太陽(yáng),地球,電離層和幾個(gè)參數(shù).doc

太陽(yáng)、地球、電離層和幾個(gè)參數(shù)作者：K9LA,翻譯：BH4SRC太陽(yáng)在核聚變的過(guò)程中，產(chǎn)生電磁輻射并噴射出太陽(yáng)物質(zhì)。其中，100-1000埃波長(zhǎng)（紫外線）的電磁輻射電離地球電離層的F層；10-100埃波長(zhǎng)（軟X光）的電磁輻射電離E層；1-10埃波長(zhǎng)（硬X光）的電磁輻射電離D層。太陽(yáng)定期噴射太陽(yáng)物質(zhì)，太陽(yáng)物質(zhì)中含有由電子和質(zhì)子組成的帶電粒子。太陽(yáng)物質(zhì)還構(gòu)成了太陽(yáng)風(fēng)，處于穩(wěn)定期的太陽(yáng)，其刮向地球的太陽(yáng)風(fēng)平均速度可以達(dá)到400公里每秒。 太陽(yáng)風(fēng)會(huì)對(duì)地球磁場(chǎng)產(chǎn)生顯著影響。在太陽(yáng)風(fēng)的影響下，地球磁場(chǎng)并不是簡(jiǎn)單的磁棒磁場(chǎng)。實(shí)際情況是面向太陽(yáng)一面的地球磁場(chǎng)受到太陽(yáng)風(fēng)的壓縮；而背對(duì)太陽(yáng)風(fēng)一面的地球磁場(chǎng)則受到拉伸，生成磁尾；磁尾長(zhǎng)度可以達(dá)到10多倍地球半徑。電磁輻射對(duì)處于白天中的整個(gè)電離層構(gòu)成影響；由太陽(yáng)噴射的構(gòu)成太陽(yáng)物質(zhì)的帶電粒子，則沿著地球磁力線進(jìn)入電離層。帶電粒子只對(duì)磁力線進(jìn)入地球時(shí)所處的高緯度地區(qū)的電離層構(gòu)成影響。 圖一，太陽(yáng)對(duì)地球磁場(chǎng)的影響此外，太陽(yáng)的電磁輻射會(huì)電離大氣中的原子，使原子中的電子逃逸并沿著地球磁力線以電子的旋轉(zhuǎn)頻率做螺旋運(yùn)動(dòng)。因此地球磁場(chǎng)在無(wú)線電傳播中起著非常重要的作用。 地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，可以通過(guò)使用磁力計(jì)測(cè)定。通過(guò)磁力計(jì)的讀數(shù)，有兩種方法表示地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度，即每日A指數(shù)和3小時(shí)K指數(shù)。A指數(shù)是8個(gè)3小時(shí)K指數(shù)的平均值。通過(guò)線性表述，A指數(shù)值的大小從0400不等，對(duì)應(yīng)地球磁場(chǎng)活動(dòng)從平靜到嚴(yán)重地球磁暴。K指數(shù)用準(zhǔn)對(duì)數(shù)表表述，從09，對(duì)應(yīng)地球磁場(chǎng)活動(dòng)從平靜到嚴(yán)重地球磁暴。從本質(zhì)上說(shuō)，K指數(shù)就是A指數(shù)的壓縮版。通常來(lái)說(shuō)，A指數(shù)在15以下或者K指數(shù)在3以下，有利于電波傳播。 太陽(yáng)黑子指的是有紫外線輻射的太陽(yáng)表面區(qū)域，它和地球電離層的F層電離程度有關(guān)系。每天的太陽(yáng)黑子數(shù)目，如果按月統(tǒng)計(jì)的話，變化非常大。即使統(tǒng)計(jì)每月的太陽(yáng)黑子平均值，其數(shù)值仍然變化很大。因此我們需要一個(gè)更大時(shí)間跨度，或者更平滑的太陽(yáng)黑子平均值，用以測(cè)量太陽(yáng)周期。這就是SSN，smoothed sunspot number。SSN的計(jì)算，通過(guò)把測(cè)量的時(shí)間點(diǎn)的前6個(gè)月和后6個(gè)月，共13個(gè)月太陽(yáng)黑子數(shù)做平均。由于SSN是一段時(shí)間跨度的平滑平均值，因此官方的本月SSN值都會(huì)在6個(gè)月后發(fā)布。使用SSN數(shù)值統(tǒng)計(jì)的缺陷是可能會(huì)掩蓋那些短期內(nèi)會(huì)加強(qiáng)傳播的異常太陽(yáng)活動(dòng)。 圖二，太陽(yáng)黑子太陽(yáng)黑子活動(dòng)的周期大約為11年。