František Loos, OK1QI

Velké možnosti pro uskutečňování dálkových spojení ve dvoumetrovém pásmu v jarních a letních měsících dává využití mimořádné vrstvy Es (sporadičeskij sloj E, sporadic E). Tak jako veliké možnosti dálkového spojení na krátkých vlnách odrazem od ionosféry objevili radioamatéři i možnosti spojení na VKV odrazem od mimořádné vrstvy Es. Spojení tímto způsobem v pásmu 5m byly uskutečněny už ve třicátých létech. Hlavním kladem takovýchto spojení je, že jsou uskutečňována na vysokých kmitočtech na veliké vzdálenosti, mnohdy větší než 2000 km.

Jak to začalo

Rozruch v průkopnických dobách šíření VKV v pásmu 2 m způsobila poslechová zpráva - QSL lístek UB5CI z Charkova, který v II. subregionálním závodě 4. května 1958 slyšel naši stanici OK1AKA, dále OE6AP/p a OE3WN/p. O rok později, 14.6. 1959, spojením byla poprvé potvrzena možnost pracovat odrazem od silně ionizované vrstvy Es s běžnými radioamatérskými zařízeními. Přesto se mělo všeobecně zato, že to byl ojedinělý jev, jehož opakování je málo pravděpodobné. Do té doby bylo známo, že se mohou v krátkodobých intervalech odrazit od mimořádné vrstvy Es vlny, jejichž kmitočet dosahuje v jednotlivých případech až 80 MHz.

Není divu, že v tomto druhu šíření nastal na dva roky klid. Pravděpodobnost výskytu nenastala až za tyto dva roky, ale mnohem častěji. Všechny tyto příležitosti však zůstaly nevyužity, protože v době příznivé pro využití sporadické vrstvy Es se na pásmu 145 MHz prakticky žádné stanice nevyskytovaly. Nebylo náhodou, že předcházející poslechová zpráva od UB5CI a první spojení byly z neděle, kdy byl na pásmu provoz.

Spojení mezi G6OP/p a YU1CW na 145 MHz dne 7. 5. 1961 ve II. subregionálním závodě mezi 14,45 až 14,58 hod. SEČ na vzdálenost 1885 km bylo nejdelším spojením v tomto pásmu a stalo se evropským rekordem; poukázalo na nutnost věnovat tomuto druhu šíření VKV větší pozornost. V této době byl zaznamenán poslech anglických VKV stanic ve Švédsku, rovněž tak byly přijímány silně četné italské VKV FM rozhlasové stanice. Rovněž v Anglii byly v té době slyšeny čtyři VKV FM jugoslávské stanice.

První plánované pokusy

Uvedené souvislosti společné pro šíření VKV od Es na 145 MHz vytušil správně UA3CD 3. 5. 1962. K večeru sledoval na televizních kanálech zahraniční programy stanic Prahy a Berlína. V KV DX pásmech bylo prázdno. Na 145 MHz uslyšel v 18.30 hod. slabé signály, pracně čitelné. V 18.40 odpovídá na CQ I1ANY. Spojení trvalo 18 minut. RST 569 až 589. Překlenutá vzdálenost 2500 km. Také u nás v roce 1964 na nejnižším TV pásmu a na 145 MHz sledoval příznivý vývoj ionosférické situace pro dálková spojení OK1PG.  9. června na kmitočtech pozemní letecké zabezpečovací služby kolem 120 MHz bylo slyšet vzdálené evropské stanice včetně „Věže“ moskevského letiště. Svědkem těchto mimořádných podmínek byl i OK1GA (který o tom informoval v Obránci vlasti).

Měsíc nato, 3. 7. 1964, den před Polním dnem, zaslechla jugoslávská stanice YU1EXY ukrajinské stanice UB5MI a UB5DKA. O PD slyšela F3UC/m/FC pracující z Korsiky, dále EA3GX a EA3KA z Barcelony a EA6GF z Baleárských ostrovů. Možnosti uskutečnit taková dálková spojení inspirovala členy zmíněné YU1EXY k přípravě potřebného zařízení pro výskyt mimořádné vrstvy Es v příštím roce. Ze zámoří došly zprávy o tom, že také v r. 1961 v létě pracoval v pásmu 145 MHz odrazem od Es W5SFW se stanicemi ze severních států USA a Kanady. Pracoval s malým výkonem vysílače a anténou v místnosti.

