Во время солнечных затмений, которые будут наблюдаться на американском континенте в октябре 2023 года и апреле 2024 года, в эфир выйдут сотни радиолюбителей. Их цель — помочь ученым исследовать, что происходит с радиосигналами, когда Луна закрывает Солнце.
Огромная мачта на заднем дворе выдает хобби Тодда Бейкера. 30-метровое сооружение с множеством антенн возвышается на фоне многих взрослых деревьев поблизости. Бейкер, продавец промышленных конвейерных лент из Индианы, использует не только свое имя, но и позывной - короткую последовательность букв и цифр - который необходим, чтобы идентифицировать себя в эфире: W1TOD. Он является членом радиоклуба.
«Я это все проходил», - говорит он, имея в виду различные радиосистемы, в том числе гражданский диапазон или CB-радио, с чем он баловался на протяжении многих лет. «Общение - это было для меня круто».
Теперь он также увлекается астрономией. 14 октября он и сотни других радиолюбителей целенаправленно будут выходить в эфир во время кольцевого солнечного затмения, которое будет наблюдаться на американском континенте. Они сделают это снова в апреле следующего года, когда полное солнечное затмение станет видно от Ньюфаундленда до Мексики.
Зачем? Известно, что солнечные затмения влияют на радиоволны, и Бейкер планирует принять участие в масштабном эксперименте, призванном определить, как космические события влияют на распространение радиоволн.
Расположенные на участке площадью 3 гектара рядом с шоссе к югу от Индианаполиса, антенны Бейкера, направленные в разные стороны, позволяют ему проводить радиосвязи по всей территории США и гораздо дальше за пределы страны. Его голос был слышен на другом конце света, он общался с радиолюбителями в Европе и даже в Новой Зеландии, на расстоянии 13 000 км.
По словам Бейкера, одна из антенн в его саду расположена под особым углом, поэтому передаваемый ей радиосигнал направляется низко над землей. Но в конечном итоге этот сигнал направится в небо. «Когда он достигнет ионосферы, — говорит Бейкер, — он отразится».
Это явление, при котором радиоволны отражаются от некоторых верхних слоев атмосферы, значительно увеличивает дальность связей, которые могут проводить радиолюбители. Это называется «эффектом пространственной волны», и именно таким образом в 1901 году была проведена первая радиопередача через Атлантический океан.
Это означает, что искривление Земли преодолимо. Радиоволны могут идти зигзагами вверх и вниз, перемещаясь в пространстве между землей и ионосферой, которая находится на высоте примерно 80–650 км. Можно сказать, что голос человека, передаваемый в виде электромагнитных волн, буквально касается неба во время передач на большие расстояния - именно благодаря этому эффекту.
«Тот факт, что вы можете принимать радиосигналы с другой стороны Земли», — говорит Кэтрин Митчелл, профессор радионауки в Университете Бата, — «это действительно удивительно».
Самое удивительное то, что эффект пространственной волны нестабилен – и ученые до сих пор не до конца это понимают. Ионосфера странная. Она колеблется, движется, расширяется и сжимается, и она далека от состояния однородности. По словам Митчелл, иногда здесь появляется скопление множества радиоволн – во время восхода и захода солнца – это почти как бросить камень в озеро.
Присутствие или отсутствие излучения солнца является одной из причин этого. В дневное время ионосфера утолщается, потому что солнечный свет, воздействуя на атмосферные газы, ионизирует их с образованием электронов. Ночью ионизация уменьшается и нижний слой ионосферы исчезает. Этот ночной эффект позволяет радиоволнам распространяться гораздо дальше, поскольку они достигают больших высот до того, как электроны отразят их обратно к Земле. Именно поэтому люди уже давно могут принимать далекие радиостанции в ранние часы.
