Dr. Jiří Mrázek, CSc., OK1GM

Možná, že někteří z vás si již všimli, že při krátkovlnném příjmu dochází občas k ozvěnám přijímaných signálů. Je to jev známý již téměř padesát let [1] [2] [3]. Poprvé byl sledován  v souvislosti s mimořádným šířením radiových vln v době výskytu polární záře, později však docházelo k občasnému výskytu přirozených radiových ozvěn i za jiných okolností, často dokonce v době normálních podmínek šíření.

Téměř každý pravidelný posluchač krátkovlnného rozhlasu si jistě všiml např. ozvěn, vyskytujících se při příjmu vzdálených rozhlasových vysílačů v pásmu 16, 13 a 11 metrů. Tyto ozvěny se vyskytují na denní straně Země a představuji časové zpoždění kolem 0,1 s. Např. byly přijímány čtveřice impulsů s opakovacím kmitočtem 30 Hz, z nichž jedna je zaregistrována na obr. 1. Není třeba velké představivosti k tomu, aby byly na tomtéž obrázku patrny ještě dvě ozvěny přijaté čtveřice impulsů - první ozvěna začíná těsně po třetím původním impulsu, druhá začíná téměř přesně v okamžiku třetího impulsu první ozvěny. Abychom si udělali představu o velikosti časového zpoždění: první ozvěna přišla za 0,0789 s, druhá za 0,1443 s (měřená od příchodu prvního impulsu původního signálu).

Pozornému čtenáři jistě neunikla velikost časového zpoždění druhé ozvěny: odpovídá - předpokládáme-li šíření signálu rychlostí světla - dráze, která je velmi blízká cestě kolem Země v malé výšce nad jejím povrchem. Protože přibližně totéž časové zpoždění bývá pozorováno častěji, vzniká domněnka, že v tomto případě jde o ozvěnu způsobenou oběhem signálu kolem naší planety. Skutečně se při pozorování tohoto druhu radiových ozvěn s oblibou hovoří o cestě signálu kolem světa a pravděpodobně dnes nikomu, kdo tyto ozvěny sleduje, ani nenapadne, ze by tomu melo byt jinak.

A přece lze jen málokdy tvrdit, že tento druh ozvěn vzniká vlivem šíření vln kolem planety. Obvykle stačí, zamyslíme-li se nad podmínkami šíření po celé kruhové cestě, jsou-li vůbec ve shodě s ionosférickými předpověďmi. S překvapením zjistíme, že tomu tak bývá jen málokdy. Na základě vlastního pozorování mohu dosvědčit, že jsem již několikrát pozoroval signál švýcarského vysílače v Beromünsteru vysílaný v rozhlasovém pásmu 21 MHz a porovnával jej se synchronním signálem na 9,5 MHz. Třebaže signál na 21 MHz posluchači přímo vsugerovával představu, že se k němu dostává jednou až několika cestami kolem Země, srovnání s „originálem“ na 9,5 MHz ukazovalo, že to, co bylo považováno za signál, který se k nám dostal nejkratší cestou, je vlastně ozvěna, po níž teprve následují další. Časové zpoždění této první ozvěny však vůbec cestě kolem světa neodpovídalo.

Zdá se, že tento druh ozvěn vzniká obvykle jinak než šířením vln kolem Země. Výpočet ukazuje, že dopadá-li vlna na odrážející vrstvu F2 téměř rovnoběžně s ionosférickou hladinou odrazu, dochází k vytvoření dvou délkově zcela odlišných drah (jedna přísluší řádnému, druhá mimořádnému paprsku). Přitom rychlost, jakou se vlny v okolí odrazu v tomto případě šíří, může být podstatně menší než rychlost světla ve vakuu. Výsledkem je časové zpoždění, které je tím větší, čím déle vlna setrvávala poblíž hladiny odrazu - a tedy i čím blíže byl její kmitočet hodnotě nejvyššího použitelného kmitočtu pro danou cestu. Proto není divu, že tento druh ozvěn pozorujeme obvykle až na nejvyšších krátkovlnných kmitočtech a samozřejmě jen v denních hodinách.

