Сирек кездесетін E толқыны таралуы

Кіріспе

Радио таралу түрі

Спорадикалық E (қысқартылған E немесе SpE) – радио толқындарын қалыпты жағдайда сындырмайтын Жердің ионосферасының төменгі қабатын пайдаланатын радио таралудың ерекше түрі. Спорадикалық E таралуы 95~150 км (50~100 миль) биіктікте орналасқан төменгі E аймағындағы салыстырмалы түрде кішкентай "бұлттардан" сигналдарды шағылыстырады. Ионосфераның жоғары F аймағындағы аспан толқыны таралуының дәстүрлі формалары қарқынды ультракүлгін сәулелену арқылы газдардан бөлінген электрондардың қабаттарынан сындырылады, олар күнделікті цикл бойынша жаңарып отырады. Екі жағдайда да иондалған материал, егер бар болса, радио сигналдарын Жер бетіне қайтарады, радио сигналдары үшін "қисайған құбыр" тәрізді жол құрады. Е таралуы көбінесе жазғы күн тоғысуына жақын шамамен 6 апта ішінде өте жоғары жиілікті (VHF) байланыста ұзақ қашықтыққа таралуға мүмкіндік береді, бұл қалыпты жағдайда тек тікелей көру арқылы ғана мүмкін болады.

Шолу

Оның атауынан көрініп тұрғандай, спорадикалық Е – кез келген уақытта пайда болуы мүмкін болжамсыз құбылыс; алайда, ол маусымдық және тәуліктік үлгілерді анық көрсетеді. Спорадикалық Е белсенділігі екі жарты шардың да күн тоқырауына жақын уақытта ең жоғары деңгейге жетеді. Солтүстік жарты шардың орташа ендіктерінде белсенділік әдетте мамыр айында басталып, маусымның басында ең жоғары шарына жетеді. Шілде айының соңына қарай және тамыз айының басына дейін белсенділік төмендей бастайды. Қысқы күн тоқырауы шамасында әлдеқайда кішірек шары пайда болады. Оңтүстік жарты шардың орташа ендіктерінде уақыт аралығы керісінше болады; ең жоғары белсенділік Қысқы күн тоқырауы кезінде байқалады. Бір ғана Е бұлтын пайдалану арқылы 800–2200 км (500–1400 миль) қашықтықта байланыс орнатуға болады. Бұл қашықтықтың өзгеруі бұлттың биіктігі мен тығыздығы сияқты бірнеше факторларға байланысты. Ең жоғары пайдалы жиілік (MUF) де кең ауқымда өзгереді, бірақ көбінесе 25–150 МГц диапазонында болады, бұл FM радио тарату жолағын (87,5–108 МГц), I диапазонындағы VHF теледидарды (Америкалық 2–6 арналар, Ресейлік 1–5 арналар және Еуропалық 2–4 арналар, енді Батыс Еуропада қолданылмайды), CB радиосын (27 МГц) және әуесқой радионың 2 метрлік, 4 метрлік, 6 метрлік және 10 метрлік жолақтарын қамтиды. Өте сирек жағдайларда 225 МГц MUF-қа қол жеткізу мүмкін. Бұл, спорадикалық Е-нің пайда болуы мен жер бетінен 100–140 км биіктіктегі абляция аймағындағы темір/магнезий метеорларының абляциясы арасында байланыс бар екенін көрсетеді. Маруяма осы мүмкіндікті одан әрі талқылайды.

