Minimul Moudner s-a produs pe perioada 1645-1715, când numărul de pete solare a fost extrem de redus, uneori trecând chiar și ani până la apariția unei singure pete solare. Minimele solare afectează nu doar propagarea dar au și implicații asupra climei, deși mecanismul intim prin care clima este afectată este foarte puțin înțeles. Adevărul este că deși unele observații tind să justifice această predicție pesimistă, tot ce putem spune este că în acest moment există puține certitudini și foarte multe speculații. În cel mai bun caz putem discuta doar în termeni de probabilități.
Ciclul solar 19 a fost de de departe ciclul cu cea mai intensă activitate pe durata secolului trecut. Radioamatorii care au fost activi pe perioada ciclului 19 (vârful în 1958) povesteau cu nostalgie despre DX-urile extraordinare lucrate, cu puteri de doar 15-20W si antene improvizate (burlan, sârmă galvanizată pentru întins rufe, ori tablierul metalic al patului...hi, hi). Sună a povești vânătorești?... Sigur, în acea perioadă de timp nivelul zgomotului radioelectric nu era nici pe departe atât de intens ca astăzi. Creșterea nivelului de zgomot (în medie cu 3-4 puncte S în zonele urbane) se pare că a fost compensată de radioamatorii de astăzi printr-o creștere echivalentă a puterii la emisie...
Din păcate, o activitate solară ca cea de pe parcursul ciclului 19 e puțin probabil să se repete în decursul următoarelor cicluri solare.
Deocamdată suntem pe panta descendentă a ciclului solar 24 și efectele activității solare în scădere, pot fi deja observate în special în propagarea deficitară la mare distanță și prin deschiderile tot mai rare la mare distanță (>10000Km) care apar pentru banda de 10m sau chiar 12m. Ca întotdeauna, primele benzi afectate de activitatea solară redusă sunt benzile de unde scurte superioare.
Un fenomen mai subtil și puțin conștientizat de radioamatori este că, pe măsură ce înaintăm către minimum solar, înălțimea medie a ionosferei se reduce. Aceasta are implicații asupra unghiului optim necesar pentru DX, pentru aceleași distanțe fiind necesare unghiuri mai reduse. O estimare empirică spune că pentru circuite aflate la peste 10000Km distanță, unghiul optim necesar se reduce cu 3-6 grade. Nu pare mult, însă aceasta poate fi o mare problemă dacă pentru amplasamentul de unde transmitem, orizontul este blocat la unghiuri reduse de diverse forme de relief. Evident și câștigul antenelor la asemenea unghiuri joase este mai redus. La unghiuri reduse, o variație a unghiului de plecare/sosire de 6 grade poate determina o reducere a câștigului antenei de 3-8dB. Putem compensa, mărind puterea de emisie de 2-6 ori, însă asta nu va ajuta recepția. Mai utilă ar fi însă, o antenă mai bună, amplasată la o înățime mai mare... Altfel spus, pentru anumite entități DX aflate pe circuite foarte dificile, vom avea nevoie fie de echipamante mai bune, fie de o șansă extraordinară. Evident, putem să așteptăm și următorul maxim solar...
O activitate solară în scădere va avea în mod inevitabil efecte defavorabile asupra activității amatorilor pasionați de DX-uri. Închiderea propagării în benzile superioare de unde scurte va determina probabil mai mult trafic DX, în benzile joase 80- la-30m. Evident aceasta va însemna că avem nevoie de antene mai bune pentru benzile joase, inclusiv antene de recepție mai bune. Aparent, amatorii de DX ce operează cu precădere în benzile de 160 și 80m nu au motive de îngrijorare legate de minimul spre care se îndreaptă actualul ciclul solar. Chiar și în anii de minim solar, radiația cosmică- galactică este suficientă pentru a menține noaptea un nivel de ionizare al ionosferei superioare, suficient pentru un MUF de minimum 2-3MHz. În practică însă, se pare că pe parcursul ultimului minim solar, dintre ciclurile 23 și 24, chiar și banda de 160m a fost afectată. Un studiu ad-hoc făcut de K9LA-Carl Luetzelschwab printre utilizatorii reflectorului Topband, părea să indice că numărul deschiderilor bune de propagare la mare distanță pe această bandă, a fost în mod surprinzător ceva mai redus decât în perioada imediat premergătoare minimului precum și perioada imediat următoare după minim.
Cum perspectivele următoarelor cicluri solare nu arată foarte încurajator, înseamnă că radioamatorii vor trebui să se bazeze mai mult pe abilitățile personale și pe calitățile și performanța echipamentelor utilizate (antene /transceiver /calculator/ soft-uri) decât pe propagare. O bună înțelegere a mecanismelor de propagare poate fi de mare ajutor pentru cei care aspiră la performanță.
