FM DX via Aurora - propagacja zorzowa na UKF

Piękne zjawiska świetlne, typowe dla północnych szerokości geograficznych są rezultatem wpadania naładowanych cząsteczek wiatru słonecznego w ziemskie pole magnetyczne. Ale to nie jedyny ich efekt - zorza ma też inny, nieznany szerokiej publiczności skutek - odbija również sygnały radiowe wysokich częstotliwości VHF. W takiej postaci można ją obserwować dobrym tunerem i anteną kierunkową na pasmo radiowe UKF FM, nawet jeśli sama świetlista kurtyna nie jest widoczna w Polsce. Propagacja zorzowa jest fascynującym zjawiskiem.

http://radiacja.blogspot.com/2015/12/aurora.html
Zorza polarna widoczna z Polski 20 grudnia 2015 (fot. Konrad)





This text is also available in English.

Ilustracją do tego artykułu jest zdjęcie wykonane przez Konrada z Płocka, 20.12.2015 - tego samego wieczoru, gdy na paśmie UKF obecna była silna propagacja zorzowa (tu linkuję jego raport- po angielsku). To właśnie silne sygnały podczas propagacji Au skłoniły go do sprawdzenia, czy na niebie coś widać...

Dzięki temu, że dysponujemy lepszym sprzętem obserwacyjnym niż przed dekadami - zarówno na niebie, jak i w radiu zorza w Polsce odnotowywana jest częściej (często równocześnie i tu, i tu). Utraciła nieco opinię zjawiska na wyłączność dla dalekiej północy (choć tam niewątpliwie jest piękniejsza i częstsza), a w wariancie radiowym mamy jeszcze większe szanse za zetknięcie się z nią. Zorzę w eterze można obserwować nawet gdy ona sama nie jest widoczna na niebie (zbyt słaba na dostrzeżenie, lub... w ciągu dnia).

Aurora borealis wykazuje sezonowość w okolicy równonocy (wrzesień-październik i marzec), a w pozostałych porach roku występuje w ciągu ok. 2 dni po zarejestrowanych na Słońcu wybuchów klasy X (warto śledzić doniesienia o jego aktywności).
Zorzowe sygnały dotychczas trafialiśmy najczęściej popołudniem (16-18) i wieczorami (20h) - zjawisko ma maksimum w dwóch szczytach w drugiej połowie dnia. Ich "granicę" wyznacza spadek aktywności zwany  "minimum Haranga". Sygnały nie imponują siłą, dlatego wskazana jest antena kierunkowa i dobry tuner (selektywny i czuły), na którym najlepiej sprawdzać zupełnie puste w naszej okolicy częstotliwości w dolnej części zakresu UKF (87-100 MHz). 

Efektem silnej zorzy jest pojawienie się na paśmie UKF dalekich sygnałów radiowych. Ponieważ zazwyczaj pochodzą one ze Szwecji, Norwegii, Danii, Wielkiej Brytanii, Finlandii, krajów Bałtyckich czy Rosji (oraz innych), ich obecność można pomylić z innymi rodzajami propagacji, które częściej przynoszą odbiór z wymienionych krajów.

To właśnie odległości do odebranego kraju mogą na pierwszy rzut oka (czy też ucha) upodabniać Aurorę do Sporadic-E, "typowej" dalekosiężnej propagacji jonosferycznej. Choć zakres wyników DX via Au jest niesłychanie szeroki - nawet od 200km do 2000km, dominują 1000-1400km, czyli standard podczas SpE. Znając jednak odbiór z obłoków sporadycznych, szybko zwrócimy też uwagę, że sygnały, o których mowa w tym artykule, nie pojawiają się nagle i nie znikają szybko, w ciągu kilku sekund, jak typowe sygnały SporadicE.
-Zupełnie jak podczas budującego się tropo, pojawiają się słabe, dłuższy czas rosną do swojego maksimum (w którym nigdy nie odbierają "idealnie"), po czym równie powolnie zanikają. Duże dystanse, które mogą podpowiadać, że wytworzył się rekordowy dukt troposferyczny.

Jak widać, Aurorę można łatwo pomylić z inną propagacją, szczególnie gdy w ogóle nie jesteśmy świadomi, że istnieje coś takiego jak odbicie od zorzy. Ma ona szereg charakterystycznych cech, które pozwalają szybko ją zidentyfikować. 

