Svět kolem nás je plný elektromagnetického vlnění. A nejde jen o tepelné a světelné paprsky, které vysílá naše Slunce. Heinrich Rudolf Hertz dokázal roku 1887 existenci neviditelných elektromagnetických vln. Lidé se je postupně naučili využívat v mnoha oblastech.
Jsou určeny frekvence pro rozhlasové vysílání a televizi, v posledních desetiletích přibyly signály pro mobilní telefony, bezdrátový internet a GPS. Stručně řečeno, v éteru je rušno. Výsledné elektromagnetické pole je velmi složité. Naše smysly většinu frekvencí nevnímají, ale různé přístroje si díky rezonančním obvodům dovedou zachytit svoji vlnu.
Provozovatelé komunikačních kanálů usilují o spolehlivý bezporuchový příjem. Vysílají na krátké vzdálenosti a s velkými výkony. Pokud nemůžeme nebo nechceme používat zavedené komunikační sítě a máme jen málo výkonný vysílač, můžeme se dovolat i na delší vzdálenost v případě vhodných atmosférických podmínek. Lze vypozorovat, že na určitých frekvencích se vysílání šíří lépe ve dne, na jiných je lepší poslech večer nebo v noci. Vysvětlení hledejme ve stavu ionosféry.
Ionosféra je vrstva atmosféry, která začína ve výškách zhruba nad 60 km nad povrchem Země. Mnohé atomy jsou v této vrstvě ionizovány, tedy roztrženy na volné elektrony a kladné ionty. Ionizaci způsobuje hlavně sluneční záření a proudy elektricky nabitých částic které k nám Slunce vystřeluje, dalším zdrojem ionizace je například kosmické záření. Elektromagnetické vlny, vysílané pozemskými vysílači (nebo satelity na oběžné dráze) se v ionosféře pohlcují, ohýbají, či odrážejí.
V ionosféře se vytváří a neustále proměňuje několik vrstev, které mají zásadní vliv např. na šíření krátkovlnného vysílání. Vrstva D značně tlumí krátké vlny, naopak dlouhé vlny odráží. Nad ní je vrstva E, která odráží zpět k Zemi dlouhé a střední vlny a tím umožňuje jejich šíření na velkou vzdálenost. Podobnou službu koná pro krátké vlny vrstva F, zejména její část F2, takže se vlny mohou v několika skocích dostat i na druhou stranu zeměkoule.
Chod ionosféry je do velké míry řízen relativně pravidelným denním cyklem, slunečními cykly (27 dní sluneční rotace, a zhruba jedenáctiletý cyklus slunečních maxim a minim), vlivem ročního období, ale i geomagnetickou aktivitou, stavem neutrální atmosféry a dalšími vlivy.
Pro radioamatéry je zajímavá sporadická vrstva E (Es), tvořená ve výšce vrstvy E nepravidelnými ionizovanými mraky. Vrstva Es vzniká ve středních šířkách nejčastěji v létě a její vznik a zánik může být velmi rychlý. Větry vanoucí v různých výškách různými směry (tzv. střih větru) svanou ionizované částice za působení geomagnetického pole do relativně velmi tenké vrstvy. Radioamatérům umožňuje odraz od vrstvy Es spojení se vzdálenými stanicemi i na velmi krátkých vlnách.
Sledováním výšky, elektronové hustoty a dalších vlastností ionosférických vrstev se u nás zabývá Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v. v. i. Na observatoři v Průhonicích pracuje Digisonda (digitální ionosonda), která pomocí vysílací antény zhruba každých 5 – 15 minut vysílá signály o frekvencích mezi 1,5 a cca 12 MHz. Čtveřice přijímacích antén zachycuje odraz signálu od ionosféry. Výsledky měření vyhodnocuje Digisonda automaticky. Do grafu, zvaného ionogram, zakresluje výšku, ve které se vlny o dané frekvenci odrážejí. Vlny o vyšší frekvenci ionosférou procházejí a šíří se ven do vesmíru.
Ionogramy z Průhonic jsou veřejně přístupné na internetu zde. Pod grafem najdeme dva řádky, kde jsou maximální použitelné frekvence (MUF) pro spojení na různé vzdálenosti (D). Jde o odhad na základě naměřených hodnot a aktuálně vypočítaného profilu elektronové koncentrace. Pro delší vzdálenosti jsou maximální použitelné frekvence vyšší, protože vlny přicházejí do ionosféry pod menším úhlem a „nejdou tak zostra“.
V ionogramech lze najít i řadu dalších naměřených veličin. Na základě dopplerovského posuvu frekvence je možné změřit i rychlost plazmatických mračen. V ionosféře se dají snadno detekovat i vzdálená zemětřesení a tsunami, protože vzduch je mnohem řidší než pevná země a výchylky rychlosti částic jsou proto vyšší, než při meření v zemi.
Údaje se předávají do mezinárodních sítí a slouží například ke sledování odezvy ionosféry na sluneční a geomagnetické bouře či pro vyvíjení ionosférických modelů. O stav ionosféry mají zájem také provozovatelé GPS pro určení přesnosti měření, anebo vojáci kvůli radiovým spojením např. do Afghánistánu.
Observatoř v Průhonicích je součástí mezinárodní sítě obdobných stanic, z nichž nejbližší je v Juliusruh na severu Německa, další jsou v Athénách, ve Španělsku, Belgii či Srbsku. Měření z České republiky jsou z důvodu dobře zkonstruovaných přijímacích antén velmi kvalitní. Německá stanice je po technické stránce vybavena sice lépe, ale místní regulace omezují její práci. Síť digisond se postupně rozšiřuje, nyní jsou na více než 60 místech po celém světě.
Pracoviště pro výzkum ionosféry v Průhonicích je možné po dohodě navštívit do konce května v rámci Dne otevřených dveří, ale je možné domluvit i pozdější termín. Bližší informace zde.
