Ionosféra: matka polární záře i příčina selhání telefonů a GPS

Teorie šíření elektromagnetických vln je součástí při navrhování anténních soustav a radarů. Předpověď stavu ionosféry je důležitá pro telekomunikace, pro radiové vysílání, pro komunikaci s družicemi na oběžné dráze nebo GPS.
 
Jak nám dále vysvětlil profesor Vladimír Schejbal z Univerzity Pardubice, poruchy v ionosféře se mohou projevit ve snížení spolehlivosti navigačních systémů či ve zhoršení komunikace s družicemi na oběžné dráze. Proto je nutné porozumět chování ionosféry a zdokonalovat ionosférické předpovědní modely.
 
Ionosféra je ionizovaná část atmosféry ovlivňující šíření elektromagnetických signálů
  • Elektromagnetické signály mohou být odráženy, tlumeny, či může být zakřivována jejich dráha
  • Ionosféra se nachází ve výškách nad 60 km ve dne a nad 100 km v noci
  • V důsledku ionizace neutrálního plynu slunečním zářením je prostředí elektricky vodivé
Ionogram
Na obrázku je výsledek pozemního ionosférického sondování - ionogram - změřený 2. 6. 2014 na stanici Průhonice. Čas návratu vyslaného a od ionosféry odraženého signálu o dané frekvenci (vodorovná osa) určuje tzv. zdánlivou výšku vrstev (svislá osa). Černou čárou je vykreslen skutečný průběh elektronové koncentrace, které v tomto případě dosahuje maxima ve výšce 260 km. Barvy použité pro vykreslení odrazů z jednotlivých vrstev udávají mimo jiné i směr odrazu a rozlišují řádný a mimořádný mód signálu. Kromě vrstev E, F1 a F2 je možné zaznamenat i tzv. sporadickou vrstvu E, která je typická pro střední šířky a letní období a je často využívána radioamatéry pro dálková spojení. Aktuální ionogramy jsou veřejně dostupné na adrese digisonda.ufa.cas.cz.
 
Na téma ionosféry a jejím vlivu na telekomunikaci a navigační systémy spolupracují odborníci z Univerzity Pardubice s vědci Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd ČR.
RNDr. Petru Kouckou Knížovou, Ph.D. z Ústavu fyziky atmosféry AVČR zajímá část fyzikální procesy klidné ionosféry a doplňuje: "Chování ionosféry ovlivňuje především sluneční aktivita a následně geomagnetická aktivita.
 
Během silných slunečných událostí, například při výronu koronální hmoty, dochází k deformaci geomagnetického pole a následně ke geomagnetickým a ionosferickým bouřím. Během nízké sluneční aktivity je chování ionosféry ovlivňováno procesy v neutrální atmosféře.
 
Petra Koucká Knížová získávala výsledky svých výzkumů i na severu na observatoři Sodankyla ve Finsku, za svoji práci byla oceněna Cenou Otto Wichterle pro mladé vědecké pracovníky a cenou l´Oreal pro ženy ve vědě.
 
Červen přeje vysílačkám
Sluneční záření je při svém průchodu atmosférou filtrováno (některé části spektra jsou částečně nebo úplně pohlceny atmosférickými plyny). S výškou se mění chemické složení plynů. Proto dochází k vytvoření několika ionosférických vrstev: D, E, F1 v noci zanikají, vrstva F2 v noci přetrvává. A v červnu mají radost radioamatéři, tzv. sporadická vrstva E je aktivní, proto jsme schopni lépe vysílat, či chytat televizní programy bez antén.
 
Nejdůležitější informací o stavu ionosféry je koncentrace elektronů v dané výšce
Ta se zjišťuje pomocí ionosond. Mgr. Daniel Kouba z Ústavu fyziky atmosféry AVČR je světovým odborníkem na drifty – pohyby elektronů v ionosféře.
 
Zabývá se analýzou pohybu ionosférického plazmatu, tj. elektronů. Na základě jeho výsledků se zlepšilo automatické měření driftů na sondách. Jeho algoritmus byl začleněn do standardního vybavení digisond. „Využíváme toho, že ionosféra může některé vlny odrážet. Elektromagnetické vlny, které vysíláme, jsou nástrojem, kterým ionosféru sledujeme. Ionosonda funguje na stejném principu jako radar,“ vysvětluje Kouba. „Z pozemní vysílací antény se vyšle směrem vzhůru krátký pulz a měří se doba návratu do přijímací antény či antén. Elektromagnetická vlna se v ionosféře odrazí právě ve výšce, kde se její frekvence rovná plazmové frekvenci.“
 
Vlny s vyšší frekvencí prostředím plazmatu procházejí. Z časového zpoždění návratu odražené vlny lze spočítat výšku odrazu.
 
Mgr. Zbyšek Mošna, Ph.D. dodává: "Takovéto měření se provádí v České republice v observatoři Průhonice. Tato stanice je součástí celosvětové ionosférické měřící sítě.“ A sype z rukávu historii objevů ionosféry: "Teoreticky byla popsána už v 18. století a G. Marconi dokázal přítomnost atmosférické odrazivé vrstvy v roce 1901, když v Kanadě zachytil signál vyslaný z Cornwallu přes Atlantický oceán."
 
A nesmíme zapomenout na to, že v ionosféře dochází k nádhernému úkazu, k polární záři.
 
Jana Davidová-Kracíková
 
Pořad vznikl za podpory Univerzity Pardubice a projektu BRAVO - Brána vědění otevřená, který je spolufinancován evropskými fondy a státním rozpočtem České republiky.