Avaruussään tarkkailua IonoProbella

VOACAP Quick Guide: Home

 

Jari Perkiömäki, JKP, Vaasa (julkaistu Radiomaailma-lehdessä 11/2005, muokattu www:tä varten 8.3.2006)

IonoProbe on kanadalaisen radioamatöörin Alex Shovkoplyaksen VE3NEA tekemä PC-ohjelma Auringon toiminnan ja Maan magneettikentän tarkkailuun. Alex on monipuolinen ohjelmoija, ja hänen päätuotteensa on DX Atlas (www.dxatlas.com). IonoProbe tarkkailee Internet-lähteitä hyväksikäyttäen HF-etenemisen kannalta oleellisia avaruussääilmiöitä. Ohjelman erikoisuus on kerran tunnissa päivittyvä ionosfääri-indeksi.

Windows-käyttöjärjestelmässä toimiva IonoProbe auttaa hahmottamaan Auringossa ja Maassa tapahtuvia päivätason, viikkotason ja vuositason avaruussääilmiöitä. IonoProbe tarvitsee toimiakseen (mieluusti jatkuvan) Internet-yhteyden, sillä ohjelma hakee säännöllisin väliajoin Internetistä ajantasaiset tiedot. Ohjelmalla tarkastellaan niitä ilmiöitä, joiden ajatellaan erityisesti vaikuttavan HF-alueen radioaaltojen etenemiseen.

IonoProbe jakaantuu kolmeen itsenäiseen ikkunaan, jotka kuvaavat päivätason, kuukausitason ja vuositason tilannetta (kuva 1).

Kuva 1. IonoProben päivä-, viikko- ja vuositason tilannenäkymät.

Päivätason ikkunassa (Day) näytetään Yhdysvaltain NOAA/SEC:n (National Oceanic and Atmospheric Administration/Space Environment Center) edellisen päivän avaruussäätiedote ja annetaan ennuste seuraavaksi päiväksi (WWV Storm Alerts).

Seurannassa ovat asteikolla 0-5 seuraavat kohteet:

G = Maan magneettiset myrskyt (Geomagnetic storms)
S = Auringon protonimyrskyt (Solar radiation storms)
R = Auringon röntgensäteilypurkaukset (Radio blackouts)

Tarkemmat englanninkieliset luonnehdinnat saa näkyville, kun IonoProbessa vie hiiren asteikon päälle ja painaa hiirtä kerran.

Lisäksi päivätason ikkunassa näkyvät senhetkinen NOAA/SEC:n antama auringonpilkkuluku (SSN) ja aurinkovuoluku (SFI) sekä viimeisten 90 päivän ajalta IonoProben laskemat SSN- ja aurinkovuolukujen keskiarvot (90-day SSN/90-day SFI). Myös planetaariset A- ja K-indeksit, auroraindeksi sekä Auringon protoni- (Protons) ja röntgensäteilyarvot (X-Rays) saadaan NOAA/SEC:ltä. Protoni- ja röntgensäteilyarvoista voidaan esimerkiksi päätellä, onko Maan magneettikentässä odotettavissa myrskyä tai muuta HF-etenemistä haittaavaa vaihtelua.

Päivätason ikkunan alaosa on varattu NOAA/SEC:n laatimille raporteille, joista IonoProbe käy hakemassa säännöllisesti seuraavat:

Viikkotasolla (Week) tarkastelussa ovat "Effective SSN" (SSNe), revontulivyöhykkeen aktiivisuus (auroral activity), planetaarinen K-indeksi sekä protonien ja röntgensäteilyn määrä.