Странности ионосферы требуют широкомасштабного исследования. Затмение дает прекрасную возможность собрать вместе множество людей, чтобы проверить наше представление о том, что с ней происходит по мере ее изменений, причем в удобное время – в течение светового дня. Кроме того, затмения — это не то же самое, что ночное время, с точки зрения влияния на ионизационную активность. Тень, отбрасываемая Луной, имеет особую форму — точечную; она быстро перемещается по поверхности Земли. Поэтому во время затмения с ионосферой могут произойти неожиданные вещи, за которыми ученые хотят понаблюдать.
Правила радиосвязи
Чтобы найти других радиолюбителей, используются такие сайты, как QRZ.com, служащие своего рода телефонной книгой. После проведения радиосвязи операторы иногда отправляют друг другу QSL-карточки – как открытки – о своей радиолюбительской станции. (QSL — это код, означающий «Я подтверждаю получение вашей передачи».)
Радиолюбитель Тодд Бейкер встречался в эфире со многими личностями: от американских участников подготовки к апокалипсису до граждан Украины, оказавшейся в конфликте с Россией. Однако это неписаное правило — избегать политики или религии. «Но некоторые люди идут на это, я стараюсь этого избегать», — говорит Бейкер. «Если вы не согласны или согласны, скажем, с президентом или вице-президентом Соединенных Штатов, это все равно должность, которую следует уважать».
Однако это еще не все. В США некоторые волонтеры-радиолюбители оказывают поддержку местным властям в чрезвычайных ситуациях. Во время затмений они будут отслеживать проблемы с трафиком, мобильной связью и другие сбои.
Любой желающий может зарегистрироваться в научном радиолюбительском сообществе под названием HamSCI. По мере приближения двух предстоящих "американских" затмений сотни добровольцев начнут выходить в эфир, чтобы сделать свои наблюдения и поделиться им с учеными. Бейкер среди волонтеров. «Они хотят иметь возможность слышать, как меняется распространение радиоволн», — объясняет он. «Ни в каком другом случае у вас нет возможности выключить Солнце и снова включить его».
Возглавляет эксперимент Натаниэль Фриссел, космический физик и инженер-электрик из Скрентонского университета в Пенсильвании, основавший HamSCI. Через Zoom он объясняет, почему еще так много предстоит узнать об ионосфере. Он демонстрирует мне анимацию, показывающую ионосферу в виде изогнутого размытого слоя, аккуратно укрывающего землю. «Вы видите, насколько гладкая эта ионосфера? В реальной жизни ионосфера не такая гладкая», — говорит он. Есть временные шишки и неровности, назовем их так за неимением лучшего определения, появление которых ученые до сих пор не могут предсказать.
Во время предстоящих затмений Фрисселл, чей позывной W2NAF, будет собирать данные, в том числе от отдельных радиолюбителей-волонтеров, которые планируют использовать высокочувствительное передающее оборудование во время этих событий, а также из онлайн-логов активности радиолюбителей. Он подчеркивает, что это эксперимент такого масштаба, который был бы просто невозможен с использованием только стандартных научных инструментов на достаточно большой территории. Предстоящие эксперименты последуют за аналогичными исследованиями во время полного солнечного затмения над США в 2017 году. Бейкер тоже принял в этом участие – он сохранил вырезку из местной газеты со своей фотографией.
Понимание поведения ионосферы имеет большое значение, поскольку, например, во время военных действий или операций по реагированию на стихийные бедствия хорошо отлаженная радиосвязь может стать вопросом жизни и смерти. Радиооператорам крайне важно знать, как лучше всего настроить передающее оборудование для успешной радиосвязи. Кроме того, изменения в ионосфере иногда влияют на спутники, говорит Рут Бэмфорд из RAL Space, базирующейся в лаборатории Резерфорда Эпплтона, которая является частью Совета по науке и технологиям Великобритании.
Солнечные вспышки, например, вызывают расширение ионосферы, что увеличивает сопротивление движению спутников, вращающихся вокруг Земли, а это означает, что им, возможно, придется подниматься обратно на большую высоту, чтобы они не упали на землю.
