SID Monitor BOR
Monitor za spremljanje nenadnih ionosferskih motenj (Sudden Ionospheric Disturbances), je naprava, ki zaznava spremembe v Zemljini ionosferi, ki jih povzročajo predvsem izbruhi na Soncu, v manjši meri pa tudi izbruhi sevanja gama, strele, kozmični delci, meteorski roji. Spremembe lahko opazimo, če spremljamo radijske signale zelo nizkih frekvenc (VLF), ko se ti odbijajo od Zemljine ionosfere. VLF radijski valovi prihajajo z oddajnikov, katerih glavni namen je navigacija podmornic. Moč VLF signala se spremeni, ko Sonce vpliva na Zemljino ionosfero tako, da doda ionizacijo in s tem spremeni mesto odboja radijskega vala. Monitor za nenadne ionosferske izbruhe torej spremlja spremembe v moči signala.
Nenadne ionosferske motnje
Izbruh na Soncu je eksplozija, ki se zgodi, ko je energija, ki je shranjena v zavitih magnetnih poljih (po navadi nad sončevimi pegami), nenadoma sproščena. Izbruhi povzročijo sevanje preko širokega dela elektromagnetnega spektra. Sončevi izbruhi so klasificirani glede na jakost rentgenskega sevanja pri valovnih dolžinah med 0.1-0.8 nm. Tako obstajajo 3 kategorije: X-izbruhi, so najmočnejši in lahko povzročijo izpad elektrike in dolgotrajne sevalne nevihte po večjem delu Zemlje. M-izbruhi so srednje močni, pozvročijo lahko kratke radijske izpade predvsem v polarnih območjih Zemlje. C-izbruhi so šibki, nimajo znatnih posledic na Zemljo. Vsak razred omenjenih izbruhov se deli na 9 podrazredov, od 1 do 9.
Ko pride do izbruha na Soncu (animacija desno), jakost rentgenskega sevanja z valovnimi dolžinami pod 1 nm naraste in povzroči porast ionizacije v D sloju ionosfere, na višini okoli 80 km nad površjem Zemlje. Prirastek koncentracije elektronov vodi do večih pojavov, ki jih pod skupnim imenom uvrščamo med nenadne ionosferske motnje (SIDs). Kot je bilo opisano prej, imajo te motnje močen efekt na potovanje radijskih valov. Ker nenadne ionosferske motnje (SIDs) povzroča predvsem sevanje s Sonca, so te prisotne le na osvetljenem delu Zemlje, njihov efekt je najmočnejši, kadar je Sonce za danega opazovalca v zenitu. Tekom SID-ov se koncentracija elektronov v D sloju nenadno, v roku nekaj minut, poveča in se počasi vrne na začetno magnitudo znotraj 0.75 - 1.5 ure.
Da bi lahko proučeval nenadne ionosferske motnje (SIDs), sem postavil lastno anteno. Sestavne dele, vključno s strojno in programsko opremo, je priskrbel Stanford Solar Center. Anteni so dodelili ime BOR in deluje pri frekvencah od 10 - 40 kHz. Antena je sestavljena iz izolirane bakrene žice in je navita okoli vrta, s stranico med 7.5 m do 8 m ter ima 15 navojev. Ima površino okoli 60 m², oziroma efektivno površino 900 m². Konca žice sta preko vijačne sponke povezana z 9 m dolgim koaksialnim kablom, ki potuje v kontrolno sobo. Konec koaksialnega kabla je povezan s predojačevalnikom. Ta dvigne signal do take mere, da ga lahko zajamemo s PC zvočno kartico, na katero je povezan preko Line-in vhoda. Zvočna kartica pretvarja signal iz analognega v digitalni, ki pa je pozneje računalniško obdelan s Stanford Solar Center SuperSID 1.2.2 programsko opremo.
Zbiranje podatkov in interpretacija
SID monitor se "prebudi" vsakih 5 sekund, zajame 1 sekundo podatkov o moči signala za vsakega od vrhov, izračuna spektralno gostoto oz. PSD (z uporabo Welchove metode) in prikaže spekter. Omenjeni vrhovi ustrezajo frekvencam VLF oddajnikov. Če je razmerje signal-šum veliko, je dnevni graf čistejši. Tega dobimo preko hitre Fourierove transformacije (FFT), ki jo opravi programska oprema sama. Po 24-ih urah dobimo dnevni graf moči signala v odvisnosti od časa, ki je pripravljen na nadaljno analizo.
Dnevni signal doseže vrh okoli poldneva, ko je Sonce na najvišjem višinskem kotu nad obzorjem. Ponoči je moč signala primerno večja od dnevne, zaradi višjega odbojnega koeficienta ter zaradi odsotnosti spodnjega D sloja ionosfere (glej sliko desno). Na širjenje VLF valov močno vplivajo karakteristike ionosfere, ki vodijo do močnih variacij signala, ki preprečuje nočno opazovanje SID-ov. Uporabnost in zanimivost takega SID monitorja je ta, da lahko z njim opazujemo blišče (izbruhe) na Soncu. Ti so ponavadi na grafu vidni kot velike špice (odvisno od moči izbruha). Dvigajo se zelo hitro, pridejo do vrha in počasi padajo ter se sklopijo s signalom iz ozadja. Ker pa Sonce ni edini izvor omenjenih motenj, lahko občasno pride do pomote pri identifikaciji izvora.
Namen opazovanj
S podatki, ki jih bom pridobil z anteno BOR, bom lahko ustvaril grob model spodnjega dela ionosfere in proučeval, kakšni so efekti sončevih izbruhov nanjo. Poleg naštetega bom lahko pridobil tudi podrobnejši vpogled v sezonsko in dnevno variacijo moči signala.
Več o nenadnih ionosferskih motnjah lahko preberete v reviji Matrika, letnik 3, številka 2, (klikni tukaj).