Pogoda na Słońcu a radio

Rozbłysk sprzed kilku tygodni zaburzył pracę niektórych urządzeń elektrycznych i radiowych. Szczyt aktywności Słońca przypadnie na kwiecień 2013. Czy powinniśmy przygotowywać się na kłopoty?

Słońcu zawdzięczamy istnienie ziemskiego ekosystemu. Słońce daje nam też światło i ciepło. Jesteśmy osłonięci przed nadmiernym promieniowaniem, ponieważ jonizuje górne warstwy atmosfery i ładuje magnetosferę. To układ delikatny, co odczuwamy cały czas. Dzień zmienia się w noc, kiedy zmienia się pogoda, pory roku. Najbliższa nam - odległa zaledwie o 150 mln km - gwiazda znajduje się w stabilnej fazie rozwoju, co nie oznacza, że zawsze jest spokojna, o ile w ogóle można używać tego słowa wobec kuli wodorowo-helowej plazmy, w której od kilku miliardów lat trwa synteza jądrowa.

Kłopoty z polem elektromagnetycznym

Od czasu do czasu na powierzchni gwiazdy pojawiają się rozbłyski, wyrzucające miliardy ton materii w przestrzeń kosmiczną. Niekiedy docierają one do orbity Ziemi. Powierzchnię Słońca znaczą też często ciemniejsze plamy, sygnalizujące wzrost aktywności, okresy, które określa się jako zjawiska burzowe. Co ciekawe, chociaż dynamikę tych zjawisk nieźle już opisano, zauważono pewne prawidłowości, np. 11-letnią cykliczność, to ich natura nie jest do końca wyjaśniona. Wciąż więcej jest hipotez niż odpowiedzi. W każdym razie nie potrafimy zadawalająco przewidywać, kiedy pojawią się plamy lub rozbłyski. Są to źródła bardzo silnego pola magnetycznego. Od lat obserwujemy ich wpływ na różne zjawiska na Ziemi, nie tylko pojawianie się zorzy polarnej.

Pogoda na Słońcu zaczęła mieć namacalne znaczenie dla ludzi, kiedy nauczyliśmy się budować na większą skalę urządzenia elektryczne i radiowe. Już w pierwszych latach po wynalezieniu telegrafu zaobserwowano, że silne rozbłyski na Słońcu powodują powstawanie na powierzchni Ziemi prądów indukcyjnych tak silnych, że wyłączają linie telegraficzne. Wynalazek radia nabrał nowego znaczenia, kiedy Guglielmo Marconi zaczął eksperymentować z łącznością na duże odległości. W 1901 r. udało mu się przesłać sygnał radiowy pomiędzy Nową Funlandią w Kanadzie a Poldhu w Kornwalii. Zorientowano się, że fale radiowe odbijają się od jakiejś warstwy w górnej części atmosfery. Jej istnienie potwierdziły próby obserwacji radioastronomicznych wskazujące, że atmosfera tłumi promieniowanie radiowe w niektórych obszarach widma. Edward Appleton potwierdził w 1927 r. istnienie jonosfery, za co w 1947 r. dostał nagrodę Nobla.

Kiedy zaczęto stosować łączność radiową na większą skalę, zorientowano się, że warunki propagacji fal radiowych nie są stałe. Nie tylko są inne w nocy i w dzień, zależą też od pory roku, pogody, warunków środowiskowych. Zmieniają się też czasem niespodziewanie. Sprawa przestała być traktowana jak domena radioamatorów krótkofalowców wyszukujących dla zabawy okazji do połączeń na duże odległości, kiedy pod koniec II wojny światowej w radiotelefonach policji w Londynie usłyszano język hiszpański. Okazało się, że to rozmowy prowadzone w Madrycie i że związek tego zjawiska z rozbłyskami na Słońcu nie jest przypadkowy. Znalazły się rządowe pieniądze zarówno na wsparcie obserwacji aktywności Słońca, jak i badania stanu poszczególnych warstw jonosfery.

Wkrótce na obserwatoria jonosferyczne przygotowujące komunikaty i prognozy dla potrzeb wojskowych i komercyjnych służb radiokomunikacyjnych. Takie obserwatorium zorganizowano również w roku 1958 w Instytucie Łączności w Miedzeszynie. Nadajnik radiowy wysyłał sygnał w kierunku górnych warstw atmosfery i rejestrował odbicia, dając obraz stanu jonosfery w danej chwili. Kilka razy na dobę przekazywano komunikaty dla potrzeb profesjonalnych służb radiokomunikacyjnych i międzynarodowej służby jonosferycznej. Te działania zaczęły tracić znaczenie razem z rozwojem sieci transmisyjnych obsługujących systemy radiowe, pracujących na falach ultrakrótkich i wyższych zakresach częstotliwości. Dla fal krótszych niż ultrakrótkie jonosfera jest w zasadzie przeźroczysta, co przejawia się tym, że łączność jest możliwa tylko w zasięgu widoczności anteny nadajnika.

Rozwój technologii półprzewodnikowych umożliwił masową produkcję urządzeń pracujących w wysokich zakresach częstotliwości. Krótki zasięg, niewielka moc i bardzo wąsko zestrojone pasmo nadawania dały nam możliwość korzystania z dużej liczby urządzeń radiowych, bez ryzyka wzajemnych zakłóceń. Technologie sieciowe w telekomunikacji umożliwiły skoordynowanie naddawania oddalonych nadajników i pokrycie sygnałem radiowym lub telewizyjnym dużych obszarów, budowę rozległych sieci telewizji kablowych, a także rozwój sieci telefonii komórkowej. Fale krótkie są wykorzystywane obecnie w radiokomunikacji przez służby profesjonalne i radioamatorów. Rolę podstawowego medium komunikacyjnego przejął zaś Internet.

Korelacje

Uniezależnienie większości użytkowanych systemów łączności radiowej od stanu jonosfery nie oznacza, że nie musimy się liczyć z aktywnością Słońca. To, co fizycy atmosfery nazywają sztormami geomagnetycznymi, może zaburzać pracę urządzeń elektrycznych i radiowych, szczególnie bliżej biegunów, gdzie oddziaływanie ziemskiego pola magnetycznego jest silniejsze. W skrajnych przypadkach dochodzi do trwałych uszkodzeń. W przeszłości odnotowywane były uszkodzenia satelitów, zakłócenia systemów nawigacyjnych. Były mniej dolegliwe, bo było ich po prostu mniej. Obecnie wokół nas coraz więcej jest systemów, których działanie opiera się na technikach radiowych, lub są potencjalnie wrażliwe na pole elektromagnetyczne. Kilka ostatnich lat spokojnego Słońca to okres gwałtownego wzrostu znaczenia różnych zastosowań mobilnych. Tymczasem jest wiele bardziej lub mniej prawdopodobnych hipotez na temat korelacji aktywności Słońca z różnymi zjawiskami na Ziemi, cyklami pogodowymi, tektoniką, aktywnością niektórych gatunków w biologii, a nawet nastrojami społecznymi. Jak z większością wymyślonych korelacji w bardzo złożonych układach statystycznych można być sceptycznym, ale pewnie niektórzy powiedzą, że obecny ruch oburzonej młodzieży na świecie rozgrzało aktywne Słońce.