Введение
Тип радиораспространения
Спорадическая E (сокращенно E или SpE) – необычная форма радиораспространения, использующая нижний слой ионосферы Земли, который обычно не преломляет радиоволны. Распространение спорадической E отражает сигналы от относительно небольших "облаков" в нижнем слое E, расположенном на высотах около 95–150 км (50–100 миль). Более распространенные формы распространения радиоволн в верхнем слое F ионосферы преломляются от слоев электронов, выбитых из газов интенсивным ультрафиолетовым излучением, которые восстанавливаются в довольно регулярном суточном цикле. В обоих случаях ионизированный материал, когда он присутствует, преломляет (или "искривляет") радиосигналы обратно к поверхности Земли, создавая путь типа "изогнутой трубы" для радиосигналов. Распространение E часто обеспечивает случайную дальнейшую связь в течение примерно 6 недель, центрированных вокруг летнего солнцестояния, на очень высоких частотах (VHF), которые в нормальных условиях могут распространяться только прямой видимостью.
Обзор
Как следует из названия, спорадическая Э – это непредсказуемое явление, которое может произойти практически в любое время, однако оно демонстрирует выраженные сезонные и суточные закономерности. Активность спорадической Э предсказуемо достигает пика вблизи солнцестояний в обоих полушариях. В средних широтах Северного полушария активность обычно начинается в мае, а пик наиболее заметен в начале июня. Затем она постепенно снижается в конце июля и начале августа. Небольшой пик наблюдается также около зимнего солнцестояния. Для средних широт Южного полушария временные рамки обратные: наибольшая активность приходится на зимнее солнцестояние. Коммуникация на расстояния 800–2200 км (500–1400 миль) возможна при использовании одного E-слоя. Эта изменчивость расстояния зависит от ряда факторов, включая высоту и плотность слоя. Максимально используемая частота (МУЧ) также значительно варьируется, но чаще всего находится в диапазоне 25–150 МГц, который включает в себя FM-вещание (87,5–108 МГц), полосу I VHF-телевидения (американские телеканалы 2–6, российские каналы 1–5 и европейские каналы 2–4, которые больше не используются в Западной Европе), CB-радиосвязь (27 МГц) и любительские радиодиапазоны 2 м, 4 м, 6 м и 10 м. В очень редких случаях может быть достигнута МУЧ 225 МГц. Предполагается, что существует корреляция между образованием спорадической Э и абляцией метеоров, содержащих железо и магний, в зоне абляции на высоте 100–140 км над поверхностью Земли. Маруяма более подробно обсуждает эту возможность.
Характерные расстояния
Телевизионные и FM-сигналы, принимаемые через спорадические E, могут быть чрезвычайно сильными и изменяться по силе в течение короткого периода времени – от едва обнаруживаемых до вызывающих перегрузку. Хотя может происходить сдвиг поляризации, сигналы, прошедшие один "прыжок" через E-слой, как правило, сохраняют исходную поляризацию передачи. Длинные телевизионные сигналы, прошедшие один "прыжок" через спорадические E, обычно более стабильны и относительно свободны от многолучевых отражений. Короткие сигналы пропуска, как правило, отражаются от нескольких участков спорадического E-слоя, что приводит к появлению множественных изображений и "призраков", иногда с инверсией фазы. Качество изображения и сила сигнала ухудшаются с каждым последующим "прыжком" через спорадические E. Спорадические E обычно влияют на нижнюю полосу VHF I (телеканалы 2–6, E2–E4 и R1–R5) и полосу II (FM-вещательный диапазон 88–108 МГц). Инженерное исследование FCC, проведенное в 1945 году, показало, что E вызывает помехи в 1% случаев для станции, вещающей на 42 МГц, но только в 0,01% случаев для станции на 84 МГц. Типичные ожидаемые расстояния составляют… Однако, при исключительных обстоятельствах, сильно ионизированное E-облако может распространять сигналы VHF I полосы на расстояние до приблизительно 563 км (350 миль). При приеме сигналов с коротким пропуском E, то есть на расстоянии менее 805 км (500 миль) в полосе I, возрастает вероятность того, что ионизированное спорадическое E-облако сможет отразить сигнал на гораздо более высокой частоте – например, канал VHF полосы 3, поскольку крутой угол отражения (короткий пропуск) благоприятствует низким частотам, а более пологий угол отражения от того же ионизированного облака – более высоким частотам. В этом случае даже прием E DVB-T может быть возможен, если мультиплекс использует VHF-диапазон 3, предпочтительно канал E5, особенно при использовании режима QPSK из-за его низких требований к уровню сигнала. Кроме того, сигналы полосы 3 более подвержены тропосферному распространению, что может косвенно увеличить фактическую максимальную используемую частоту (MUF), поскольку сигналы необходимо преломлять только на достаточно низкую высоту, чтобы они преломлялись к земле тропосферой.
Экваториальный спорадический E
Экваториальная спорадическая E – регулярное дневное явление в экваториальных регионах. Для станций, расположенных в пределах ±10° от геомагнитного экватора, можно ожидать экваториального E-skip в большинство дней года, с максимумом около полудня по местному времени.
Спорадическая сияние E
В полярных широтах спорадический слой E может сопровождать полярные сияния и связанные с ними возмущения магнитного поля, и называется авроральным E.
