Jak Słońce wpływa na łączność radiową i jak czytać prognozy pogody kosmicznej

Punktem wyjścia jest poradnik ARRL, amerykańskiej organizacji krótkofalowców, autorstwa Carla Luetzelschwaba (znak wywoławczy K9LA). Uzupełniamy go informacjami z amerykańskiego centrum prognoz pogody kosmicznej.

Jak Słońce tworzy jonosferę

Jonosfera to zjonizowana, czyli naładowana elektrycznie, część górnej atmosfery. To ona zawraca fale krótkie ku Ziemi i pozwala im docierać daleko za horyzont. Jej obszary powstają pod wpływem różnego promieniowania słonecznego: obszar F jonizuje ultrafiolet (10–100 nm), obszar E – miękkie promieniowanie rentgenowskie (1–10 nm), a najniższy obszar D – twarde (0,1–1 nm).

Słońce wyrzuca też naładowane cząstki, które tworzą wiatr słoneczny, w spokojny dzień pędzący ku Ziemi z prędkością około 400 km/s. Spłaszcza on ziemskie pole magnetyczne od strony Słońca i wyciąga je po stronie nocnej w długi ogon magnetyczny. Cząstki biegną wzdłuż linii pola, więc trafiają głównie w rejony podbiegunowe.

Indeksy A i K

Wahania pola magnetycznego rejestrują magnetometry. Indeks K opisuje okresy trzygodzinne w skali quasi-logarytmicznej od 0 (spokój) do 9 (bardzo silna burza). Dobowy indeks A ma skalę liniową od 0 do 400 i jest średnią z ośmiu okresów trzygodzinnych. Według ARRL najlepsze warunki do łączności panują zwykle wtedy, gdy A nie przekracza 15, a K – 3.

Plamy i 11-letni cykl

Plamy słoneczne wiążą się z promieniowaniem ultrafioletowym, a więc z jonizacją obszaru F. Dzienna liczba plam mocno skacze, dlatego cykl opisuje wygładzona liczba plam (SSN) – średnia z 13 miesięcy, sześciu przed danym miesiącem i sześciu po nim. Oficjalna wartość jest więc o pół roku spóźniona.

Cykl trwa około 11 lat, przy czym wzrost do maksimum (4–5 lat) jest zwykle szybszy niż spadek (6–7 lat). W okolicach maksimum silniej zjonizowana jonosfera zawraca wyższe częstotliwości – pasma 15, 12 i 10 m, a czasem 6 m – co umożliwia łączności dalekiego zasięgu. W minimum te częstotliwości uciekają w kosmos, ale jonosfera jest stabilniejsza i słabiej tłumi sygnały, więc najlepiej działają niskie pasma 160 i 80 m.

Rozbłyski i koronalne wyrzuty masy

Większość zakłóceń wywołują rozbłyski słoneczne i koronalne wyrzuty masy (CME). Rozbłyski dzieli się według promieniowania rentgenowskiego na klasy C (najsłabsze), M i X (najsilniejsze). Klasa C zwykle niewiele zmienia, M i X szkodzą coraz bardziej. Duży rozbłysk X może całkowicie wygasić propagację na oświetlonej półkuli, bo gwałtownie rośnie tłumienie w obszarze D. Duże rozbłyski X mogą też wyrzucać energetyczne protony, które wywołują absorpcję w czapie polarnej (PCA), tłumiącą sygnały na trasach przez rejony podbiegunowe.

Promieniowanie rozbłysku leci z prędkością światła, więc łączność może zaniknąć w ciągu około 10 minut od erupcji – w tej samej chwili, w której rozbłysk widać. Ostrzeżenia nie ma. Cząstki z rozbłysku docierają po czasie sięgającym kilku godzin, a fala uderzeniowa CME – nawet kilku dni, co daje czas na przygotowanie.

CME to gwałtowne wyrzucenie materii słonecznej, które skokowo przyspiesza wiatr słoneczny. Jeśli pole magnetyczne Słońca jest wtedy skierowane na południe, fala uderzeniowa wywołuje silne wahania ziemskiego pola: rosną indeksy A i K, pojawiają się zorze. Elektrony z jonosfery są wymiatane do ogona magnetycznego, więc spada maksymalna użyteczna częstotliwość (MUF) – najwyższa, która na danej trasie wraca jeszcze na Ziemię – aż pole się uspokoi, a jonizacja odbuduje.

