Прохождение на КВ и число Вольфа

       Эта статья была опубликована 6 декабря 2010 года на сайте RUQRZ.com, но и сегодня её содержание не потеряло ни научного, ни практического значения.

    Наблюдаемый в настоящее время цикл солнечной активности является довольно необычным. Хотя солнечная активность снижается, тем не менее, в последнее время регистрируется увеличение числа возмущений магнитного поля Земли. Причина резкого скачка возмущений не ясна даже ученым. Однако, прежде чем пытаться проанализировать статистические данные, свидетельствующие о доминирующем влиянии возмущений на условия распространения радиоволн, полезно изложить базовые сведения о взаимосвязи солнечной активности, геомагнитных возмущений и ионосферного распространения коротких волн.

       В настоящее время для многих радиолюбителей доступна очень важная и полезная информация о мощности потока радиоизлучения Солнца на волне 10,7 см (solar flux — солнечный поток) и активности магнитного поля Земли (А и К индексы). Ее можно получить на многих сайтах в Интернете или из кластерной сети. При прочих равных условиях, чем больше мощность радиоизлучения Солнца, которая в значительной степени коррелирует с числом солнечных пятен (числом Вольфа), и чем меньше индексы А и К, тем лучшими будут условия для работы с DX на КВ-диапазонах. Оба индекса служат для оценки уровня активности магнитного поля Земли, однако А-индекс характеризует активность за предыдущие сутки, в то время как информация о К-индексе обновляется через каждые три часа. Именно К-индекс, дающий самые «последние» сведения об активности магнитного поля в реальном времени, чрезвычайно полезен для оперативной оценки условий распространения радиоволн. Его изменения очень быстро отражаются на состоянии диапазонов, и, вообще говоря, чем меньше К-индекс, тем лучше условия на KB независимо от уровня солнечного потока. Таким образом, если вдруг на диапазонах станет необычно тихо, не стоит торопиться искать неисправность в трансивере или антенне. Знание обычной цифры К-индекса может сразу прояснить ситуацию.

       Анализ изменений солнечного потока и количества солнечных пятен в течение длительного периода времени является общепризнанной и весьма успешной методикой долговременного прогнозирования условий распространения радиоволн. В то время как общие условия распространения радиоволн определяются 11-летним циклом активности Солнца, условия в текущий момент времени зависят от состояния магнитного поля Земли, которое оценивается К-индексом. Очень полезно проследить за изменениями К-индекса в определенные периоды предыдущих циклов солнечной активности.

       К-индекс может принимать значения от 0 до 9, при этом 0 характеризует предельно спокойное магнитное поле, а 9 — чрезвычайно возмущенное. На практике это означает, что если для последнего трехчасового периода К-индекс составляет 0,1 или 2, то можно ожидать очень хороших условий распространения радиоволн. При К=3 условия окажутся средними; К=4 свидетельствует о несколько возмущенном поле и условиях хуже обычных, К>5 — условия для прохождения на KB будут плохими. Получив информацию, что К>6, коротковолновику лучше вспомнить о других делах — КВ-диапазоны будут практически «мертвы», хотя вызванное возмущением магнитного поля Земли авроральное прохождение может обеспечить хорошие условия для проведения дальних QSO на УКВ. Сказанное справедливо при любом фиксированном уровне солнечного потока и любом числе солнечных пятен.

       А-индекс удобен для хронологического анализа состояния магнитного поля. Этот индекс важен, несмотря на то что в момент получения информации о его величине, фактически это уже «вчерашние новости». При статистическом анализе влияния возмущений магнитосферы на условия распространения радиоволн было выбрано минимальное значение К=4, которое может наблюдаться один раз и чаще в течение суток.

       Замечено, что больше всего возмущений магнитного поля Земли наблюдается в годы после максимума солнечного цикла по сравнению с годами роста активности Солнца. Следовательно, в настоящее время, в фазе спада активности солнечного цикла, можно ожидать, что высокие значения К-индекса будут регистрироваться чаще.

       Отличается ли «поведение» индекса К в настоящее время от того, что наблюдалось в предыдущих циклах?

       Анализ данных о частоте регистрации К>4 в каждом из первых пяти 12-месячных периодов (12-месячные периоды были выбраны с целью исключить сезонные вариации индекса, т.к частота возникновения больших магнитных бурь выше в течение двух периодов года в марте — мае и в августе — октябре), следующих за максимумом солнечной активности (ежемесячно фиксируемому по усредненному числу солнечных пятен) во время текущего 23-го цикла активности Солнца и предшествующих ему четырех циклов, начиная с 19-го, зарегистрированного в марте 1958 г (его максимум характеризовался рекордным — 201 — числом солнечных пятен) приводит к достаточно интересным выводам:

       — в каждом цикле частота регистрации высоких значений К- индекса в третьем 12-месячном периоде после максимума солнечной активности оказывается большей, чем в двух предыдущих периодах,
       — наиболее часто отмечались высокие значения К на протяжении первых 36 месяцев после максимума 19-го солнечного цикла, который был самым большим из всех Самым результативным по числу возмущений магнитного поля Земли в течение 12 месяцев оказался 21-й цикл — второй по интенсивности максимума среди рассматриваемых. Во время четвертого и пятого 12-месячных периодов в 19-м цикле частота возмущений была относительно низкой 21 -й и 22-й циклы были почти идентичными как по интенсивности максимумов, так и по периодам наиболее частых регистраций возмущений,
       — в ходе текущего цикла частота появления высоких значений К невысока по сравнению с другими циклами В трех из предшествующих четырех циклов возмущения во время третьего 12-месячного периода после максимума происходили чаще, чем в современном цикле.