Wystarczy uważniej przysłuchać się jak brzmią złapane DXy, ponieważ - po pierwsze - charakterystyczne na propagacji zorzowej są zniekształcenia odbitego sygnału UKF.
Sygnały innych propagacji - troposferyczne i jonosferyczne, nawet gdy są słabe mają wyraźne i zrozumiałe audio o niezmienionym widmie.

W wyniku odbicia od świetlistej kurtyny polarnej, w której naładowane cząsteczki nieustannie się poruszają, następuje Dopplerowskie przesunięcie częstotliwości akustycznych w modulacji FM - tym drastyczniejsze, im są one wyższe (większa dewiacja od nośnej). Najciekawiej przedstawia się to na utworach pop, w których obecne jest całe spektrum dźwięków. Nagranie Konrada z norweską stacją młodzieżową NRK P3 z jednej z poprzednich propagacji Au, doskonale obrazuje zniekształcenia aurory na muzyce dance. Brzmi ono, jakby podbito bass, a górę wyciszono i zmieszano z szumem. W rzeczywistości pasmo zostało zarejestrowane "na płasko" - niskie częstotliwości basu najlepiej przetrwają przesunięcia Dopplera, a tony wysokie (10-15kHz) zamieniane są na szum w rytm słów. Także sama nośna FM ("cisza" między słowami albo dźwiękami) jest zniekształcana i "szeleści". O odbiorze stereo (pilot 19kHz), albo RDS (podnośna 57kHz) nie ma nawet mowy - te podnośne są zamieniane w szum.

Poniżej przykład ze stacji "gadanej' - nagranie brytyjskiego BBC Radio 4, które zarejestrowałem 20.12.2015. Częstotliwość była pozbawiona zakłóceń i był na niej obecny tylko sygnał zorzowy (o i tak dosyć sporej sile, jak na ten rodzaj propagacji). Warto zwrócić uwagę na zniekształcenia wysokich częstotliwości i "szeleszczenie" (jakby "iskrzenie") między słowami w ciągu całego nagrania oraz między sygnałami czasu (0:35).



Na mapce w powyższym filmiku zaznaczyłem zarówno bezpośredni kierunek do samego nadajnika (czerwona linia), jak i najbardziej prawdopodobną, rzeczywistą trasę propagacji (linia czarna).
Otóż drugą, bardzo ważną cechą charakterystyczną Aurory są kierunki z których odbieramy sygnały oraz obszar, z którego są one dostępne: w większości północne. Do odbioru powyższego przykładu miałem antenę ustawioną na kierunek północny-północnozachodni (a nie zachód!), innym razem Wielką Brytanię via Au odbierałem będąc ustawionym idealnie na północ, gdyż to stamtąd, a nie z bezpośredniego kierunku na UK dochodziły najsilniejsze sygnały.

Tak właśnie jest z kierunkowością podczas Au - odbieramy sygnał odbity wstecz (!) - tzw. backscatter - nie bezpośredni z anteny nadajnika, a jego zniekształcony "obraz" wytworzony od naładowanej elektrycznie "kurtyny" elektronów gdzieś nas Skandynawią. Jak wiemy z geometrii, odbicie następuje zawsze pod takim samym kątem jak padanie, dlatego pozorny kierunek do zorzowego DXa nie będzie się pokrywał z kierunkiem na stację nadawczą i może wypadać na północ, lub nawet do 45stopni azymutu na wschód i zachód od północy. Chyba, że to sygnał ze Szwecji lub Finlandii - wtedy kierunek się pokłada, ale nawet wówczas odbieramy tę jego frakcję, która została pierwotnie wypromieniowana na północ, "doleciała" do zorzy i od niej została odbita z powrotem na południe. Zgodnie z zasadami geometrii, rzeczywista trasa sygnału musi mieć większą długość, niż odległość do samego nadajnika w linii prostej.


Co ciekawe - rzadko via Au możliwy bywa odbiór stacji zlokalizowanych na szerokościach geograficznych nieco bardziej południowych od naszej (np .południowe Niemcy), ale również wówczas ich sygnał via Au będzie dochodził z kierunków północnych!


