Zonnevlammen detecteren via signalen van frequentiestandaardstations
Plotselinge veranderingen in de ionosfeer door zonnevlammen of zelfs zonsopgang/ondergang kunnen de frequentie van stations zoals WWV een Doppler verschuiving geven. Afbeelding credit: Collins et al (2021) [Oorspronkelijke afbeelding via HamSci en SpaceWeather.com].
Brian Curtis uit Michigan demonstreerde deze techniek op 20 juni 2023, toen de zon een krachtige X-klasse zonnevlam produceerde. Op “The SWLing Post” werd hier aandacht aan besteed naar aanleiding van een uitvoerig artikel van SpaceWeather.
Dus aanleiding genoeg om dieper in deze fascinerende materie te duiken. En wel met een drieluik over zonnevlammen. Vandaag deel 1.
Ruimteweergebeurtenissen
Zogenaamde ruimteweergebeurtenissen veroorzaakt door zonne-emissies en hun interacties met de atmosfeer van de aarde, kunnen grote gevolgen hebben voor de communicatie- en navigatietechnologie alsook voor vele elektrische energiesystemen. Net als door bepaalde weersomstandigheden op aarde kunnen de economische gevolgen van aan het ruimteweer gerelateerde verstoringen aanzienlijk zijn.
Dit alles geldt voor zowel satellietsystemen als voor de gevoelige technologische systemen op onze aarde. Een zware geomagnetische storm zou een catastrofaal effect kunnen hebben op onze moderne technologische infrastructuur. Zelfs zonnestormen van een gewone omvang kunnen al ernstige storingen in het elektriciteitsnet veroorzaken.
Brian Curtis legt uit:
Ik bewaak de frequentie en veldsterkte van het Canadese CHU tijdstandaardstation dat uitzendt op 7850 kHz. Tijdens een recente X-klasse zonnevlam kon ik de Dopplerverschuiving van de ontvangen draaggolffrequentie van het radiostation detecteren. Zie hiervoor de onderstaande groene grafiek. De draaggolffrequentie verschoof met 5 Hz. Dat is op zich een kleine verandering. Maar wel heel duidelijk meetbaar!
Afbeelding gemaakt door Brian Curtis met Dopplerverschuiving als gevolg van een X-klasse zonnevlam
Atoomklokkwaliteit
Wanneer straling van een zonnevlam de atmosfeer van de aarde raakt, ioniseert deze straling de bovenste luchtlagen. Hierdoor wordt de ionosfeer van onze planeet tijdelijk een beetje dikker. We kunnen stellen dat, wanneer een radiosignaal de ionosfeer verlaat, de draaggolffrequentie ervan iets verschoven zal zijn omdat het reflectiepunt beweegt.
Kortegolfstations zoals WWV, WWVH en ook CHU zenden een draaggolffrequentie uit met een frequentiestabiliteit van atoomklokkwaliteit. Deze frequentiestandaardstations zijn dus perfecte bronnen voor Doppler-monitoring. Een kleine verschuiving van de draaggolffrequentie is reeds goed meetbaar.
Dopplereffect
Het Dopplereffect wordt het best uitgelegd aan de hand van het voorbeeld van een sirene van een passerend hulpverleningsvoertuig. De toonhoogte neemt toe naarmate het voertuig sneller naar u toe komt. De toon heeft de oorspronkelijke frequentie wanneer het voertuig pal langs u rijdt. En die toonhoogte neemt weer af wanneer het voertuig van u wegrijdt. De frequentieverschuiving wordt bepaald door de snelheid van het naderen of het vertrekken. De theorie is dat de golven worden gecomprimeerd wanneer het voertuig nadert en uit worden gerekt wanneer het wegrijdt.
Plotselinge veranderingen in de ionosfeer veroorzaakt door zonnevlammen of zelfs de zonsopgang of zonsondergang kunnen zo de ontvangen draaggolffrequentie van radiostations zoals WWV doen verschuiven.
Constante verandering
Vanaf een afstand mag de zon dan wel kalm en stabiel lijken. Maar onze thuisster bevindt zich eigenlijk in een voortdurende staat van verandering. Zij transformeert in de loop van de tijd van een uniforme vuurzee naar een chaotische wirwar van kromgetrokken plasma. Een voortdurend terugkerende cyclus.
Ongeveer elke 11 jaar transformeert het magnetische veld van de zon. Hierdoor verandert de noordpool in de zuidpool en vice versa. In de aanloop naar deze gigantische omkering versterkt de zon haar activiteit. We zien vurige zonnevlammen die plasma uitbraken. En ook donkere vlekken ter grootte van een planeet die krachtige radiogolven, röntgenstraling en gammastralen uitzenden.
Deze periode van verhoogde activiteit, bekend als het zonnemaximum, is ook een potentieel gevaarlijke tijd voor de aarde. We worden dan gebombardeerd door soms hevige zonnestormen die de communicatie kunnen verstoren. En ook de energie-infrastructuur kan hierdoor lam worden gelegd. Zelfs satellieten kunnen hierdoor flink beschadigen.
Plotselinge veranderingen
Brian Curtis verklaart verder:
Ik volg al tientallen jaren radiostations. En ik merk plotselinge veranderingen in de signaalsterkte op als middel om ruimteweergebeurtenissen te volgen. Het is pas vrij recent, ongeveer gedurende vier maanden, dat ik begon te experimenteren met het monitoren van de Dopplerverschuiving van HF-stations. Via deze ‘Doppler Shift-methode’ is de X-klasse zonnevlam-gebeurtenis van 20 juni 2023 verreweg het meest dramatische dat ik tot nu toe heb gezien.
Zelf zonnevlammen detecteren?
Zou je na het lezen van dit alles ook zelf op deze manier zonnevlammen willen detecteren? Het HamSCI “citizen science programma” heeft een persoonlijk ruimteweerstation ontwikkeld speciaal voor Doppler shift metingen. Deze techniek kan ook worden gebruikt om zonsverduisteringen, aardbevingen en tsunami’s en nog veel meer te bestuderen. En dat allemaal vanuit jouw eigen shack!
Voor aanvullende informatie
Drieluik zonnevlammen
- Deel 1 – Zonnevlammen detecteren via signalen van frequentiestandaardstations
- Deel 2 – Crowdsourced Dopplermetingen van tijdstandaardstations
- Deel 3 – Zonnevlammen en het Carrington-evenement
Met dank aan Ronny ON6CQ
VERON
Wikipedia
