Předpovědi podmínek šíření krátkých vln na prahu třetího milénia

Stochastické procesy v zemské ionosféře, jejichž projevy v oboru šíření elektromagnetických vln jsme si již tradičně zvykli nazývat podmínkami šíření, lze předvídat jen s určitou pravděpodobností - rádi tvrdíme, že známou; obdobně totéž platí například pro změny parametrů troposféry, neboli pro počasí. Společné obému je, že se zabýváme složitými komplexy jevů, které sice dnes již lze úspěšně modelovat (a z modelů těžit velmi věrohodné výsledky) - realita se ale téměř vždy znatelně liší. Podobnost problematiky i použitých metod v oboru šíření radiovln s počasím je ostatně v některých jazycích vyjádřena velmi jednoznačně - např. slovy "Space Weather" v angličtině, či "Funkwetter" v němčině. Pro úplnost dodejme, že to, čemu říkáme počasí (jež se odehrává ve výškách od nuly do 10 až 12 km nad zemským povrchem), sice není tak úplně bez vlivu ani na podmínky šíření krátkých vln, dominantní účinek ale má až počínaje vlnami velmi krátkými.

V oboru předpovědí používáme pravděpodobnostní pojmy, tudíž výsledné předpovědi mají pravděpodobnostní charakter i platnost. K přiblížení toho, co je tím myšleno, můžeme použít ilustrativní příklad. Tedy například (třeba i úspěšně) určíme, s jakou pravděpodobností se v konkrétní situaci, či intervalu otevře trasa mezi Střední Evropou a Jihovýchodní Asií, ale nezaručíme, že se v pátek dopoledne na desítce dovoláme např. z Horních Kotěhůlek do Luang Prabangu. Co do výsledného efektu je úloha navíc v radioamatérské praxi (na rozdíl od profesionálů) komplikována tím, že ve zpravidla dostatečně přesně neznáme vyzařovací charakteristiky antén a tudíž ani EIRP. A navíc - ve vhodném okamžiku nemusí být náš přítel v Luang Prabangu skutečně v ham-shacku a operátor v Horních Kotěhůlkách, navzdory tomu, že sleduje všechny možné DX-bulletiny a má trvalé připojení k Internetu, nemůže vědět, zda v blízkosti protistanice nebude třeba bouřka, zda tam půjde elektřina atd. Ale to již není o šíření vln, byť to tak s hlediska operátora subjektivně může vypadat. V dalším textu se podobnými příměry již nebudeme rozptylovat a za otevření do příslušného směru budeme považovat skutečnost, že z něj slyšíme alespoň (větší) část stanic skutečně vysílajících. (Zde je vhodné zdůraznit úlohu radioamatérských majáků a dalších trvale vysílajících stanic, umožňujících posoudit podmínky šíření podstatně objektivněji.)

Podmínky šíření se vyvíjejí pokaždé jinak

Předpovídání složitého stochastického jevu se neobejde bez poměrně velkého množství jak statistických, tak i aktuálních dat, z nichž můžeme stanovit průměrné hodnoty a jejich rozptyl a chod v souvislosti se změnami hodnot provázaných procesů. Konkrétně - v oboru předpovědí šíření krátkých vln nám sice v prvním přiblížení a pro velmi hrubou orientaci může stačit informace o výši sluneční aktivity a stupni narušenosti magnetického pole Země, ale můžeme dojít (a mnohdy též dojdeme) ke zcela nepoužitelným výsledkům, zanedbáme-li vlivy, které působily na ionosféru i v ionosféře samé přinejmenším během několika posledních desítek hodin a jejichž následky a důsledky působí dále ve formě počátečních podmínek každé další změny. Nemusí nás proto překvapit, že zjistíme vynikající podmínky šíření při mírně podprůměrné sluneční a současně vysoké geomagnetické aktivitě (třeba v kladné fázi poruchy), či podmínky zcela mizerné během vysokých hodnot slunečního toku a za klidu v magnetosféře (ale den i více po poruše).

Získávání podkladů k předpovědím

Na podrobnosti toho, co se na Slunci, v ionosféře a magnetosféře právě skutečně děje, mohli ještě poměrně nedávno nahlédnout pouze pracovníci hvězdáren a geofyzikálních observatoří. Ba i zbytek odborné veřejnosti byl odkázán nanejvýše na něco málo dat, které z těchto observatoří s větším či menším zpožděním plynuly. Ještě v osmdesátých letech jsme rádi brali zavděk desítkou řádek, obsahujících den až dva stará zakódovaná data Ursigramů, ladili se na kmitočty francouzských telegrafních vysílačů v Pontoise (FTK77 a FTN87) a St. Assise (FTA91, později FTA83) a brali zavděk poměrně čerstvými ionosférickými a geomagnetickými daty z Moskvy (z dodnes aktivní stanice REM4, třikrát denně vysílající zejména meteorologické informace) a nejraději jsme byli, umožnily-li podmínky příjem stanic WWV a WWVH. Leč čas oponou trhnul (pro státy z bývalé sovětské éry vlivu hlavně tou železnou), máme tu Internet a co bylo dříve výsadou několika vyvolených, může mít dnes každý majitel počítače a modemu, navíc 24 hodin denně, v barvách vyvedené a tutoriály doprovázené (byť většinou jen v angličtině) - a to vše doma, u krbu (mimochodem, i data pro vysílání majáku DK0WCY přichází po Internetu). Navzdory klesajícímu praktickému významu krátkovlnné komunikace v éře satelitů se nezastavil ani vývoj stále dokonalejšího předpovědního software, který navíc můžeme získat zdarma - a opět na Internetu, ať již od vědeckých institucí, jednotlivých radioamatérů, anebo třeba s přispěním rozhlasové stanice Hlas Ameriky (program VOACAP, viz níže). A tak, zatímco jsme ještě nedávno prstíčkem hrabali a špendlíčkem kopali, abychom sehnali alespoň základní údaje, dnes je úloha opačná a musíme si umět vybírat to nejpoužitelnější v záplavě informační exploze.

