Геомагнитная шкала. Основные факторы космической погоды

Буря усиливается. Уже усредненный Planetary K-index

Now: Kp= 6 storm

На самом деле, местами всплеск шторма поднимался до 7-8 баллов

Состояние магнитного поля в зависимости от Кp индекса

Kp < 2 - спокойное;

Kp = 2, 3 - слабовозмущенное;

Kp = 4 - возмущенное;

Kp = 5, 6 - магнитная буря;

Kp = 7, 8 - сильная магнитная буря;

Kp = 9 - очень сильный геомагнитный шторм.

Одним из ключевых навыков любого охотника за DX на КВ диапазонах является способность оценивать условия прохождения в произвольный момент времени. Отличные условия прохождения, когда на диапазонах слышно много станций со всего света, могут изменяться так, что диапазоны пустеют и только единичные станции пробиваются сквозь шум и треск эфира. Для того, чтобы понять что и почему происходит в радиоэфире, а так же оценить его возможности в данный момент времени, используются три основных индекса: поток солнечного излучения (solar flux), A p и K p . Хорошее практическое понимание того, что собой представляют эти значения и каков их смысл, является неоспоримым преимуществом даже для радиолюбителя с самым лучшим и современным комплектом связной аппаратуры.

Земная атмосфера

Ионосферу можно представить как нечто многослойное. Границы слоев достаточно условны и определяются областями с резким изменением уровня ионизации (рис. 1) . Ионосфера оказывает непосредственное влияние на характер распространения радиоволн, потому что в зависимости от степени ионизации отдельных ее слоев, радиоволны могут преломляться, то есть траектория их распространения перестает быть прямолинейной. Довольно часто степень ионизации достаточно высока, так что радиоволны отражаются от высокоионизированных слоев и возвращаются на Землю (рис. 2) .

Условия прохождения радиоволн на КВ диапазонах непрерывно меняются в зависимости от изменения уровней ионизации ионосферы. Солнечная радиация, достигая верхних слоев земной атмосферы, ионизирует молекулы газов, порождая положительные ионы и свободные электроны. Вся эта система находится в динамическом равновесии за счет процесса рекомбинации, обратного ионизации, года вступающие во взаимодействие друг с другом положительно заряженные ионы и свободные электроны вновь образуют молекулы газов. Чем выше степень ионизации (чем больше свободных электронов), тем лучше ионосфера отражает радиоволны. Кроме того, чем выше уровень ионизациии, тем выше могут быть частоты, на которых обеспечиваются хорошие условия прохождения. Уровень ионизации атмосферы зависит от многих факторов, включая время суток, время года, и самого главного фактора - цикла солнечной активности. Достоверно известно, что интенсивность солнечного излучения зависит от числа пятен на Солнце. Соответственно, максимум излучения, полученного от Солнца, достигается в периоды максимальной солнечной активности. Кроме того, в эти периоды возрастает и геомагнитная активность из-за усиления интенсивности потока ионизированных частиц от Солнца. Обычно этот поток достаточно стабилен, но из-за возникающих на Солнце впышек он может значительно усиливаться. Частицы достигают околоземное пространство и вступают во взаимодействие с магнитным полем Земли, вызывая его возмущения и порождая магнитные бури. Кроме того, эти частицы могут стать причиной возникновения ионосферных бурь, при которых радиосвязь на коротких волнах становится затруднительной, а иногда и вообще невозможной.

Поток солнечного излучения

Величина, известная как поток солнечного излучения, является основным индикатором солнечной активности и определяет уровень излучения, получаемого Землей от Солнца. Он измеряется в единицах солнечного потока (SFU) и определяется уровнем радиошума, излучаемого на частоте 2800 МГц (10.7 см). Радиоастрономическая обсерватория Пентиктона в Британской Колумбии, что в Канаде, ежедневно публикует это значение. Поток солнечного излучения оказывает непосредственное влияние на степень ионизации и следовательно концентрации электронов в области F 2 ионосферы. В результате он дает очень хорошее представление о возможности установления радиосвязи на дальние расстояния.