Identyfikacja złapanych stacji
Skoro wiemy, że kierunek odbioru jest "pozorny", to jak poprawnie określić odbieraną stację i nadajnik? 
Dla doświadczonych nasłuchowców nie powinno być to takie trudne, ale też nie we wszystkich przypadkach możliwe.
Zidentyfikowanie nadawanej treści odbywa się podobnie, co podczas innych propagacji, lecz trudniejsze z powodu zniekształconego sygnału.
Na początek wystarczy określić język - angielski oraz rosyjski od innych języków odróżni każdy, natomiast identyfikacja szwedzkiego, duńskiego, fińskiego czy estońskiego, tym bardziej w zorzowych warunkach, może wymagać doświadczenia. Odbierając DX na danej częstotliwości warto pamiętać, że via Aurora najlepiej odbija emisje nadajników wysokiej mocy z kierunku północnego oraz północnego zachodu i wschodu (operują nimi najczęściej stacje publiczne i państwowe - BBC, NRK, DR, Sveriges Radio, YLE), a ich gęstość jest zdecydowanie mniejsza, niż nadajników małej mocy. Można więc sprawdzić na przykład na maps.fmdx.pl, które silne nadajniki znajdują się na północ od nas, odszukać nazwę stacji i odbiór na żywo porównać z jej streamem internetowym.

Odbiór BBC R Scotland na 94,3 z ID pełnej godziny @0:15:



Większość stacji, które odebrałem dotychczas via Aurora (logi poniżej), łapałem już kiedyś poprzez Sporadic E, a część również troposferycznie - jaki jest więc sens nasłuchu z odbić zorzowych, skoro wszystkie możemy złapać innymi, częstszymi metodami propagacji (w dodatku w lepszej jakości)?

W Polsce dopiero oswajamy sę z dosyć rzadkim zjawiskiem, jakim jest aurora borealis. Jest wręcz naszym obowiązkiem, jako nasłuchowców, badać i poznawać ją lepiej. Łapiąc DXy jakie docierają do nas od lśniącej kurtyny nad Skandynawią dobrze odnotować, który DX był najbardziej oddalony na wschód, który na zachód, a także na północ i południe. Które pojawiły się pierwsze, które zniknęły jako ostatnie. Które z sygnałów były "najczytelniejsze"? A może udało złapać się coś poniżej 30kW? Dzięki tym wskaźnikom będzie można lepiej opisać charakter i właściwości zorzy, a także wyznaczyć jej "rekordy".



LOG Au-FM-DX z 20.12.2015 (17:20-18:20 i 19:45-19:50):
W niedzielę 20 grudnia po raz pierwszy obserwowałem propagację zorzową. Choć w teorii znałem ją od bardzo dawna, a dzięki osiągnięciom pozostałych polskich FM-DXerów również wiem jak aurora może wyglądać w praktyce, w swojej 15-letniej karierze FM DX nie miałem okazji obserwować jej osobiście. Tego dnia, wieczorem udało się. 
88.8 NOR - NRK P1 (Greipstad)
89.3 UK - BBC Radio 2 (Holme Moss)
89.6 IRL - RTÉ Radio 1 (Mount Leinster - 1894km po prostej)
91.3 NOR - NRK P1 (Kongsberg)
92.1 UK - BBC R3 (Black Hill)
92.5 UK - BBC R4 (Sandale)
92.9 UK - BBC R4 (Pontop Pike)
93.1 UK - BBC R Scotland (Meldrum)
93.5 NOR - NRK P1 (Bokn)
93.5 UK - BBC R Scotland (Ashkirk)
93.7 UK - BBC R4 (Holme Moss)
93.8 unid (SWE? SR P1 Skelleftea lub NRK P1 Kautokeino)
94.2 NOR - NRK P2 (Bjerkreim)
94.3 UK - BBC R Scotland (Black Hill)
96.1 unid Dido - White Flag (Midwest R, Irlandia?)
96.8 UK - BBC R Cymru (Wenvoe)
97.3 NOR - NRK P2 (Bokn)
99.3 UK - BBC R1 (Tacolneston)
99.5 UK - BBC R1 (Black Hill)
99.7 UK - BBC R1 (Divis)
99.9 UK - Classic FM (Sandale)
+ Raport z Płocka by Konrad

LOG Au-FM-DX z 07.03.2016 (0:20-0:30):
95,6 RUS - R Zvezda (Moskwa Ostankino)