Kun pitää Ctrl-näppäintä pohjassa ja vie hiiren SSNe-graafin päälle, esille tulevat senhetkinen SSNe-lukema, foF2-virheprosentti (foF2 error) ja SSNe-lukeman laskentaan käytettyjen havaintojen lukumäärä (Observations). foF2-virheprosentti kertoo, paljonko mitatut arvot poikkeavat ennustearvoista. Arvoissa voidaan todeta ajallista ja maantieteellistä vaihtelua. Virheprosentti itsessään kuvastaa Alexin mukaan myös ionosfäärin aktiivisuutta: kun ionosfääri on rauhallinen, virheprosentti on pieni; kun ionosfääri on häiriöinen, prosenttiluku kasvaa alueellisten vaihteluiden seurauksena.

Vuositasolla (Year) tarkastellaan auringonpilkkulukemien (SSN) ja aurinkovuoluvun kehitystä, planetaarista A-indeksiä sekä protonien ja röntgensäteilyn määrää.

Tilastollinen vs. senhetkinen ionosfääri

HF-alueen radioaaltojen etenemisen ennustamisessa on tehty paljon työtä, että nähtäisiin, miten auringonpilkut ja ionosfäärin tila ovat syy-yhteydessä keskenään. Paras korrelaatio on todettu olevan tasoitetun auringonpilkkuluvun ja ionosfääristä saatavien kuukausitason mediaaniarvojen välillä.

Tätä suhdetta hyödynnetään laajalti myös keliennusteita laativissa tietokoneohjelmissa (mm. VOACAP:ssa). Tällaisten ennusteohjelmien syötteenä ei tästä syystä tule käyttää reaaliaikaisia arvoja. Ohjelmista saatavat MUF-, signaalinvoimakkuus- tai signaali/kohina-ennusteet perustuvat kuukausitason todennäköisyyksiin. Näiden keliennusteohjelmien antamat tulokset eivät siis ole luonteeltaan absoluuttisia, vaan tilastollisia. Tämän ymmärtäminen on tärkeää kyetäkseen hyödyntämään noiden ohjelmien antamat tulokset ja suhteuttamaan ne senhetkiseen avaruussäähän, sillä ionosfääriin vaikuttavat Auringon monet "epäsäännölliset" vaihtelut, joita ei ole ennusteohjelmiin suoraan mallinnettu (ks. esim. Radiomaailma 10/2005: "Avaruussään vaikutuksesta HF-keliin"). IonoProbe on ohjelma, joilla saa paremman kuvan näistä "epäsäännöllisistä" vaihteluista ja senhetkisestä avaruussäästä.

SSN ja Solar Flux eivät riitä

Auringon aktiivisuutta voidaan arvioida auringonpilkkujen lukumäärästä. Auringonpilkut ovat itse asiassa suhteellinen mitta. Auringonpilkkuluku (SSN, Sunspot Number) on arvo, joka on verrannollinen näkyvien auringonpilkkujen määrään. Tavallisesti auringonpilkkuluvulle annetaan päiväarvo, kuukausikeskiarvo tai vuosikeskiarvo, joka lasketaan 12 kk:n liukuvana keskiarvona.

Olisi hienoa, jos voisimme löytää mittarin, joka kertoisi ionosfäärin globaalista vireystilasta HF-radioyhteyksiä ajatellen. Tällaiseksi epäsuoraksi mittariksi on vakiintunut 10,7 cm:n (n. 2800 MHz:n) aurinkovuoluku (SFI, Solar Flux Index). Se on kuitenkin vain auringon aktiivisuutta yleisellä tasolla kuvaava mittari, sillä 10,7 cm:n aallonpituus on energiatasoltaan liian matala synnyttääkseen ionisaatiota. Sen vuoksi 10,7 cm:n aurinkovuoluku ei suoranaisesti kerro mitään ionosfäärin muotoutumisesta.

Auringonpilkkulukua ja aurinkovuolukua voidaan silti pitää ionisaation kehittymisen osoittimina: jos pilkku- ja vuoluvut ovat olleet korkealla useamman päivän, voidaan odottaa, että esim. yhteydenpito korkeammilla taajuuksilla onnistuu paremmin, mikäli A- ja K-indeksit ovat samaan aikaan pysyneet matalina. IonoProbe esittää ratkaisun, jolla ionosfäärin vireystilaa voidaan arvioida reaaliaikaisella mittarilla, "Effective SSN" -arvolla.