Polní den a III. subregionální závod 3. a 4. července 1965 připravil do pohotovosti VKV radioamatéry po celé Evropě. Jejich podklady při výskytu mimořádné Es mohly sloužit pro hodnocení daného jevu z hlediska využití Es pro dálkové spojení co do různých směrů a doby trvání vrstvy Es. Šlo jen o to, zda dojde k výskytu mimořádné vrstvy Es.

3. a 4. července 1965

K tomu opravdu došlo druhý den během závodu od 10,15 do 12,15 h SEČ. První zprávy jsou od OK3KH, která slyší v 10,15 SEČ G3SDI. Po krátkodobém úniku se podmínky znovu zlepšily a bez jakéhokoli úniku v síle 58 až 59 se objevilo asi 10 stanic G. I přes velké rušení blízkých stanic navazuje spojení s G3BQR. Z československých stanic dosáhla nejdelšího spojení OK3KDX spojením s GC2FZC na vzdálenost 1730 km, což byl hned čs. rekord.

Jugoslávská stanice YU1EXY/p navazuje první spojení odrazem od mimořádné vrstvy Es v 10,30 SEČ. Její deník dále vypadá jako deník z KV soutěže. Navázaná spojení s desíti G stanicemi jsou na vzdálenost kolem 1900 km, vesměs fone. Další spojení s GW3BAP 59/59 vzdálenost 2035 km. Nejdelší spojení znamená nový evropský rekord.

Italské stanice dosahovaly nejdelších spojení se stanicemi švédskými a dánskými. Mezi řadu zajímavých stanic patří IT1ZDA, která pracovala se čtyřmi dánskými stanicemi na vzdálenost asi 1900 km, I1AHO/p s LA1C, dále I1DAN s G3LAV, které pracovaly na vzdálenost asi 1650 km. S francouzskou stanicí F2LP navázala spojení OK1KKG a dále slyšela F8, F2, a další francouzské stanice. Rovněž polské stanice pracovaly s francouzskými stanicemi. Švédské stanice pracovaly kromě stanic z jižní Evropy i se španělskými stanicemi. V Dánsku byl slyšet SV1AB. Dosud nejdelší spojení odrazem od mimořádné vrstvy Es navázali DL7LJ/p se sovětskou stanicí UD6AFO ve čtverci XB42d na vzdálenost 2685 km. Že se dá pracovat tímto druhem spojení na VKV s malými příkony vysílačů i na velké vzdálenosti potvrzuji spojení dne 31. 5. 1971, kdy od 18.00 hodin do 18.30 SEČ pracoval F1AIT/p s příkonem a anténou „Halo“ se dvěma rakouskými stanicemi a ukrajinskou stanicí. Také F5NS pracoval s HG8KCP, s příkonem 3 W. Při této Es pracoval GD2HZD se stanicí I4PV a stanicemi UB5. Předpokládaný prostor výskytu vrstvy Es byl mezi městy Amsterdam, Reims, Lyon, Zurich, Munich, Lepzig, Hannover.

Následující tabulka dokresluje registrovaný průběh výskytů mimořádné vrstvy Es. Jsou zahrnuty nejzajímavější údaje získané o spojeních, kdy bylo pracováno běžnými radioamatérskými zařízeními. Bylo by možné uvést další příklady. Jasné je však, že spojení odrazem od Es představuje veliké možnosti pro DX práci na VKV i při používávání malých příkonů vysílačů. Zvládnutí otázek šíření VKV umožňuje v pravý okamžik využít dokonalého zařízení k překlenutí stále větších vzdáleností.

Pro zkoumání a využití jednotlivých druhů šíření VKV se tvoří v některých zemích specializované pracovní skupiny radioamatérů. Například I5MRA organizuje testy pro průzkum Es vrstvy od 9,00 do 12,00 hodin a od 16,00 do 19,00 SEČ.