Отражение радиоволн от ионосферы похоже на исследование гигантского, постоянно меняющегося моря эфирной материи. «Это довольно сложно сделать», — говорит Бэмфорд. «У вас есть зеркало, которое меняется вместе с Солнцем».
Угасание радиолюбительства
Любительское радио, похоже, находится в упадке во многих частях мира, в том числе в Великобритании и Австралии. И хотя пандемия Covid-19 спровоцировала ренессанс любительского радио в таких местах, как Япония, перспективы в США не очень хорошие, говорит Мишель Томпсон, которая изучала тамошнюю "радиолюбительскую" демографию. «Мы топчемся на месте», — говорит она, отмечая, что количество радиолюбительских позывных в штатах либо находится на одном уровне, либо немного снижается. Кроме того, хобби стало менее разнообразным, по крайней мере, с точки зрения гендерного разнообразия, добавляет она: «У нас тут какие-то проблемы. Кажется, радио воспринимается как нечто само собой разумеющееся».
Бэмфорд хвалит волонтеров-радиолюбителей. Она сама заручилась аналогичной помощью еще в 1999 году во время редкого полного солнечного затмения, наблюдавшегося в Великобритании – следующее произойдет не раньше 2090 года. В 1999 году добровольцы отслеживали изменения мощности сигнала во время затмения, и многие из них зафиксировали значительный всплеск, показав, что радиоволны могут в течение короткого промежутка времени распространяться гораздо дальше, чем обычно в дневное время. Бэмфорд и ее коллеги также попросили представителей общественности настроить свои домашние радиоприемники на частоту, используемую испанской вещательной компанией. В обычных условиях эту станцию не было бы слышно в дневное время, но многие сотни людей в Великобритании сообщили, что слышали, как сигнал постепенно появлялся, а затем исчезал по мере того, как наступало и заканчивалось затмение. По ее словам, учитывая наше несовершенное представление об ионосфере, во время предстоящих затмений может быть много сюрпризов.
«Любительское радио — очень, очень хорошее средство для этого», — утверждает Мишель Томпсон, исполнительный директор Открытого исследовательского института, некоммерческой организации, занимающейся исследованиями и разработками в области любительского радио. Позывной Томпсон — W5NYV.
Радилюбители, выходящие в эфир во время затмений, будут действовать как своего рода гигантский «распределенный приемник», предполагает она. А по мере совершенствования радиооборудования каждый раз, когда проводится подобный эксперимент, появляется больше возможностей для получения более точных данных об изменениях, происходящих в ионосфере.
Что касается Бейкера, то он с нетерпением ждет возможности ознакомиться с результатами предстоящих затмений. По его мнению, эти данные могут улучшить его умение проводить успешные радиосвязи в определенное время суток. Многие радиолюбители стремятся отточить такие навыки. Бейкеру нравится ставить перед собой такие задачи, как передача сигналов на большие расстояния на очень малой мощности. Или закинуть переносную антенну на дерево и проводить радиосвязи из живописных мест во время отпуска.
Отчасти привлекательность этого процесса заключается в непредсказуемости результата. Есть что-то особенное в том, когда включаешь радио, в отражении сигнала от ионосферы и виртуальном контакте с совершенно незнакомыми людьми на огромном расстоянии, что не может сравниться с простым набором сообщения одному из ваших контактов в приложении для смартфона. «Это незапланированное общение, совершенно случайное», — говорит Томпсон. Благодаря радиосвязи у нее появилось много друзей. Это даже привело к тому, что она представила свое исследование на конференции в Японии.
По ее словам, в отличие от разговора по телефону, это больше похоже на выход в океан на лодке. Вы должны принимать во внимание могучие силы природы, погоду и даже невидимую турбулентность атмосферы, чтобы добраться туда, куда вы направляетесь.
«Каждый день это становится словно приключением», — говорит она. «Никогда не знаешь, с кем сможешь пообщаться».
Источник: Би-би-си
Изображение на обложке: Emmanuel Lafont
Компонент комментариев CComment