Қасиетті қашықтықтар

Теледидар және FM сигналдары кездейсоқ E қабаты арқылы қабылдағанда өте күшті болуы мүмкін, ал күші қысқа мерзімде ғана анықталудан жүктемеге дейін өзгеруі мүмкін. Поляризациялық өзгерістер болғанымен, бір рет секіріп келген E сигналдары көбінесе бастапқы берілген поляризациясын сақтайды. Ұзақ бір секірісті E теледидар сигналдары тұрақтырақ болады және көп жолды бейнелердің болуы сирек. Ал қысқа секірісті сигналдар көбінесе кездейсоқ E қабатының бірнеше бөлігінен шағылысып, бірнеше бейнелер мен «көлеңкелерге» (ghosting) әкеледі, сонымен қатар фазалық инверсия да болуы мүмкін. Бейне сапасының нашарлауы және сигнал күшінің әлсіреуі кездейсоқ E қабаты арқылы әрбір келесі секіріспен күшейеді. Кездейсоқ E әдетте төменгі VHF I жолағына (ТВ арналары 2–6, E2–E4 және R1–R5) және II жолағына (88–108 МГц FM хабар тарату жолағы) әсер етеді. 1945 жылғы FCC инженерлік зерттеуі E қабатының 42 МГц жиілігінде хабар тарататын станция үшін 1% кедергі тудыратынын, ал 84 МГц жиілігінде – 0,01% ғана кедергі тудыратынын көрсетті. Типик жағдайларда күтілетін қашықтықтар шамалы, бірақ ерекше жағдайларда, жоғары иондалған E қабаты VHF I жолағы сигналдарын шамамен 563 км (350 миль) дейін таратуы мүмкін. Қысқа секірісті E қабылдауы кезінде, яғни I жолақта 805 км (500 миль) төмен болғанда, иондалған кездейсоқ E қабаты сигналды әлдеқайда жоғары жиілікте қайтара алуы мүмкін, мысалы, VHF жолағының 3 арнасы. Осы жағдайда, егер MUX VHF 3 жолағын қолданса, әсіресе QPSK режимінде, сигналды қабылдау талаптары төмен болғандықтан, E DVB-T қабылдауы мүмкін. Сонымен қатар, 3-ші жолақты сигналдар тропосфералық таралуға көбірек сезімтал, бұл тікелей емес жолмен МУФ-ты арттыруы мүмкін, себебі сигналдар тропосфераның жерге қарай сындыруына жеткілікті биіктікке дейін сындырылуы керек.

Экваторлық спорадикалық E

Экваторлық спорадикалық E – экваторлық аймақтарда күннің көп бөлігінде байқалатын үнемі қайталаналатын құбылыс. Геомагниттік экватордан ±10° шегінде орналасқан станцияларда жыл бойының көп күндері экваторлық E секірісін күтуге болады, бұл құбылыс жергілікті уақыт бойынша шамамен түскі уақытта ең жоғары деңгейге жетеді.

Авроральді споралық E

Полярлық ендіктерде спорадикалық E полярлық сәулелерге және олармен байланысты бұзылған магниттік жағдайларға ілесіп, полярлық E деп аталады.

Экваторлық немесе орта ендіктегі E-ден өзгеше, жоғары ендіктегі маршруттарда спорадикалық E таралуы сирек, тіпті күннің белсенділігі төмен кезеңдерде Арктика маңындағы аймақтар арасында күтпеген байланыстарды қамтамасыз етеді.

Кейбір "бонанза" оқиғалары

2009 жылдың 12 маусымында спорадикалық Е құбылысы АҚШ-тың шығысындағы кейбір теледидар көрермендеріне басқа штаттардан аналогтық VHF телеарналарын қашықтықтан, жергілікті станциялар АҚШ-та DTV-ге көшудің соңғы күні аналогтық эфирді тоқтатқан жерлерде және телеарналарда көруге мүмкіндік берді. Бұл мүмкін болды, себебі цифрлық телеарналар көбінесе VHF жиілігін пайдаланбады, ал аналогтық станциялар осы жиілікте соңғы болып қалды. 2010 жылдың сәуір айынан бастап АҚШ-тағы көптеген адамдар спорадикалық Е құбылысы кезінде Канада мен Мексиканың аналогтық телеарналарын осылайша көруге мүмкіндік алды; бұл осы елдердің барлық аймақтары өздерінің аналогтық теледидарларын тоқтатуды аяқтағанша жалғасуы мүмкін. Кейбір жағдайларда, тіпті 1600 шақырымнан (1000 мильден) астам қашықтықта DTV E сигналдарын қабылдауға болады, себебі DTV үшін кейбір АҚШ станциялары әлі де 1-ші жолақты қолданады. Бұл сигналдар өте анық немесе өте бұрмаланған болып сипатталады. Оларды анықтау да оңай. Сонымен қатар, ATSC 3.0 спорадикалық Е құбылысы кезінде DTV қабылдауды жеңілдете алады, өйткені оның әдеттегі модуляция схемасы көп жолды таралуға және осы жиіліктерде кездесетін импульстік шуға төзімді.