       Анализ приведенных данных позволяет сделать вывод о том, что до начала 2003 г не было резких всплесков числа возмущений магнитного поля, по крайней мере, с 1958 г (правда, был небольшой скачок в 20-м цикле) Является фактом то, что частота регистрации высоких значений К во время третьего 12-месячного периода после максимума 23-го цикла вдвое превысила соответствующее значение для второго периода, и подобный скачок не наблюдался ни в одном из четырех предыдущих циклов (правда, абсолютное значение было слегка превышено во время 21-го цикла)

       Последние результаты наблюдений свидетельствуют о том, что, начиная с мая 2003 г, магнитное поле Земли стало необычно активным Условия распространения радиоволн достаточно хороши в периоды относительно спокойного магнитного поля, но проблема заключается в том, что в последнее время поле бывает спокойным реже, чем это можно прогнозировать на основе наблюдения эволюции циклов солнечной активности в последние 40-50 лет.

       Возможное объяснение этого явления заключается в том, что в магнитосфере Земли эпизодически образуются огромные щели, которые могут оставаться открытыми часами Частицы солнечного ветра проникают сквозь эти щели и бомбардируют верхние слои ионосферы, порождая геомагнитные бури и полярные сияния

       Космос не является вакуумом — по крайней мере, в солнечной системе Реально атмосфера Солнца простирается за пределы орбит самых удаленных планет, и ее называют гелиосферой Космос в нашей системе заполнен плазмой Температура вещества солнечной короны столь велика, что гравитация не в силах его удержать Солнечный ветер устремляется во всех направлениях от звезды со скоростями от 800 км/с над корональными дырами и до 300 км/с над стримерами Эти распространяющиеся с разными скоростями потоки взаимодействуют друг с другом, и Земля поочередно проходит сквозь них в результате своего движения по орбите и вращения Солнца.

       Земля окружена магнитосферой — областью пространства, физические свойства которого определяются магнитным полем планеты и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения Существование магнитного поля с северным и южным полюсами обусловлено мощными токами в раскаленном ядре Земли, возникающими в результате ее вращения

       Магнитосфера защищает Землю от воздействия большинства частиц солнечного ветра Ветер искажает форму магнитосферы, сжимая ее с дневной стороны и растягивая с ночной, с образованием так называемого магнитного хвоста Земли. В результате осуществленных с помощью космического аппарата NASA IMAGE и совместных спутников NASA и Европейского космического агентства Cluster наблюдений было обнаружено, что иноща в магнитосфере Земли формируются огромные щели, которые остаются открытыми часами Это позволяет солнечному ветру эпизодически проникать сквозь магнитосферу и вызывать возмущение «космической погоды» В основном магнитосфера Земли хорошо отклоняет частицы и межпланетные магнитные поля, порожденные выбросами корональной массы Однако при этом вызываемые космическими штормами полярные сияния и Деградация ионосферы свидетельствуют о том, что щит не является непробиваемым.

       В 1961 г. английский ученый Jim Dungey предсказал существование щелей в нашем магнитном щите Он заявил о возможности формирования щелей в случае противоположно направленной ориентации магнитных полей солнечного ветра и Земли Как известно, при поднесении северного полюса одного магнита к южному полюсу другого они притягиваются друг к другу, а при попытке сближения одноименных полюсов магниты взаимно отталкиваются В областях магнитосферы Земли с ориентацией межпланетного магнитного поля на юг, при взаимодействии двух магнитных полей происходит так называемое «пересоединение» их силовых линий, формирующее щель, сквозь которую могут пролетать электрически заряженные частицы солнечного ветра.

       Первым зарегистрировал щель Goetz Paschmann из Института внеземной физики им Макса Планка Это было сделано в 1979 г с помощью космического аппарата ISEE. К сожалению, ISEE всего лишь прошел сквозь щели и осталось неизвестным, являются ли они кратковременными образованиями, или стабильно существуют в течение длительного времени. Недавно спутник IMAGE обнаружил область в арктической верхней атмосфере, где на протяжении нескольких часов «полыхало» протонное северное сияние на площади, почти равной территории Калифорнии Это наблюдение стало возможным благодаря установленному на спутнике специальному регистратору изображений в дальней ультрафиолетовой области спектра, которая не воспринимается глазом человека Ультрафиолетовое излучение при протонном полярном сиянии возникает в результате бомбардировки верхних слоев атмосферы Земли движущимися от Солнца тяжелыми ионами В то время как с помощью IMAGE наблюдалось протонное сияние, комплекс из четырех спутников Cluster пролетал гораздо выше IMAGE, прямо сквозь щель, регистрируя идущий через нее поток ионов солнечного ветра.

       Этот поток вторгся в нашу атмосферу точно в том районе, где IMAGE наблюдал протонное сияние Сияние регистрировалось в течение более 9 часов, что свидетельствует о том, что щель в магнитосфере оставалась непрерывно открытой По оценкам ученых, на границе нашего магнитного щита, т е на удалении около 60000 км от земной поверхности, размеры этой щели вдвое превышали размеры Земли Так как силовые линии магнитного поля сходятся при вхождении в Землю в полярных районах, щель вблизи верхних слоев атмосферы оказалась сжатой примерно до размеров Калифорнии.

       К счастью, мы защищены от солнечного ветра не только магнитным полем Земли, но и ее атмосферой, ионосфера которой поглощает прошедшие сквозь щели магнитосферы частицы и переизлучает их энергию в виде разнообразных полярных сияний.