Projevy slunečních erupcí v ionosféře nad Antarktidou

Od února 1989 působí s několika kratšími pauzami na ostrově Nelson (subantarktické souostroví Jižní Shetlandy) základna (62^o 15' j.š., 58^o 59' z.d.), vybudovaná ze soukromé iniciativy volného sdružení. Základna se nalézá v relativně mírném, oceánském polárním klimatu (roční průměrná teplota: -6 ^oC, zimní průměr: -11 ^oC, letní průměr: 2 ^oC), pobyt nejvíce ztěžují silné a dlouhotrvající větry (průměrná roční rychlost je 12 m/s, v nárazech až 40 m/s). Povrchy ostrovů jsou z větší části pokryty ostrovními ledovci. Jižní Shetlandy se táhnou podél Antarktického poloostrova ve vzdálenosti asi 100 km. Vzhledem k příznivějším polárním podmínkám, ve srovnání s antarktickym kontinentem, se celá oblast intenzivně vědecky využívá. Jen na ostrově Krále Jiřího (King George Island), od kterého je Nelson oddělen úžinou 300 m širokou, je 8 vědeckých stanic s celoročním provozem (Čína, Chile, R, U, SK, Argentina, P, Brazilie).

Co lze na pustém ostrově sledovat či měřit

Na registrované hladině atmosfériků lze identifikovat typické vzestupy X-emise v době výronů

slunečních erupcí. Touto problematikou se z hlediska sluneční fyziky již dlouho zabývají v Astronomickém ústavu AV ČR v Ondřejově, na hvězdárně v Úpici a v dalších hvězdárnách. Získávají se nepřetržité záznamy přirozeného zemského šumu na různých frekvencích. Měření se provádí zejména na standardní frekvenci 27 kHz. V této oblasti s typickým 24hodinovým průběhem se totiž nejlépe sledují - v denní části registrace - efekty slunečního původu. Na anténu v daném místě dopadá od různě vzdálených bouřkových zdrojů elektromagnetické záření na 27 kHz, složené z

• přízemní vlny šířící se podél zemského povrchu,
• vlny prostorové, téhož původu, ale odražené od dolní vrstvy ionosféry.

Typický 24hodinový průběh hladiny atmosfériků na 27 kHz je charakterizován vysokou hladinou v noci a nízkou hladinou od východu do západu slunce. Je to tím, že v noci dochází k odrazům zmíněných prostorových vln od ionosférické vrstvy E(=110km), zatímco ve dne v důsledku jejich útlumu ve spodní ionosféře registrujeme pouze nízkou hladinu přízemní vlny - s výjimkou, kdy září sluneční erupce v oblasti X. Proto je zajímavá denní část registrací. Sluneční erupce vyzařují krátkovlnné ionizující emise, UV-obor a Roentgenovo záření v oboru 0,05-0,8 nm, které způsobuje dočasnou anomální ionizaci a tím zlepšuje odraz prostorových vln, jež závisí na intenzitě a trvání erupce. Už v 50. letech bylo zjištěno, že všechny erupce jsou doprovázeny touto charakteristickou X-emisí. Průběh hladiny atmosfériků odpovídá průběhu měřené spektrální emisní čáry vodíku H_a, charakterizující danou erupci. Tím se efekty zvané náhlé zvýšení atmosfériků stávají vhodnou metodou pro sledování sluneční aktivity i za velké oblačnosti, kdy nelze slunce sledovat opticky. V Čechách se vyhodnocovaly tyto efekty z registrací z Ondřejova, Úpice, Vlašimi a Vsetína. Výsledky se publikují v centru dat v OSA v Boulderu (CO) jako doklad, do jaké míry ovlivnily jednotlivé erupce zemskou ionosféru. V Úpici též postavil Ing. L. Křivský ml. speciální přijímač, určený pro měření atmosfériků i v polních podmínkách. Touto aparaturou jsem měřil i na ostrově Nelson. Jako zdroj napětí se používaly NiCd baterie dobíjené větrným agregátem AVE 500 (o výkonu 500 W), který vyvinulo a pro tuto příležitost zapůjčilo brněnské družstvo AVE Moravia. Přes drobné komplikace se tato sestava osvědčila i v extrémních podmínkách (rychlost větru až 40m/s). To také znamenalo elektrifikaci vlastní základny - částečné osvětlení (do té doby se používal ke svícení pouze petrolej). Kvalitní příjem velmi dlouhých vln vyžaduje výkonnou anténu a dobré uzemnění. Základna se nacházela několik desítek metrů od mořského břehu, proto jsem byl upozorněn na neúspěšnost získání denních hladin atmosfériků v podobných přímořských podmínkách v bulharském Balčiku r. 1961. Ani kamenitý povrch s ledem a značně proměnné sněhové podmínky nevytvářely příznivé podmínky pro uzemnění antény. Čtyřicetipětimetrová horizontální anténa byla umístěna v údolíčku širokém 120 m, otevírajícím se k moři, s postraními hřebeny o výšce asi 120 a 160 m. Během celého mého pobytu na ostrově se podařilo získat záznamy z období 22. 8. 1991 - 15. 5. 1992, až na nevelké výpadky v důsledku dobíjení baterií či drobnějších závad přístroje. Pro zachycování efektů erupcí se ukázaly být výhodné dlouhé letní dny (listopad - únor) s až 20 hodinami slunečního svitu na konci prosince ( 62^o15' j.š.). Výhodou měření na ostrově byla též absence významnějších poruch způsobovaných lidskou činností. Za celou dobu prováděných měření jsme též nezaznamenali blízkou bouřku, která by zvýšenou intenzitou rádiových záblesků narušovala klidný průběh denní hladiny, a tedy identifikaci erupčních efektů. Jiné poruchy znemožňující interpretaci záznamů z hlediska efektů erupcí bývají způsobovány výjimečně náboji od vloček nebo kapek na anténě.

Pro možné porovnání záznamů z Nelsonu se záznamy pořízenými souběžně v Úpici se ukázal méně výhodný časový pásmový posuv (5 hodin) a rozdílnost ročních období severní a jižní hemisféry. Např. dlouhé letní antarktické dny odpovídají krátkým zimním dnům severní polokoule a díky časovému posuvu se vzájemně srovnatelná vyhodnocovaná denní oblast obou měření zužuje na několik hodin denně. Naopak ale lze použít těchto záznamů na identifikaci erupčních efektů při západech slunce a krátce po nich srovnáním příslušných záznamů, kdy předtím jeden záznam neumožňoval vyhodnocovat tyto efekty spolehlivě.

Registrace atmosfériků L = 11 km na okraji Antarktidy ukázala, že v případě instalace obdobné aparatury na okraji Arktiky by se zajistila téměř 24hodinová kontrola výskytu slunečních erupcí a jejich ionizujícího efektu v ionosféře v průběhu celého roku.