O propagare foarte bună permite chiar și celor cu dotare tehnică precară să lucreze de multe ori DX-uri incredibile. Când propagarea se degradează însă, numărul celor care încă mai pot lucra DX-uri, se reduce drastic. Există însă (chiar și în YO) numeroși radioamatori care au cunoștințele tehnice și dotarea necesară să lucreze DX-uri chiar și în perioadele de minim solar și pentru care variațiile de propagare au efecte mai reduse. Prezența constantă a acestora în logurile marilor expediții DX, chiar și în perioadele de minim solar, demonstrează cu prisosință acest lucru. Faptul că avem astăzi acces pe internet la logurile expedițiilor DX (Clublog), precum și la statistici, este de mare ajutor pentru evaluarea nu doar a propagării dar și a capabilităților tehnice a diverselor stații.
Minimul solar spre care ne îndreptăm, va fi în același timp o bună ocazie pentru a ne reconsidera opiniile asupra utilității benzilor de unde scurte joase pentru DX. Pentru radioamatorii interesați doar de traficul local/național, schimbările cauzate de ciclul solar aparent nu sunt de interes. Trebuie menționat însă că legăturile la distanțe relativ scurte în banda de 40m vor fi afectate pentru că unghiurile mari de reflexie în această bandă vor deveni impracticabile. Altfel spus modul de operare NVIS devine foarte dificil chiar și în timpul zilei în banda de 40m la minimum solar, zona de tăcere putând acoperi o mare parte a țării. Aceasta este o consecință a scăderii frecvenței critice, chiar și ziua, cu mult sub 7MHz.
Deși noțiunile prezentate aici nu sunt complicate, pentru o înțelegere completă e necesară stăpânirea unui număr de noțiuni colaterale despre fizica solară și propagare. Literatura pentru radioamatori publicată la noi a fost extrem de deficitară la acest capitol, motiv pentru care am alocat un total de peste 170 de pagini problemelor de propagare, în volumele I și II ale cărții Radiotehnică Practică și Teoretică.
Există astăzi un număr considerabil de resurse disponibile pe internet, ce prezintă parametrii solari esențiali, care sunt reactualizații de câteva ori pe zi. Indiscutabil, este cu mult mai ușor astăzi decât acum 30-40 de ani. Mi-aduc aminte însă că și atunci când internetul nu exista, radioamatorii interesați ascultau buletinele WWV (când era propagare...), ce prezentau principalele date solare la fiecare oră, precum și buletinele DX și de propagare săptămânale transmise de W1AW. Ca elev și radioamator începător (receptor în 1975), mărturisesc că nu înțelegeam mare lucru din conversațiile purtate de vechii radioamatori YO8CF, YO8AP, YO8AHL și alții de la radioclubul YO8KAE din Iași, când vorbeau despre activitatea solară și propagare. Pur și simplu îmi lipsea baza teoretică necesară. Totul capătă însă sens pe măsură ce acumulăm cunoștințe. Deși toți cei amintiți mai sus sunt din păcate acum SK, cred că le-ar fi făcut o plăcere imensă să aibă acces la resursele de cunoaștere de astăzi.
Pentru cei care doresc să aprofundeze cunoștințele legate de fizica solară, iată doar câteva materiale de mare utilitate ce pot fi găsite pe internet pe această temă.
1. David Hathaway The Solar Cycle NASA Ames Research Center 2015
2. Ilya Usoskin A History of Solar Activity over Millennia Living Rev. Solar Phys., 5, 2008
3. I. Usoskin, S. Solanki, G. Kovaltsov Grand Minima of Solar Activity During the Last Millennia Proceedings IAU Symposium No. 286, 2011.
Există însă multe ale materiale disponibile pe internet. O aplicație foarte interesantă ce permite vizualizarea densității și vitezei vântului solar, poate fi găsită pe saitul: http://www.swpc.noaa.gov/products/wsa-enlil-solar-wind-prediction 1-4
Aplicația permite vizualizarea sub formă de animație a vitezei și densității vântului solar pe durata precedentelor 5-6 zile precum și predicția pe 3-4 zile in avans.
Pe această temă, Dr. Tamitha Skov a prezentat la ARRL Hamvention Antenna Forum -Dayton 2016, un material foarte interesant: The Science of Predicting Space Weather and How it Affects Propagation. Ea a avut până recent și o emisiune online legată de vremea în sistemul solar (da... o prognoză meteo planetară legată de activitatea solară...) http://spaceweather.tv/. Deocamdată emisiunea a fost preluată de o altă echipă și reluarea acesteia va mai dura, însă emisiuni mai vechi mai pot fi găsite pe YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=gA1X11PeMhs
Ca radioamatori, pentru a ne putea desfășura cu succes activitatea în benzile de unde scurte, nu e necesar să devenim experți în fizica solară. Cred însă că este de mare utilitate măcar cunoașterea fenomenelor de bază care afectează propagarea.
- Florin Crețu YO8CRZ
-