В отличие от спорадического слоя E в экваториальных или средних широтах, распространение спорадического E по высотным широтам встречается редко, но обеспечивает неожиданные радиосвязи между пунктами, расположенными вблизи Арктики, даже в периоды низкой солнечной активности.
Время от времени "бонанса"
12 июня 2009 года спорадическая E позволила некоторым телезрителям в восточной части Соединенных Штатов принимать аналоговые телеканалы VHF из других штатов на очень больших расстояниях, на частотах и каналах, где местные станции уже завершили постоянное аналоговое вещание в последний день перехода на цифровое телевидение в США. Это стало возможным, поскольку цифровые телеканалы в основном избегают диапазона VHF, оставив аналоговые станции последними, использующими его. По состоянию на апрель 2010 года многие жители США могли принимать канадские и мексиканские аналоговые сигналы таким образом во время явлений спорадической E; это должно продолжаться до тех пор, пока все регионы этих стран не завершат собственное отключение аналогового телевидения в ближайшие несколько лет. В некоторых случаях даже удавалось принимать цифровые сигналы (DTV) посредством спорадической E с расстояния более 1600 км, поскольку некоторые американские станции до сих пор используют первый диапазон частот для цифрового вещания. Эти сигналы характеризуются либо исключительно четким изображением, либо сильными блочными искажениями, и их легче идентифицировать. Более того, ATSC 3.0 может упростить прием цифрового сигнала (DTV) посредством спорадической E благодаря своей обычной схеме модуляции, которая более устойчива к многолучевому распространению и импульсному шуму, характерному для этих частот.
Заметные спорадические случаи приема E DX
В 1939 году появились сообщения о приеме в Англии, находящейся на расстоянии около 1448 км, раннего итальянского телевизионного вещания. Газета Medford Mail Tribune из Медфорда, штат Орегон, сообщила 1 июня 1953 года, что телевизионные каналы KGNC TV, 4-й канал из Амарилло, и KFEL TV, 2-й канал из Денвера, были приняты на телевизоре компании Trowbridge and Flynn Electric Company, расположенном на их складе на улице Корт-стрит. Сообщалось также, что с использованием предварительного усилителя был принят тестовый сигнал нью-йоркской станции. В выпуске Brimfield News от 4 июня 1953 года, опубликованном в Бримфилде, штат Иллинойс, сообщалось, что местные жители "видели" Солт-Лейк-Сити в понедельник (по телевидению). В статье рассказывалось, что одна фермерская семья стала свидетелем помех на 4-м канале WHBF TV из Рок-Айленда, штат Иллинойс, вызванных вещанием KDYL TV из Солт-Лейк-Сити, что "перекрывало все их любимые программы". В июне 1981 года Рейн Мунтйерфф в Нидерландах принял сигнал 55,25 МГц TV 2 Guaiba, Porto Alegre, Бразилия, благодаря сочетанию спорадических E и послеполуденного TEP на расстоянии 10171 км (6320 миль). 30 мая 2003 года Жирар Вестерберг из Лексингтона, штат Кентукки, осуществил первый зарегистрированный прием цифрового телевидения посредством спорадических E, расшифровав идентификатор PSIP канала KOTA DT, вещающего на 2-м канале из Рапид-Сити, Южная Дакота, на расстоянии 1709 км. 26 июня 2003 года Пол Логан из Лиснаске, Северная Ирландия, первым из DXer-ов принял трансатлантический спорадический E на частотах выше 88 МГц. Среди принятых станций были WHCF Bangor, Мэн (88,5 МГц, 4397 км) и WFRY Watertown, Нью-Йорк (97,5 МГц, 4892 км). В этот же день Дэвид Гамильтон из Камнока, Эйршир, Шотландия, принял сигнал CBTB из Baie Verte, Ньюфаундленд и Лабрадор, Канада, на частоте 97,1 МГц. 20 июля 2003 года Йозеф Немет из Гьёра, Венгрия, принял сигнал TR3 Radio Miras на OIRT FM 70,61 МГц от передатчика в Ули-Балкане, Туркменистан, расположенного на расстоянии 3050 км (1895 миль). 15 июня 2005 года Дэнни Оглторп из Шревпорта, штат Луизиана, принял тестовый телевизионный сигнал KBEJ на 2-м канале из Фредериксбурга, штат Техас, посредством спорадических E на очень коротком расстоянии для этого типа распространения: 526 км (327 миль). 26 июня 2009 года Пол Логан из Лиснаске, Северная Ирландия, принял трансатлантический спорадический E в FM-диапазоне из восьми штатов США и одной канадской провинции. Самым дальним принятым сигналом был сигнал радиостанции 90,7 WVAS из Монтгомери, штат Алабама, на расстоянии 6456 км (4012 миль). Этот прием был записан и впоследствии подтвержден новостным ведущим WVAS Маркусом Хайлсом. 24 ноября 2016 года многие радиослушатели из Австралии и Новой Зеландии смогли принимать радиостанции из других штатов Австралии, что привело к перекрытию радиосигналов. Многие жаловались, что их любимые радиостанции были заменены другими станциями из других штатов. Позже ACMA подтвердила, что это было вызвано спорадическими E.