Miként van összefüggésben a hullámterjedéssel a Nap aktivitása? Ez milyen sávokat érint, miként határozza meg QSO-inkat? Az érdekesség határáig összegyűjtöttem mindent, amit tudni érdemes a témában. Legalább ennyit minden rádiósnak tudni illik, a DX-ereknek pedig tudni kell a legközelebbi rádiócsillagról.

Az ionoszféra légkörünk legfelsőbb része, ahol szabad elektronok vannak jelen. Méghozzá annyian, olyan nagy számban, hogy jelenlétük befolyásolni képes az oda feljutó rádióhullámokat. Visszaverik, teljesen elnyelik, vagy akadály nélkül átengedik, attól függően, hogy a Nap milyen állapotba hozta őket.

Azt tudjuk, hogy a sugárzással terjedő energia a hullámhossz csökkenésével növekszik. A nap elektromágneses sugárzása, ami Földünket eléri, 160 nanométernél is kisebb hullámhosszúságú, ennek megfelelően olyan energiájú, hogy légkörünk legfelsőbb rétegeiben a gázrészecskéket ionizálni tudja. Ennek mértéke határozza meg a réteg nagyfrekvenciás viselkedését, mely nem szeszélyes és kiszámíthatatlan, ráadásul a szélsőségek között mozog.

A Nap ezt meghatározó tevékenységét hívjuk roppant konzekvens módon naptevékenységnek. Az ionizáló energiájú elektromágneses sugárzást létrehozó naptevékenység nem más, mint a napkitörés, a napfoltok keletkezése. Mivel a rádióhullámok terjedését vizsgáljuk csak, az ezt meghatározó legerőteljesebb jelenség – ami alapján a terjedési előrejelzéseket is készítik – maga a napfolttevékenység, az egyéb befolyásoló tényezőktől (például a tejútrendszerből származó korpuszkuláris sugárzástól vagy a töltéssel rendelkező részecskék fluxusától) most eltekintünk. A kitörések számának alakulása szerint beszélhetünk napfolt minimumokról és napfolt maximumokról.

Napunk 11 éves ciklusban pulzál. Ez a periodikus tevékenység az aktivitásának, kitöréseinek éves átlagra levetített minimum- és maximum számát jelenti. A változás a nap spektrumának csak egy részét érinti, de ez épp elegendő az ionoszféra állapotának befolyásolásához, mégpedig oly mértékben, hogy az a rövidhullámú és a nagyon magas frekvenciájú tartományra fejt ki hatást. Érdekesség, hogy a réteg épp napsugárzás hatására nyeli el a Napból érkező röntgen- és extrém-ultraibolya sugarakat. A NASA grafikonjának piros vonalai a NOAA által mért sugárzásmérőből vett adatok alapján ábrázolja a napfoltok számát.

Továbbmegyek. A napfoltok ionizáló hatása is változik, hiszen csillagunk 27 nap alatt körbefordul saját tengelye körül, így egy adott területen zajló kitörés – ami az ionizáló hatást kiváltja – elfordul. Egy-egy kitörés hatása 8 perc alatt éri el a Földet, erről később ejtünk szót.

 Jó, de milyen rádióhullámokra van ez és milyen hatással? Hol tartunk most?

A napkitörések száma a 11 éves minimumok idején néhány darab, a maximumok idején akár 200 is lehet. A NASA előrejelzése szerint 2014 második fele egy ilyen ciklus maximuma volt, ami az elmúlt csúcsoktól jócskán elmarad a maga 60-80 darabszámával. Az ezt követő évtized fele a periódus szerint csökkenő tendenciát fog mutatni a naptevékenységben, ami azokra a sávoknak van hatással, amik terjedése az ionoszféra erre érzékeny rétegeitől múlik. Ezek elsősorban a „nappali” sávok, 20 métertől egészen 10 méterig.

Más hullámhosszok más magasságban másként viselkednek, a magyarázat rendkívül egyszerű. Légkörünk rétegei különböző gázokból állnak. Az alsó 100-110 kilométer nem jellemezhető azonos gázrészecskék rétegeiként, mivel a légmozgás homogenizálja. A magasabb légrétegekben viszont Föld gravitációs mezeje miatt molekulasúlyuk szerint elkülönülve, rétegződve rendeződnek, így a nehezebb, például nitrogén-oxigén-arzén koncentráció távolodva bolygónk felszínétől folyamatosan csökken és átveszi helyüket a kisebb, hidrogén és hélium részecske.

Miért is fontos ez a hullámterjedés aspektusában? Mint korábban szó volt róla, a különböző gázok ionizálásához, azaz a 60 kilométertől mintegy 1000 kilométeres magasságig terjedő ionoszféra kialakulásához különböző mértékű, a napból érkező elektromágneses sugárzás szükséges. Ezeket a rétegeket nevezzük alulról felfelé haladva A, B, C, D és E rétegnek.

Az esetünkben vizsgált legalacsonyabb tartomány az oxigénben és nitrogénben gazdag D réteg (60-90 km). Elsősorban a röntgensugárzás hozza létre, aminek ahhoz, hogy ilyen mélységben hatoljon a Föld légkörébe, viszonylag nagy energiájúnak kell lennie. Éppen ezért dinamikusan változik, éjszakára szinte teljesen megszűnik.

A D réteg felett 150 kilométeres magasságig húzódik az E réteg, aminek változása már kevésbé írható le az éjszakai órákban.

Az E felett található, 1000 kilométerig húzódó F rétegben az elektronsűrűség tovább nő, hiszen a napnak és a kozmikus sugárzásnak lényegesen kisebb energiája szükséges a gázmolekulák ionizálásához. A nyári időszakban a nap energiája is nagyobb, ezért itt beszélünk a 180 kilométer magasan akkor kialakuló F1 és 250 kilométeres magasságban fellépő  F2 rétegről is. Amíg az F1 réteg jellemzője, hogy a napsugárzás megszűnésével ő maga is megszűnik, az F2 rétegben már sokkal kisebb sebességgel egyenlítődnek ki a töltések és éjszaka is számolni kell a hatásával.

A nap elektormágneses tevékenységének hatása a rádióhullámok terjedésére – az elektromágneses sugárzás 

Ha mélyebben belemegyünk a témába, el kell különíteni a Nap periodikusan változó elektromágneses sugárzását a napfolttevékenység tekintetében valamint a korábban csak kozmoszból érkezőként taglalt korpuszkuláris sugárzását, ami a naptevékenység hatására változik. Az elektromágneses sugárzás periodikájára jellemző a 11 éves ciklus valamint a 27 napos tengely körüli forgás periódusa,  először ezzel a hatással foglalkozunk. Elektromágneses sugárzás hatásáról elsősorban napkitörések kapcsán kell beszélni. Egy-egy napkitörés 8 perc után érezhető a Föld – nyilvánvalóan – napos oldalán.

A földön vett rádióhullámok erőssége és gyengülése attól függ, hogy milyen állapotban van légkörünk egyik-másik különböző elektromos töltöttségű, elektronsűrűségű rétege.

A nap elektormágneses tevékenységének hatása a rádióhullámok terjedésére – a korpuszkuláris sugárzás

Míg az elektromágneses sugárzást meghatározó napkitörés 8 perc alatt éri el a földet és egy órán át tart, addig a korpuszkuláris sugárzás hatása mintegy két nap alatt éri el a Földet és hosszabb ideig tartó hatással van az ionoszférára. A napvihar az elektronsűrűség növekedését hozza, esetünkben az F2 réteg tulajdonságait rontja terjedés szempontjából.