Величина солнечного потока может изменяться в пределах 50 - 300 единиц. Небольшие значения указывают на то, что максимально-применимая частота (МПЧ) будет низкой, а общие условия прохождения радиоволн будут плохими, особенно на высокочастотных диапазонах. (Рис. 2) Напротив, большие значения солнечного потока свидетельствуют о достаточной ионизации, что позволяет устанавливать дальние связи на более высоких частотах. Однако, следует помнить, что требуется несколько дней подряд с высокими значениями величины солнечного потока, чтобы условия прохождения ощутимо улучшились. Обычно в периоды высокой солнечной активности величина солнечного потока превышает 200 с кратковременными всплесками вплоть до 300.

Геомагнитная активность

Существуют два индекса, которые используются для определения уровня геомагнитной активности - A и K. Они показывают величины магнитного и ионосферного возмущений. Индекс K показывает величину геомагнитной активности. Ежедневно, каждые 3 часа, начиная с 00:00 UTC, определяются максимальные отклонения значения индекса относительно значений для спокойного дня выбранной обсерватории, и выбирается наибольшая величина. На основании этих данных вычисляется значение индекса K. Индекс K является квазилогарифмической величиной, поэтому его нельзя усреднять для получения долгосрочной исторической картины состояния магнитного поля Земли. Для решения этой проблемы существует индекс A, который представляет собой дневное среднее. Вычисляется он довольно просто - каждое измерение индекса K, сделанное, как уже говорилось выше, с 3-х часовым интервалом, по Табл. 1

преобразуется в эквивалентный индекс. Полученные в течение дня значения этого индекса усредняются и в итоге получается значение индекса A, который в обычные дни не превышает 100, а во время очень серьезных геомагнитных бурь может достигать 200 и даже больше. Значения индекса A могут быть отличаться у разных обсерваторий, так как возмущения магнитного поля Земли могут носить локальный характер. Чтобы избежать разночтений, индексы A, полученные в разных обсерваториях, усредняются и в итоге получается глобальный индекс A p . Точно так же получается значение индекса K p - среднее значение всех индексов K, полученных в различных обсерваториях земного шара. Его значения между 0 и 1 характеризует спокойную геомагнитную обстановку, и это может указывать на наличие хороших условий прохождения на коротковолновых диапазонах при условии достаточно высокой интенсивности потока солнечного излучения. Значения между 2 и 4 указывают на умеренную или даже активную геомагнитную обстановку, что, вероятно, отрицательно повлияет на условия прохождении радиоволн. Далее по шкале значений: 5 свидельствует о незначительной буре, 6 - сильная буря и 7 - 9 говорят об очень сильной буре, в результате которой прохождения на КВ скорее всего не будет. Несмотря на то, что геомагнитные и ионосферные бури взаимосвязаны, стоит еще раз отметить, что они различны. Геомагнитная буря - это возмущение магнитного поля Земли, а ионосферная буря - это возмущение ионосферы.

Интерпретация значений индексов

Самый простой способ использования значений индексов состоит в том, чтобы ввести их в качестве исходных данных в программу расчета прогноза прохождения радиоволн. Это позволит получить более или менее достоверный прогноз. В своих расчетах эти программы учитывают дополнительные факторы, такие как пути распространения сигналов, потому что для разных трасс влияние магнитных бурь будет разным.

При отсутствии программы неплохой оценочный прогноз можно сделать самостоятельно. Очевидно, что большие значения индекса солнечного потока - это хорошо. Вообще говоря, чем интенсивнее поток, тем лучше будут условия прохождения на высокочастотных КВ диапазонах, включая диапазон 6 м. Однако, следует иметь ввиду так же и значения потока за предыдущие дни. Сохранение больших значений в течение нескольких дней обеспечит более высокую степень ионизации слоя F2 ионосферы. Обычно значения, превышающие 150, гарантируют хорошее прохождение на КВ. Высокие уровни геомагнитной активности обладают так же и неблагоприятным побочным эффектом, значительно снижающим МПЧ. Чем выше уровень геомагнитной активности согласно индексам Ap и Kp, тем ниже МПЧ. Фактические значения МПЧ зависят не только от силы магнитной бури, но также и от ее продолжительности.

Заключение

Постоянно следите за изменениями значений индексов солнечной и геомагнитной активности. Эти данные есть на сайтах www.eham.net , www.qrz.com , www.arrl.org и многих других, а так же их можно получить через терминал при подключении к DX-кластерам. Неплохое прохождение на КВ возможно в периоды, когда поток солнечного излучения превышает 150 в течение нескольких дней, а индекс K p в то же время держится ниже 2. Когда эти условия выполняются, проверяйте диапазоны - наверняка там уже работает какой-нибудь хороший DX!