Ерекше байқалатын E DX қабылдау оқиғалары

1939 жылы Англияда 1448 км қашықтықта Италияның алғашқы теледидар сигналы қабылданып жатқаны туралы хабарлар тарады. 1953 жылдың 1 маусымында Орегон штатының Медфорд қаласындағы «Medford Mail Tribune» газеті Амариллодағы KGNC TV (4-арна) және Денвердегі KFEL TV (2-арна) телеарналарының «Trowbridge and Flynn Electric Company» компаниясының қоймасындағы теледидарында қабылдағанын, ал алдын ала күшейткіш арқылы Нью-Йорк станциясының сынақ сигналы алынғанын хабарлады. 1953 жылдың 4 маусымында Иллинойс штатының Бримфилд қаласындағы «Brimfield News» газеті аймақ тұрғындарының «дүйсенбі күні теледидар арқылы Солтүстік Лейк-Ситиді «көргенін»» жазды. Олар жергілікті шаруа отбасының Иллинойс штатының Рок-Айленд қаласындағы WHBF телеарнасының (4-арна) KDYL телеарнасынан (Солтүстік Лейк-Сити) келетін сигналмен «бұзылып, барлық сүйікті бағдарламаларын тоқтатып тастағанын» көргенін хабарлады. 1981 жылдың маусым айында Нидерландыдағы Rijn Muntjewerff Бразилияның Порту-Алегри қаласындағы TV 2 Guaiba (55,25 МГц) станциясын 6320 км (10171 км) қашықтықтағы спорадикалық E және түстен кейінгі TEP құбылыстарының комбинациясы арқылы қабылдады. 2003 жылдың 30 мамырында Кентукки штатының Лексингтон қаласындағы Girard Westerberg, 1709 км қашықтықтағы Оңтүстік Дакота штатының Рапид-Сити қаласынан 2-арнада хабар таратқан KOTA DT станциясының PSIP идентификациясын кодтағанда, санариптік теледидарды алғаш рет қабылдады. 2003 жылдың 26 маусымында Солтүстік Ирландияның Лиснаскеа қаласындағы Paul Logan 88 МГц жоғары жиіліктерде трансатлантикалық спорадикалық E құбылысын қабылдаған алғашқы DXer болды. Қабылдау станциялары: 88,5 МГц WHCF (Бангор, Мэн, 4397 км) және 97,5 МГц WFRY (Уотертаун, Нью-Йорк, 4892 км). Шотландияның Айрширдегі Камноктан David Hamilton осы күні 97,1 МГц жиілігінде Канаданың Ньюфаундленд және Лабрадор провинцияларындағы Бей Вертеден CBTB станциясын қабылдады. 2003 жылдың 20 шілдесінде Мажарстанның Дьёр қаласындағы Jozsef Nemeth Түркменстанның Ули Балканынан 3050 км қашықтықтағы TR3 Radio Miras (OIRT FM 70,61 МГц) станциясын қабылдады. 2005 жылдың 15 маусымында Луизиана штатының Шревпорт қаласындағы Danny Oglethorpe Техас штатының Фредериксбург қаласынан 2-арнада KBEJ телеарнасының сынақ сигналын спорадикалық E құбылысы арқылы, осы таралу режимі үшін өте қысқа қашықтықта – 526 км қашықтықта қабылдады. 2009 жылдың 26 маусымында Солтүстік Ирландияның Лиснаскеа қаласындағы Paul Logan сегіз АҚШ штаты мен бір Канада провинциясынан FM диапазонында трансатлантикалық спорадикалық E құбылысын қабылдады. Ең алыс сигнал – Алабама штатының Монтгомери қаласындағы 90,7 WVAS радиосының сигналы (6456 км). Бұл сигналды WVAS жаңалықтар оқырманы Marcus Hyles жазды және растады. 2016 жылдың 24 қарашасында Австралия мен Жаңа Зеландияның көптеген радио тыңдаушылары Австралияның басқа штаттарынан радиостанцияларды тыңдай алды, көптеген радио сигналдары бірігіп кетті. Көптеген адамдар өздерінің сүйікті радиостанцияларының орнына басқа штаттардан келген радиостанциялардың орын алғанын айтып шағымданады. Кейін ACMA бұл жағдайдың спорадикалық E құбылысынан туындағанын растады.