Pro identifikaci mimořádné vrstvy Es slouží radioamatérské majáky v pásmu dvou metrů - ZB2VHF na Gibraltaru a F3THF na Pyrenejích. Tyto majáky jsou dobrými pomocníky radioamatérů na VKV. Vzrůst ionizace vrstvy Es se projevuje nejdříve v nižších pásmech 10 a 5 metrů. Rovněž velmi dobrým indikátorem jsou signály vzdálených stanic pracujících v rozhlasovém pásmu až do 105 MHz, dále poslech převáděčů v radioamatérských pásmech, spojení dispečerské služby s taxikáři na kmitočtu 150 MHz v za hraničí atd. Také poslech televize v prvním pásmu naznačuje situaci vrstvy Es. V Moskvě, jak uvádí přehled např. v r. 1962, byl výskyt dálkového příjmu televize NDR a NSR 40 dní, televize ČSSR 26 dní, rakouské televize 4 dny. Rovněž předpověď, kdy a z jakého směru mohou být DX stanice slyšet, může dát pozorný operatér na základě pohybu elektronových mraků vrstvy Es po dle dále nastíněné metody, vycházející z teorie vzniku mimořádné vrstvy Es.

V jednom teoretickém článku o tomto druhu šíření VKV se v zahraniční literatuře uvádí, že radioamatéři potřebují pochopit pouze hlavní princip „skipu“ a praktické chování intenzivního výskytu mimořádné vrstvy E. Autor podcenil z nedostatečné znalosti radioamatéry, jejich snahu po sebevzdělání a teoretické připravenosti i v tomto oboru. Zapomněl vlastně, že to jsou pouze radioamatéři, kteří experimentují a uskutečňují spojení všemi druhy provozu za využití jednotlivých povětrnostních a ionosférických jevů, často za velkého počtu zúčastněných stanic a za nepředstavitelně těžkých povětrnostních podmínek svých „laboratoří“ v přírodě.

Teorie vzniku mimořádné vrstvy Es

Současný přijatý názor vzniku vrstvy Es říká, že formování vrstvy je způsobeno střihovými větry v ionosféře. (Zde větry rozumíme proudy elektronů, také sluneční vítr, viz obr. 1). Toto vysvětlení říká, že ionizace je způsobena roztahováním a stlačováním vysoké hustoty bez potřeby vzniku zvláštní ionizace. Neutrální větry vysoké rychlosti proudí v opačném směru v nepatrně rozdílných výškách. V přítomnosti geomagnetického pole jsou i ony soustřeďovány ve zvláštních výškách formujíce se ve vrstvy. Údaje z raket pronikajících vrstvami Es potvrzují uvedenou elektronovou hustotu, prostý vítr teoreticky nemá přiměřený důvod pro sezónní změny ve výskytu vrstvy Es.

Ionizační pochody

Atomy plynů, které se vyskytují v zemské atmosféře se skládají z kladně nabitých jader obklopených elektronovými obaly. V neutrálních atomech je kladný náboj jádra vyvážen záporným nábojem obalových elektronů. Ionizace spočívá v odtržení jednoho elektronu z vnější obálky atomu. Tím se elektrická rovnováha atomu narušuje. Elektrony vnější obálky jsou přitahovány kladně nabitým jádrem a k odtržení elektronu je třeba vynaložit určitou práci, která se nazývá ionizační nebo výstupní prací. Mezi četnými známými způsoby ionizace mají pro nás základní význam dva způsoby ionizace: foto ionizace a nárazová ionizace. Fotoionizace probíhá, vnikne-li do atmosféry záření o takové energii, která stačí překonat přitažlivou sílu mezi elektronem a jádrem atomu plynu, odtrhnout elektron od jádra. O nárazové ionizaci mluvíme, způsobí-li ionizační proces dostatečně rychlá hmotná částice. Hlavním zdrojem ionizace atmosféry je Slunce. Vyzařuje elektromagnetické vlny ve velmi širokém pásmu kmitočtů. Zároveň je Slunce zdrojem toku částic, nebo tzv. korpuskulárního záření. Rovněž ionizující účinek hvězd patří ke zdrojům ionizace.

Specifický charakter mimořádné vrstvy E je dán počtem elektronů v jednotce objemu, tzv. elektronovou koncentrací. Intenzitou ionizace rozumíme počet iontů, který vznikne v 1 cm³ za vteřinu působením ionizujícího záření. Na intenzitě ionizace závisí působení a chování vrstvy. MUF- maximálně použitelný kmitočet intenzivních mraků Es je funkcí jejich ionizační hustoty.