SSNe on ionosfääri-indeksi

"Effective SSN" (jatkossa SSNe) ei ole auringonpilkkuluku, vaikka nimestä niin voisi luulla. SSNe-arvo nimittäin lasketaan eri puolilla maailmaa sijaitsevan yli 50 ionosondiaseman keräämistä F2-kerroksen kriittisistä taajuuksista (foF2) suhteutettuna kansainväliseen IRI-2001-referenssi-ionosfäärimalliin (International Reference Ionosphere). SSNe-arvoa voisi pikemminkin luonnehtia "ionosfääri-indeksiksi".

SSNe-arvoa voidaan käyttää samalla tavalla kuin auringonpilkkulukemaakin (SSN): mitä korkeampi SSNe-lukema, sitä enemmän voidaan käyttää korkeampia taajuusalueita (korkeampi MUF). NOAA/SEC:n antamalla SSN:llä ja IonoProben laskemalla SSNe:llä on kuitenkin merkittävä ero. Korkeampi SSN (tai korkeampi aurinkovuoluku, SFI) saattaa tilastollisesti katsoen tarkoittaa korkeampia MUF-taajuuksia. Sen sijaan SSNe-lukeman kohoaminen todella tarkoittaa korkeampia MUF-taajuuksia, sillä SSNe kuvaa nopeammin ionosfäärin senhetkistä vireystilaa kuin SSN, koska SSNe perustuu aina tuoreimpiin ionosfääriluotauksiin. IonoProbe lataa ionosfääriluotaustiedot asemilta kerran tunnissa ja laskee niistä tuolloin uuden SSNe-lukeman.

IonoProben laskema SSNe-lukema ei silti ole mikään uusi keksintö. Esimerkiksi yhdysvaltalainen Northwest Research Associates, Inc (NWRA) on tarjonnut www-sivuillaan vastaavantyyppistä indeksiä jo kauan. Heidän lukemansa lasketaan pitemmältä ajanjaksolta (24 tunnin/6 tunnin SSNe) keski- ja sitä alemmilla leveysasteilla sijaitsevien luotausasemien ionosfääriluotaustiedoista. IonoProbessa SSNe lasketaan tunnin välein senhetkisistä tiedoista. Tässä mielessä IonoProbella on ainakin teoreettinen mahdollisuus reagoida nopeammin ionosfäärissä tapahtuviin muutoksiin. Kehittämisen varaa ohjelmassa olisi kuitenkin siinä suhteessa, että voisi olla mahdollisesti mielekästä erotella korkeilta leveysasteilta, keskileveysasteilta ja alemmilta leveysasteilta saatavat SSNe-lukemat.

Alexin lippulaivaohjelma DX Atlas käyttää IRI-2001-ionosfäärimallia ja syöttämällä siihen IonoProben laskeman SSNe-arvon DX Atlas voi esittää tosiaikaisen foF2-maailmankartan, joka on niin lähellä oikeaa kuin käytettävien tietojen perusteella on mahdollista. Kannattaa muuten seurata magneettimyrskyn aikoihin, kuinka sen alussa K-arvojen noustessa myös SSNe-lukemat nousevat. Mutta kun myrsky kehittyy, SSNe-lukemat laskevat eli myös MUF-taajuudet laskevat. Alex itse kehuu, että IonoProben laskema SSNe on yksi parhaimpia reaaliajassa HF:llä radiokeliä yleisellä tasolla kuvaavista mittareista.

IonoProbe-ohjelma on vapaasti ladattavissa 30 päivän koekäyttöön osoitteesta www.dxatlas.com/IonoProbe/. Ohjelma automaattisesti kertoo saatavilla olevista päivityksistä. Rekisteröintihinta on 20 USD.

© 2005 Jari Perkiömäki