По материалам Understanding Solar Indices By Ian Poole, G3YWX

Г е о м а г н и т н ы е À, K и Kp и н д е к с ы.

Регулярные суточные вариации магнитного поля создаются, в основном, изменениями токов в ионосфере Земли из-за изменения освещенности ионосферы Солнцем в течение суток. Нерегулярные вариации магнитного поля создаются вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, изменениями внутри магнитосферы, и взаимодействия магнитосферы и ионосферы

.

Индексы геомагнитной активности предназначены для описания вариаций магнитного поля Земли, вызванных этими нерегулярными причинами. К-индекс - это квазилогарифмический (увеличивается на единицу при увеличении возмущенности приблизительно в два раза) индекс, вычисляемый по данным конкретной обсерватории за трехчасовой интервал времени. Индекс был введен Дж. Бартельсом в 1938 г. и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (0-3, 3-6, 6-9 и т.д.) мирового времени. Для вычисления индекса берется изменение магнитного поля за трехчасовой интервал, из него вычитается регулярная часть, определяемая по спокойным дням, и полученная величина по специальной таблице переводится в К-индекс.

Поскольку магнитные возмущения проявляются по разному в различных местах на земном шаре, то для каждой обсерватории существует своя таблица, построенная так, чтобы различные обсерватории в среднем за большой интервал времени давали одинаковые индексы.

Для обсерватории Москва эта таблица задается так:

Вариации

Ap является линейным индексом (увеличение возмущения в несколько раз дает такое же увеличение индекса) и во многих случаях использование Ap индекса имеет больше физического смысла.

Качественно состояние магнитного поля в зависимости от Кp-индекса можно приблизительно охарактеризовать следующим образом:

Планетарные Кp и Ap индексы имеются с 1932 г. и могут быть получены по запросу по FTP из

Г Геомагнитная буря - возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток. Геомагнитные бури являются одним из видов геомагнитной активности. Они вызываются поступлением в окрестности Земли возмущённых потоков солнечного ветра и их взаимодействием с магнитосферой Земли. Геомагнитные бури вызывают быстрые и сильные изменения в магнитном поле Земли, возникающие в периоды повышенной солнечной активности. Это явление является одним из важнейших элементов солнечно-земной физики и её практической части, обычно обозначаемой термином «Космическая погода».

В результате вспышек на Солнце в космическое пространство выбрасывается огромное количество вещества (в основном протонов и электронов), часть которого, двигаясь со скоростью 400–1000 км/с, за один – два дня достигает земной атмосферы. Магнитное поле Земли захватывает из космического пространства заряженные частицы. Слишком сильный поток частиц возмущает магнитное поле планеты, из-за чего быстро и сильно изменяются характеристики магнитного поля.

G-индекс - пятибалльная шкала силы магнитных бурь, которая была введена Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA) в ноябре 1999 года. G-индекс характеризует интенсивность геомагнитного шторма по воздействию вариаций магнитного поля Земли на людей, животных, электротехнику, связь, навигацию и т. д.

Магнитные бури также оказывают влияние на здоровье и самочувствие людей. Они опасны в первую очередь для тех, кто страдает артериальной гипертонией и гипотонией, болезнями сердца. Примерно 70% инфарктов, гипертонических кризов и инсультов происходит именно во время солнечных бурь.

Магнитные бури нередко сопровождаются головными болями, мигренями, учащенным сердцебиением, бессонницей, плохим самочувствием, пониженным жизненным тонусом, перепадами давления. Ученые связывают это с тем, что при колебаниях магнитного поля замедляется капиллярный кровоток и наступает кислородное голодание тканей.

Советский биофизик А.Л.Чижевский в своей монографии «Земное эхо солнечных бурь» проанализировал большой исторический материал и обнаружил корреляцию максимумов солнечной активности и массовых катаклизмов на Земле. Отсюда сделан вывод о влиянии 11-летнего цикла солнечной активности (периодического увеличения и уменьшения количества пятен на Солнце) на климатические и социальные процессы на Земле. Чижевский установил, что в период повышенной солнечной активности (большого количества пятен на Солнце) на Земле происходят войны, революции, стихийные бедствия, катастрофы, эпидемии, увеличивается интенсивность роста бактерий («эффект Чижевского - Вельховера»).