¨

Délka výskytu mimořádné vrstvy E závisí na intenzitě ionizace a na poloze oblaků Es. Začátek a konec výskytu nastává většinou velmi rychle. Vzhledem k tornu, že tyto vlny se obvykle odrážejí jen při malých elevačních úhlech, vyznačují se velmi hluchým pásmem. Čím výše leží stanoviště stanice, tím lepší je horizontální průnik vysílané energie. To vysvětluje, proč se stanici OK1KKG na Klínovci o Polním dnu 1965 podařilo uskutečnit dálková spojení na vzdor blízkosti reflexního centra.
Musí platit

f =f (1/cos α) => 145 MHz

Přitom f je kmitočet reflexe, α dopadový úhel. Pro vrstvu Es se udává charakteristická výška h=100km.

h_max = f (1/cos α_max)              α_max = 80°
 

Přehled o pohybu mraků Es

Pohyb mraků Es může být zaznamenán pozornými operatéry a tato informace může být použita jako odpověď, kdy a z jakého prostoru mohou být vzdálené stanice slyšet. Pomoci spojnice míst korespondujících stanic - vlnové cesty, je nalezená poloha mraku, nebo mraků přibližná a čím se více údajů obsahuje, tím je dosaženo větší přesnosti pohybu. Pozorovatel kreslí nové záznamy každou půlhodinu. Jakmile jsou známé směry. mohou být předpověděny přibližná poloha a čas. Rozšířená spolupráce umožňuje synoptický přehled pohybu mraku vrstvy Es.

Sluneční vítr

Alespoň krátce o přínosu kosmonautiky v uvedené otázce slunečního větru a sluneční činnosti. Kosmonautika leží v průsečíku všech znalostí, k nimž lidstvo především v přírodních vědách dospělo. Počínaje Sputnikem 2, zkoumala celá řada družic sluneční záření. Vzhledem k tornu, že oběžné dráhy některých sond se málo liší od dráhy zemské, byla získána řada důležitých údajů o magnetosféře a slunečním větru. Magnetosféra má tvar jakési slzy, značně protažené směrem od Slunce. Od něj neustále proudí souvislý tok nabitých částic, které nazýváme slunečním větrem. Nad sluneční stranou zeměkoule tyto částice narážejí na magnetosféru a vytvářejí rázovou vlnu. Nad ní se proud částic rozděluje a obtéká Zemi, která je tak chráněna. Čelo magnetosféry je nad osvětlenou částí zemského povrchu ve výši 62 000 km (viz obr. 1). Měřením sondou v rázové vlně na čele zemské magnetosféry se podařilo zjistit značné systematické změny toku částic při průletu sondy vlnou. Elektrony slunečního větru mají před vstupem do rázové vlny teplotu asi 100 000 °C, uvnitř se zahřejí na 750 000 °C a po průletu se ochladí rychle na 300 000 °C. To souhlasí s představou, že tyto elektrony vstupují přímo do magnetosféry a teprve tam se jejich energie použije, vytvářejí vnější radiační pás. Ve slunečním větru volnost pohybu závisí na směru,ve kterém k němu dochází. Protože magnetické pole vystupuje spirálovitě ze Slunce, brzdí jeho siločáry pohyb v kolmém směru a výsledkem je různá průměrná rychlost. Rychlé změny v meziplanetárním poli vyvolávají okamžitě změnu teploty částic.

Sondy mohou dodávat informace o aktivitě na té straně Slunce, která není momentálně ze Země pozorovatelná. Protože se obrátí k Zemi za 13,5 dne, umožňuje to o 13.5 dne dříve předpovídat přílet pronikavé radiace ze sledované aktivní oblasti na Slunci. Znalosti takových údajů pomáhají zmenšit nebezpečné ozáření při letech kosmonautů.

Vědecký přínos kosmického výzkumu je jak známo neobyčejně veliký. Např. pozemská astronomie dokázala ve výzkumu přivrácené části Měsíce postoupit za tři století co do znalosti stonásobně. Výzkum odvrácené strany Měsíce začal v roce 1959 a od té doby vzrostly naše znalosti Měsíce proti „předkosmonautickému období“ desettisíckrát. Celé vědní obory by neexistovaly, nebýt rozmachu raketové techniky.

Sledovali jsme získané zkušenosti a údaje o spojeních obrazem od Es co do roční a denní doby trvání tohoto jevu, tak jak byly radioamatéry získány. Z mozaiky případů jeho využití dostáváme dokonalý obraz o možnosti uskutečňování DX spojení na dvoumetrovém pásmu odrazem od mimo řádné vrstvy Es.

AR 4/1977

přepsal a upravil pro web OK2KKW OK1TEH