Předpovědní diagramy

Navzdory popsané invazi informací kupodivu nezmizely předpovědi šíření krátkých vln ze stránek radioamatérských časopisů. Kromě faktu, že stále ještě ne v každém ham shacku stojí počítač a ne každý počítač je připojen k Internetu (i když je často připojen k síti PR) zde zřejmě hrají roli jejich snadná dosažitelnost, přece jen jednodušší zacházení s papírem, pro praxi dostatečná přesnost a navíc někdy i názornost, alespoň trochu umožňující nahlédnout do příčin chodu podmínek. K tomuto účelu je pak třeba zobrazit dostatečné množství směrů (optimem pro pokrytí zemského glóbu při ještě dostatečné přehlednosti a možnosti rychlé orientace je jich zhruba dvacet až třicet a minimem, ještě umožňujícím dostatečnou interpolaci, námi zvolených patnáct). Pro situaci v ionosféře, kterou znázorňují, platí stále tatáž pravidla již po desítky let. Jedná se o modelovou situaci pro střed příslušného měsíce při průměrné intenzitě sluneční radiace a spíše nenarušeném magnetického pole Země (výkyvy při poruchách jsou tak velké a rozmanité, že se skutečné parametry mohou vzdálit od modelových velmi podstatně; jinými slovy, při větších poruchách předpovědi víceméně neplatí).

Předpovědní diagramy jsou vypočteny na základě ionosférické databáze, která byla získána dlouhodobými pravidelnými měřeními parametrů ionosféry a jejich interpolací. Při stejných číselných hodnotách sluneční a geomagnetické aktivity bychom měli mít i obdobné možnosti v navazování spojení a pásma by na nás měla působit obdobným dojmem. Ze zkušenosti však víme, že tomu tak leckdy není. Důvodů může být celá řada. Malým počtem výchozích indexů pro výpočet předpovědi nikdy dostatečně nepopíšeme všechny důležité vlivy, působící na ionosféru. Mimoto i při stejných hodnotách indexů se může momentální stav podstatně lišit v závislosti na historii vývoje zejména v minulých hodinách, dnech, ba i týdnech. Dále závisí na trendu změn - při růstu sluneční radiace převládá v ionosféře ionizace nad rekombinací a vzniká určitý řád, zatímco při poklesu převládá rekombinace a roste koncentrace náhodných nehomogenit (které stavbu ionosféry boří a navíc na nich vzniká rozptyl a tím i útlum radiovln). Zpřesnění a tím i zvýšení použitelnosti má za úkol další kategorie předpovědí - krátkodobé, které, stručně řečeno, říkají kdy, ve kterých směrech, o kolik a jakým způsobem se bude skutečný stav lišit od modelového průměru. Schopnost operátora skloubit informace z obou druhů předpovědí je podmínkou k tomu, abychom je uměli efektivně používat.

Druhy předpovědí a kde je najít

Vedle krátkodobých předpovědí, vydávaných na nejbližší hodiny až dny (výjimečně i týdny) jako zpřesnění střednědobých (obvykle měsíčních, kde je hlavní periodou jeden rok), známe ještě předpovědi dlouhodobé, kde nejkratším (a nejčastějším) intervalem je jeden jedenáctiletý cykl - a následují periody delší (poměrně známá je například osmdesátiletá). Dříve byla jediným způsobem šíření krátkodobých předpovědí pro radioamatéry zpravodajská vysílání a kroužky, nyní se stále častěji uplatňuje packet radio (rubriky SOLAR, SUN, PROPAG aj.) a řada serverů na Internetu (např. http://hfradio.org).

Celkovou pestrost internetové nabídky můžeme uvést následujícím výčtem běžně dostupných zdrojů. Co je nového na Slunci zjistíme na http://sec.noaa.gov/today.html. Poslední poloha koronálních děr je vidět na http://www.nso.noao.edu/synoptic/ch4.gif a výpravné obrázky Slunce z observatoře NSO Kitt Peak jsou na http://www.nso.noao.edu/synoptic/synoptic.html. Ještě více nám řeknou záběry družice SOHO, neboli THE SOLAR AND HELIOSPHERIC OBSERVATORY na http://sohowww.estec.esa.nl/.