In 1939, there were some news reports of reception of an early Italian television service in England about 900 mile (1448 km) away. The Medford Mail Tribune in Medford, Oregon reported on 1 June 1953, that KGNC TV, channel 4 in Amarillo, and KFEL TV, channel 2 from Denver had been received on the Trowbridge and Flynn Electric Company's television set at their Court Street warehouse, and with a pre amplifier, a New York station's test pattern was reportedly picked up. The 4 June 1953 issue of the Brimfield News in Brimfield, Illinois reported that area residents " 'saw' Salt Lake City Monday (via television)". It reported that a local farm family witnessed interference to WHBF TV, channel 4 of Rock Island, Illinois by KDYL TV in Salt Lake City, which "blocked out all their favorite programs." In June 1981, Rijn Muntjewerff, in the Netherlands, received 55.25 MHz TV 2 Guaiba, Porto Alegre, Brazil, via a combination of sporadic E and afternoon TEP at a distance of 6320 mile (10171 km). On 30 May 2003, Girard Westerberg, in Lexington, Kentucky, made the first known reception of digital television by sporadic E when he decoded the PSIP identification of KOTA DT, broadcasting on channel 2 from Rapid City, South Dakota, 1062 mile (1709 km) away. On 26 June 2003, Paul Logan, in Lisnaskea, Northern Ireland, was the first DXer to receive transatlantic sporadic E at frequencies above 88 MHz. Stations received included 88.5 MHz WHCF Bangor, Maine (2732 mile (4397 km)), and 97.5 MHz WFRY Watertown, New York (3040 mile (4892 km)). David Hamilton from Cumnock in Ayrshire, Scotland, received CBTB from Baie Verte, Newfoundland and Labrador, Canada, on 97.1 MHz on this day also. On 20 July 2003, Jozsef Nemeth, in Győr, Hungary, received TR3 Radio Miras on OIRT FM 70.61 MHz from Uly Balkan, Türkmenistan, transmitter 1895 mile (3050 km) away. On 15 June 2005, Danny Oglethorpe in Shreveport, Louisiana, received a KBEJ TV test signal on channel 2, from Fredericksburg, Texas, by sporadic E, at a very short distance for this propagation mode: 327 mile (526 km). On 26 June 2009, Paul Logan, in Lisnaskea, Northern Ireland, had transatlantic sporadic E reception on the FM band from eight US States and one Canadian Province. The most distant signal received was that of 90.7 WVAS radio in Montgomery, Alabama, at 6,456 km (4,012 miles). This reception was recorded and later confirmed by WVAS newsreader Marcus Hyles. On 24 November 2016, many radio listeners from Australia and New Zealand were able to listen to radio stations from other states of Australia, overlapping many radio signals. Many people complained about this, saying that many of their favorite radio stations got replaced by different radio stations from other states. Later, the ACMA confirmed that this was caused by sporadic E.