Podívejme se však ještě na jiný druh radiových ozvěn, které právě v sou časné době začínají systematicky zajímat vysílající radioamatéry. Jde o ozvěny dlouhodobé, označované v anglické odborné literatuře jako LDE (Long Delay Echoes). Ani ty nejsou vlastně něčím novým; poprvé byly popisovány již ve třicátých letech [4]. Novější vědecké práce o nich jsou např. [5], [6], [7], [8], [9]. Souhrnný článek o nich, všímající si i jejich možných příčin, byl nedávno uveřejněn v časopise QST [10].

Autor WB4OBZ vytvořil skupinu amatérů, kteří si systematicky těchto dlouhodobých ozvěn všímali. Výsledek jejich pozorování je schematicky znázorněn na obr. 2. Na vodorovné ose je pozorované časové zpoždění, na svislé ose počet odpovídajících pozorování. Odpovídá tomu křivka četnosti se dvěma vrcholy - kolem časového zpožděni. 2,5 s a 8 s. Zdá se tedy, že dlouhodobá zpoždění krátkovlnných signálů lze rozdělit do dvou velkých skupin. Protože tak velká zpoždění mohou sotva vzniknout v ionosféře, budeme před pokládat, že příslušné vlny ionosférou prolétly do kosmického prostoru a mohou se tedy, po většinu své dráhy šířit prakticky rychlostí světla. Tak můžeme časovému zpoždění přiřadit dráhu. Tyto dráhy jsou 750 000 km, popř. 2 400 000 km, takže ozvěny vznikají odrazem vln ve vzdálenosti asi 375 000, popř. 1 200 000 km.

První vzdálenost je nápadně blízká vzdálenosti Měsíce, takže vzniká otázka, nejde-li v tomto případě k návratu vln odrazem od měsíčního povrchu. V tab. 1 je přehled pozorování dvouapůlvteřinových ozvěn s uvedením zenitové vzdálenosti Měsíce v okamžiku pozorování ozvěny (zenitovou vzdáleností rozumíme úhel mezi paprskem mířícím k zenitu a paprskem mířícím k Měsíci). Uvedené zenitové vzdálenosti byly počítány přibližnými metodami, přičemž byla řada činitelů zanedbána. Jsou tedy jen orientační a ve skutečnosti mohou mít chybu 10° i více. I tak však z tabulky vidíme, že při většině pozorování byl Měsíc pod obzorem pozorovatele, což zdánlivě odporuje předpokladu, že ozvěna nastala odrazem vln od Měsíce. Navíc je v dobré paměti, že měsíčních ozvěn na velmi krátkých vlnách může být dosaženo jen pomocí značných vyzářených výkonů, silně směrových antén a speciálních, nízkošumových přijímačů. Je tedy za těchto okolností odraz krátkých vln od Měsíce, který je navíc obvykle pod obzorem pozorovatele, vůbec pravděpodobný?

Odpověď zní, že přes všechny tyto argumenty je takový odraz možný. Nesmíme totiž zapomenout na fokusační (zaostřovací) vliv ionosféry, který se v tomto případě může uplatnit do konce dvakrát - jednou v místě, kde signál ionosféru opouští, podruhé v místě ionosféry poblíž pozorovatele. Měsíc tedy může být pod obzorem a signály přece jen k pozorovateli mohou dojít - něco podobného známe ostatně i z příjmu družic, létajících nad odrážejícími hladinami vrstvy F2. Dále může být odraz relativně delších vln od měsíčního povrchu dokonalejší - takové totiž mohou proniknout hlouběji pod povrch než velmi krátké vlny, aniž jsou nějak podstatně tlumeny. Přitom mohou být ve srovnání s kratšími vlnami rozptylovány nerovnostmi povrchu mnohem méně. Pro pozorovanou vzdálenost 375 000 km sotva najdeme jiné vysvětlení.

Poněkud jinak je tomu v případě osmivteřinové ozvěny, kterou jsem jednou pozoroval i sám. Bylo to v době, kdy jsem ještě nebyl na pásmech vzácným hostem jako nyní. Zpočátku jsem myslel, ze si ze mne někdo dělá na pásmu legraci. Ozvěny věrně sledovaly moje klíčováni a navíc měly charakter rozptylového signálu, jaký bývá při ionosférických poruchách. Ve zmíněném článku z listopadového QST se podává jejich možné vysvětlení.