Codzienny raport SWPC

Space Weather Prediction Center (SWPC), część agencji NOAA, wydaje wspólnie z US Air Force Report and Forecast of Solar and Geophysical Activity. Raport ukazuje się codziennie o 22:00 UTC, podsumowuje minioną dobę i prognozuje trzy kolejne dni. Ma sześć części:

• IA i IB – analiza i prognoza aktywności Słońca,
• IIA i IIB – to samo dla pola geomagnetycznego,
• III – prawdopodobieństwo rozbłysków M i X oraz zdarzeń protonowych,
• IV – strumień promieniowania radiowego Słońca na fali 10,7 cm,
• V – indeksy A,
• VI – prawdopodobieństwo burz geomagnetycznych.

Na przykład w raporcie z 24 września 2026 r. aktywność Słońca była niska, a szansę na rozbłysk klasy M oceniono na 20 proc. dziennie, klasy X – na 1 proc.

Reguła kciuka ARRL: warunki są normalne, gdy raport ani prognoza nie wskazują rozbłysków silniejszych niż klasa C, a wiatr słoneczny wieje z prędkością bliską średnich 400 km/s. „Niska aktywność słoneczna” w raporcie nie mówi nic o fazie cyklu – oznacza tylko brak poważnych zakłóceń. SWPC zaznacza, że to produkt historyczny, utrzymywany dla ciągłości; bieżące prognozy oparte na indeksie Kp publikuje w innych komunikatach.

Skale NOAA: R, S i G

Dla szerszej publiczności NOAA stworzyła skale pogody kosmicznej. Jak skale huraganów mają pięć poziomów, od słabego do ekstremalnego, i opisują skutki, miarę fizyczną oraz częstość zjawisk. R dotyczy zaników łączności radiowej, S – burz radiacyjnych (strumień protonów o energii co najmniej 10 MeV), G – burz geomagnetycznych.

R1, zdarzające się około 2000 razy w cyklu, to lekkie pogorszenie łączności krótkofalowej po dziennej stronie Ziemi. R5, rzadsze niż raz na cykl, oznacza kilkugodzinną ciszę na falach krótkich na całej oświetlonej półkuli. Przy S5 łączność może całkowicie zaniknąć w rejonach polarnych, a zagrożeni są astronauci na spacerach kosmicznych oraz pasażerowie i załogi samolotów lecących wysoko na dużych szerokościach geograficznych. Burza G5 (średnio cztery w cyklu) może na jeden–dwa dni uniemożliwić propagację fal krótkich na wielu obszarach, na kilka dni pogorszyć nawigację satelitarną a w niektórych sieciach energetycznych wywołać nawet całkowite awarie.

Prognoza to statystyka

Programy prognozujące propagację opierają się na związku między wygładzoną liczbą plam a miesięcznymi medianami parametrów jonosfery. Ich wyniki nie są więc pewnikiem na konkretny dzień, lecz prawdopodobieństwem w skali miesiąca.

Plamy liczy się wzrokowo, więc obiektywną miarą aktywności Słońca stał się strumień 10,7 cm. To jednak tylko ogólny wskaźnik: fale tej długości nie jonizują atmosfery, a dzienny strumień niewiele mówi o jonosferze tego dnia. ARRL radzi więc podawać programom SSN albo wygładzony strumień – wartości dzienne, a nawet tygodniowe średnie mogą prowadzić do sporych błędów.

Do prognoz krótkoterminowych ARRL poleca efektywną liczbę plam (SSNe), dobraną tak, by program zgadzał się z bieżącymi pomiarami jonosond – urządzeń sondujących jonosferę falami radiowymi. Wyliczała ją firma NorthWest Research Associates. Według archiwalnej wersji jej strony z 2014 r. wartość aktualizowano co godzinę na podstawie pomiarów jonosond z listy ponad 50 stacji na świecie – znalazły się na niej m.in. Warszawa i czeskie Průhonice. Strona, do której odsyła ARRL, nie jest już dostępna.