每個(gè)周期內(nèi)，黑子活動(dòng)的加強(qiáng)期通常比衰減期要短，即加強(qiáng)期為4-5年，衰減期為6-7年。處于或接近太陽(yáng)活動(dòng)高峰期時(shí)，不斷增加的太陽(yáng)黑子數(shù)，帶來(lái)更多的影響地球大氣層的紫外線輻射。更多的紫外線輻射使得F層電離程度加劇，進(jìn)而導(dǎo)致F層可以折射更高頻率返回地球進(jìn)行DX通聯(lián)，這些頻率包括15米，12米，10米以及6米。處于或接近太陽(yáng)活動(dòng)低谷期時(shí)，太陽(yáng)黑子數(shù)量很少以至于高波段頻率直接穿越電離層。和太陽(yáng)低谷期對(duì)應(yīng)的是更穩(wěn)定的電離層和更少的電離層吸收，此時(shí)最適合低波段傳播，包括160米和80米。因此，概括來(lái)說(shuō)，SSN值高的話，適合高波段傳播；而SSN值較低的話，則適合低波段傳播。 圖三，第24個(gè)周期太陽(yáng)黑子預(yù)測(cè)圖四，太陽(yáng)黑子值的歷史紀(jì)錄經(jīng)常給傳播帶來(lái)干擾的是太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射（CME）。影響傳播的太陽(yáng)耀斑被稱作X射線耀斑，這是因?yàn)樗鼈兊牟ㄩL(zhǎng)在1-8埃的范圍內(nèi)。X射線耀斑分為3個(gè)級(jí)別：C，最??；M，中等；X，最大。C級(jí)別的耀斑通常對(duì)傳播沒(méi)什么影響，而M和X級(jí)別的耀斑則對(duì)傳播有個(gè)持續(xù)的不利影響。 圖五，太陽(yáng)耀斑一個(gè)1-8埃波長(zhǎng)范圍的X級(jí)耀斑，其電磁輻射會(huì)導(dǎo)致地球日照面的傳播消失，原因是其增加了電離層的D層吸收。此外X級(jí)耀斑會(huì)釋放高能質(zhì)子，這些高能質(zhì)子在地球磁場(chǎng)的作用下被引致極地冰蓋上方。這就導(dǎo)致了兩極地區(qū)冰蓋吸收現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)是極地兩端上空的D層吸收加劇。 日冕物質(zhì)拋射是太陽(yáng)物質(zhì)的大規(guī)模噴發(fā)，它會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)風(fēng)速度的迅速升高，此時(shí)太陽(yáng)風(fēng)像沖擊波一樣撞向地球。當(dāng)這個(gè)沖擊波襲擊地球時(shí)，如果此時(shí)的太陽(yáng)磁場(chǎng)極性是向南的話，太陽(yáng)磁場(chǎng)耦合入地球磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致地球磁場(chǎng)的劇烈動(dòng)蕩。從而導(dǎo)致我們看到的A指數(shù)和K指數(shù)增加。 圖六，日冕物質(zhì)拋射這種地球磁場(chǎng)的變化，除了會(huì)帶來(lái)極光活動(dòng)，還會(huì)導(dǎo)致繞著地球磁力線做螺旋運(yùn)動(dòng)的電子脫離磁力線，進(jìn)入地球磁尾。隨著電子的流失，最大可用頻率(MUF)降低。直到地球磁場(chǎng)恢復(fù)正常，電離活動(dòng)補(bǔ)償流失的電子后，最大可用頻率才會(huì)恢復(fù)。多數(shù)情況下，增加的A指數(shù)和K指數(shù)，會(huì)帶來(lái)MUF的降低。A和K指數(shù)增加時(shí)，MUF偶爾會(huì)在低緯度地區(qū)增加（導(dǎo)致這一現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)比較復(fù)雜）。 太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射是相關(guān)聯(lián)的，它們可能會(huì)一起出現(xiàn)，也可能會(huì)單獨(dú)出現(xiàn)，科學(xué)家還在研究他們之間的關(guān)系。但是可以確定的是，大型耀斑發(fā)出的以光速傳播的電磁輻射，會(huì)導(dǎo)致地球向陽(yáng)面的無(wú)線電通訊在耀斑爆發(fā)后10分鐘內(nèi)短期中斷。不幸的是在通訊中斷時(shí)，我們同時(shí)在用無(wú)線電進(jìn)行視覺(jué)測(cè)量耀斑。由于耀斑的可見(jiàn)光和1