Pozadu nejsou ani servery radioamatérů - například http://www.wm7d.net/hamradio/solar/. Nejen ctitele VKV, čekající na polární záři, ale i kohokoli, koho zajímá rozvoj poruchy, uspokojí stránka http://www.sec.noaa.gov/pmap/. Předpověď aurory získáme z Geophys. Inst. Univ. of Alsaka ve Fairbanks na http://www.gi.alaska.edu/.

Poměrně objektivní hodnocení podmínek představuje stanovení efektivního čísla skvrn R12ef, neboli SSNe (nemající nic společného se skvrnami na Slunci, ale zpětně počítaného z ionosférických charakteristik) dostupné na http://www.nwra-az.com/spawx/fof2/fof2.html. Jeho průběh za poslední dny najdeme na http://www.nwra-az.com/spawx/ssne24.html a za poslední rok na http://www.nwra-az.com/spawx/ssne-year.html.

Jak to skutečně vypadá v ionosféře nad Evropou, zjistíme z velmi kvalitních ionogramů z observatoře Juliusruh na http://www.ionosonde.iap-kborn.de/ionogram.htm. Poslední ionogram z Aljašky najdeme na http://137.229.36.56/cgi-bin/latest.exe. Pozoruhodné a současně praktické jsou též údaje z australského IPS - aktuální ionosférické mapy na http://www.ips.gov.au/asfc/current/, konkrétně pro Evropu na http://www.ips.gov.au/asfc/euro_hf/euromap.html, či pro celý svět na http://www.ips.gov.au/asfc/current/rworldmap.gif.

V poslední době vzbudil zejména zájem investigativních reportérů projekt HIGH FREQUENCY ACTIVE AURORAL RESEARCH PROGRAM, neboli HAARP, jehož výsledky najdeme na http://w3.nrl.navy.mil/projects/haarp/index.html. Fotografie rozlehlých anténních polí (ještě větších, než v Juliusruhu) jsou na http://w3.nrl.navy.mil/projects/haarp/photos.html. Využity jsou zde i majáky z radioamatérského projektu NCDXF, jejichž monitoring najdeme na http://www.haarp.alaska.edu/mm/bscan.html, celého spektra na http://www.haarp.alaska.edu/mm/wf.html, registrace příjmu WWV/WWVH (15 MHz) na http://www.haarp.alaska.edu/mm/Nmon.html, WWV (20 MHz) na http://www.haarp.alaska.edu/mm/Nmon1.html a rozhlasového pásma 49 m na http://www.haarp.alaska.edu/mm/Nmon2.html. Pokud nás zajímá komunikace s ponorkami, dozvíme se více na http://w3.nrl.navy.mil/projects/SUBCOMM/index.html, o satelitní komunikaci pak na http://w3.nrl.navy.mil/projects/HDRSATCOM/index.html. Bližší našim potřebám bude poslední magnetogram na http://geo.phys.uit.no/realtime.html. Dlouhodobou předpověď slunečního cyklu na stránkách NASA najdeme na http://science.nasa.gov/ssl/pad/solar/predict.htm.

Již zmíněný předpovědní program VOACAP (The VOA Coverage Analysis Program) můžeme získat na http://elbert.its.bldrdoc.gov/voa_source.html. Vychází z programu IONCAP, vyvíjeného od r 1942, vybraného pro další vývoj VOA v r.1985. Dokonce můžeme získat jeho zdrojový tvar v jazyce FORTRAN na http://elbert.its.bldrdoc.gov/hf.html, podobně jako u programu REC533, což je model ITU-R PI.533, určený pro plánování krátkovlnných spojů).

Vše uvedené jsou ovšem pouze pomůcky, z nichž si podle svých možností, znalostí, potřeb a zálib obvykle vybereme vyhovující podmnožinu a naučíme se ji optimálně využívat. Skutečnost na pásmech je vždy pestřejší a překvapivější a vše výše uvedené nám v nejlepším případě pomůže lépe se připravit na překvapení a vyjít mu kousek naproti. Přitom je vhodné si uvědomit, že čím máme výkonnější a směrovější anténu, tím odlišnější bude obraz pásma proti anténám méně výkonným, případně všesměrovým, nebo jinak směrovým. Ve vztahu k předpovědním diagramům můžeme výkonnými anténami daleko lépe kompenzovat útlum na kmitočtech pod MUF (označeném křížky), než samotnou pravděpodobnost otevření, která je přeneseně charakterizována izoliniemi síly signálu nad hodnotami MUF.

Ačkoli se již definitivně nacházíme v sestupné části křivky 23.cyklu, úroveň sluneční aktivity ještě pár měsíců vydrží na úrovni jeho maxima. Pravděpodobně již letos ale začne jeho křivka o něco rychleji klesat a s ní i celková sluneční radiace, tvořící inosféry planet, včetně Země. Následně se začnou ztrácet možnosti komunikace na nejkratších pásmech krátkých vln a tento proces bude pokračovat až do minima cyklu v letech 2006-2007.