LOG Au-FM-DX z 08.09.2017 (15:35-17:10, 17:30-18:00):
- dwa dni wcześniej na Słońcu wystąpił rozbłysk klasy aż X9.3! 
87,7 SWE - SR P1 (Halmstad)
88,7 NOR - NRK P1 Oslo (Norwegia wyłącza nadajniki UKF, mało jest już stacji z tego kraju :(
100,8 SWE - SR P4 (Jonkoping)
88,1 UK - BBC R2 (Orkady? Sandale trochę za bardzo na południe)
93,1 UK - BBC R Scotland (Meldrum)
93,7 UK - BBC R Scotland (dwa nadajniki na raz! -dające "echo" tx - Keelylang Hill & Inverness)
93,7 UK - BBC R4 (Holme Moss - pod koniec propagacji)
94,3 UK - BBC R Scotland (Black Hill)
93,5 UK - BBC R Scotland (Selkirk)
89,3 UK - BBC R2 (Keelylang Hill)
88-90 UK - różne R2
91,5 UK - BBC R3 (momentami bardzo silne, ale czy Holme Moss? bardziej coś z północy?)
92,1 UK - BBC R3 (Black Hill)
88,0 HOL - NPO R2 Smilde  (Holandia!!!)


Raporty z Au FM DX obserwowanego w Polsce w dawnych sezonach:
http://fmdx.pl/2015/03/aurora-fm-dx-17-03-2015/
oraz http://fmdx.pl/2013/03/aurora-fm-dx-17-03-2013/
31.05.2005 - Pierwszy donos o odbiorze zorzowym na UKF FM w Polsce, choć nieświadomy rzeczywistej natury propagacji i typowo pomylony z duktem troposferycznym, kolega słusznie wykluczył SporadicE - pierwszy post w wątku: http://forum.radiopolska.pl/index.php?showtopic=3448&view=findpost&p=27295  i nagrany wtedy odbiór: https://www.youtube.com/watch?v=jPMnsvJgNf0

Więcej ciekawych opisów propagacji można zaczerpnąć pod adresem: www.sp2pzh.cqdx.pl/wpr/?page_id=606 (szczególnie od akapitu "Wykorzystanie zorzy przez krótkofalowców")

Plus znalazłem jeszcze jeden świetny przykład zniekształceń Au na FM - odbiór stacji z Estonii w sąsiednim regionie w Rosji, a więc jeszcze bliżej zorzy: https://www.youtube.com/watch?v=zjNLvts5YHQ 



Zorza w pozostałych pasmach i w innych modulacjach
Aurora to jedna z najbardziej szerokopasmowych propagacji, jakie możemy spotkać - od 25MHz (niewykluczone, że też i niżej) do co najmniej 200 MHz (nie wykluczone, że również wyżej).
Od dawna jest praktykowana w kręgach krótkofalowców (tzw. radioamatorów), do emisji stosujących wąskopasmowe modulacje - CW i SSB, na których efekty Aurory są straszne. I to dosłownie - posłuchajcie ludzkiego głosu przetworzonego przez modulację jednowstęgową i doprawionego przez zorzę:
SSB - przykład 1 https://www.youtube.com/watch?v=6Ba-pxs_ZQI 
SSB - przykład 2 https://www.youtube.com/watch?v=FRNqMWhoacM

Także jedna z najprostszych modulacji - fala stojąca (CW), w której obecność nośnej odtwarzana jest jako ton akustyczny, po odbiciu od Au ulega "rozmyciu". Zamiast wyraźnie "pipających" kropek i kresek odbieramy zachrypnięte kawałki szumu: https://www.youtube.com/watch?v=OVcyM6p6DCM
(na początku wysyłany wyraźny komunikat nadawcy, a po 30 sek - odbierany z zorzy, zniekształcony sygnał korespondenta).


Auroral Sporadic-E
Podczas aktywności zorzy polarnej, jonizacja może też pobudzić warstwę E jonosfery, dając odbicia na UKF z  obłoku sporadycznego warstwy E (Sporadic E), jak często spotykane w sezonie letnim. 
W przeciwieństwie do "czystej" Au, do odbicia nie dochodzi od cząsteczek w polu magnetycznym, a w obłokach gazu warstwy E jonosfery. Taka propagacja to, można powiedzieć, "typowy Sporadic E", zachowujący jego wszystkie cechy - a więc wyraźne audio, często odbiór stereo, a nierzadko również i z RDS. Jeśli chodzi o kierunki odbioru Au-SpE, również z krajów północnych, a najsilniejsza propagacja występuje "na dole" pasma". Sygnały wykazują również typowe dla SpE, a nietypowe dla same Au, szybkie zaniki i powroty.

No comments :

Post a Comment