V blízkosti Země existuje několik tzv. libračních center neboli Lagrangeových bodů. Tato centra vznikají zajímavou spoluprací zemské, sluneční a měsíční gravitace. Je jich celkem pět (obr. 3): dvě leží na přímce, spojující Zemi se Sluncem, tři další jsou na oběžné dráze Země kolem Slunce (jedno daleko za okamžitou polohou Země, druhé stejně daleko před touto polohou, zbývající v protilehlém místě oběžné dráhy, tedy za Sluncem). Nás budou zajímat první dvě centra L1 a L2, protože jejich vzdálenost od Země je prakticky stejná jako vzdálenost odpovídající osmivteřinovým ozvěnám. Výpočet jejich polohy je značně obtížný. Nám stačí zjištění, že komplexním vlivem zemské a sluneční přitažlivosti jsou všechny předměty, které jsou v blízkosti libračních bodů, nuceny obíhat kolem Slunce společně se Zemí jednou za rok, třebaže jejich vzdálenost od Slunce je v jednom případě menší a ve druhém větší než střední vzdálenost Země od Slunce.

Z toho vyplývá zajímavý poznatek: předměty, které jsou v blízkosti libračních center, jsou nuceny kolem těchto center periodicky kmitat (nebo kolem nich obíhat), jakoby v libračním bodě bylo centrum gravitace. Proto se v libračních bodech budou hromadit i částice plynů a kosmického prachu. Tak může v těchto místech vznikat jakási menší obdoba ionosféry. Potom ovšem radiové vlny, které se do takové oblasti dostanou, mohou být odraženy nazpět k zemskému povrchu. Něco podobného platí ostatně i pro viditelné světlo: na prachových částicích v libračním centru L2 je rozptylováno a odráženo zpět. Výsledkem je tzv. sluneční protisvit, viditelný za zcela jasných nocí na noční obloze v místě, ležícím přesně proti Slunci.

Noční charakter osmivteřinových ozvěn dává tušit, že i v tomto případě se uplatňuje „noční“ librační bod, označený na obr. 3 symbolem L2. K tomu je třeba dodat, že to je zatím jen domněnka. Občas totiž bývají pozorovány dlouhodobé krátkovlnné ozvěny, jejichž původ takto vysvětlit nelze. Otázka dlouhodobých ozvěn na krátkých vlnách ještě zdaleka rozřešena není a je možné, že definitivní jasno do těchto otázek přinese teprve kosmický průzkum okolí Země v blízké budoucnosti.

To ovšem neznamená, že v otázkách dlouhodobých ozvěn nemají význam amatérská pozorování - právě naopak. Proto jsou krátkovlnní amatéři vyzváni ke spolupráci: mají svá pozorování dlouhodobých ozvěn zasílat na adresu W6QYT. Je třeba uvést dobu pozorování, stanici, na které byly ozvěny sledovány, a zejména stopkami zjištěné časové zpoždění. Proto také vyšel citovaný článek v QST a proto jsme se o krátkovlnných ozvěnách zmínili i my, když jsme k tomu připojili i hrst vlastních zkušeností.

Literatura

[1] Stormer: Short Wave Echoes and the Aurora Borealis (Letter). Nature 122 (1928), str. 681.

[2] Van der Pol: Short Wave Echoes and the Aurora Borealis (Letter). Tamtéž, str. 878.

[3] Appleton: Letter. Tamtéž, str. 879.

[4] Dellinger: Observations on Long -Delay Radio Echoes. QST, August 1934.

[5] Budden, Yates: A Search for Rádio Delay. Journal and Terrestrial str. 272.

[6] Villard, Graf, Lomasney: Long-Delayed Echos QST, May 1969.

[7] Villard, Graf, Lomasney: There is no such things as a Long-Delayed Echo. QST, February 1970.

[8] Crawford, Sears. Bruce: Possible Observations and Mechanism of Very Long Delayed Radio Echoes. Journal of Geophysical Resarch, 75/1970.

[9] Villard, Fraser-Smith, Cassam: LDEs, Hoaxes and the Cosmic Repeater Hypothesis. QST, May 1971.

[10] Clark: Two Possible Explanations for LDEs. QST, November 1971.

AR 4/1972

přepsal a upravil pro web OK2KKW OK1TEH