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老鮑話業餘
太陽黑子與無線電

No.36   1996 Jan.   p106~107,   by 鮑文謙 BV3BR, P.O. Box 2-34 Taoyuan



西漢元帝年間「日黑居仄,大如彈丸」... ...

    短波高頻 HF (HIGH FREQUENCY) 能夠達到長程通訊的目的,主要是利用電離層的反射 作用。而電離層則是由自然力量所形成,不一定隨時都能夠具備可以有效反射無線電 波的品質。所以在國際長程無線電通訊上,就要注意到「傳播狀況」的問題。我們在 QSO 通訊的當中,經常聽到的 "CONDITION"、 "PROPAGATION" 所指的便是無線電電 波的傳播狀況。


電離層影響傳播效率與通訊品質

    傳播狀況的好壞,除了與電離層在日夜間的差異有關之外,隨著季節和溫度的變化 ,也會對各個波長不同的頻段,造成不同的傳播效率。因此每個業餘頻段的頻率,均 各有其最適合通訊的季節時段。

    但是對整個通訊的傳播會造成影響因素,不單是地球本身的環境而已,還有「太陽黑 子」也會對通訊品質有著直接性的影響,尤其是短波的 HF 頻帶。


太陽氣體風暴產生的漩渦狀氣流稱之「太陽黑子」

    大家都知道,太陽本身即是具有高溫的一團氣體,外表和內部有相當大的溫差;表面 的溫度約為攝氏六、七千度,愈往內部,溫度愈高,在其中心的部份,據天文學家的 推測,可能達到二千萬度以上。在這樣的環境下,溫度不同的氣體一旦相遇,便會產 生劇烈對流,而由於能量龐大,這種劇烈對流就成為太陽上的氣體風暴。

    「太陽黑子」便是風暴時所產生的漩渦狀氣流,由於溫度較低,約四千五百度左右, 和四周圍六、七千度的「常溫」相比,自然比較「暗淡無光」,所以觀察時,感覺上 就如同黑色的斑點,而被稱之為「太陽黑子」,但事實上,其本身仍是「金光閃閃」 的。


太陽黑子影響電離層結構

    太陽黑子彼此之間如果太靠近就會產生爆炸;另有一說為太陽黑子附近會有形成黑子 的磁場,並逐漸積蓄能量,當能量飽和,一舉爆發,便產生太陽黑子爆炸;而黑子愈 多,爆炸就愈頻繁;黑子較少時,爆炸的比例就跟著減少了。

    但是,太陽距離地球一億五千萬公里,如此遙遠的地方發生爆炸,關我們什麼事?

    我們都知道,短波無線電通訊主要是靠著電離層反射,而電離層的形成即是經由陽光 與紫外線的輻射,所以太陽的一舉一動便直接影響到電離層。因為在太陽表面發生爆 炸後,其產生的電子及原子就會四處往外奔竄,自然也會有衝著地球而來的,在衝出 太陽表面時,大約每秒 1000 公里,40 個小時內,這些原子、電子就到達地球,破 壞電離層的結構,使得電離層反射電波的「臨界頻率」 (CRITICAL FREQUENCY) 跟著 變化,而使無線電通訊效果大減。

    因此,當太陽黑子數增加時,太陽表面的氣體爆炸也隨之頻繁,而破壞到地球上的電 離層。太陽黑子爆炸當然對於利用電離層反射的短波通信,在效率上自然也就大打折 扣了。


11 年一個高峰週期與突如其來的「磁爆J

    在天文觀察資料上的顯示,太陽黑子活動是以十一年為一個高峰週期,也就是每隔十 一年就會大量出現一次。目前我們則是處於太陽黑子衰竭的週期當中,前一次的繁盛 期在 1990 年左右。

    但是,太陽黑子爆炸大多是在黑子的繁盛期才會活躍,這種突如其來的劇增,導致作 為長程通訊的短波狀況突然惡化的現象,其發生的時間有長有短,從數十分鐘至數小 時,乃至數日均有可能。這便是因為黑子增加,而使太陽發出大量的微粒流,在大氣 層發生碰撞,產生電離現象,並出現異常電流的流動,因而跟著產生異常的磁場,擾 亂到地球的磁場,當然 F 層的電離也被搞亂了,這種現象稱之為「磁爆」 (MAGNETIC STORM),也有稱之為「德林格爾」現象 (DELLINGER PHENOMENA)。

    「磁爆」發生時,尤其對 E 電離層較有影響,會使其電子密度過度增大,當有無線 電電波通過時會被衰減,或被吸收,即使勉強穿過碰到 F 層,在反射下來時,仍然 穿不透 E 層,或是 F 層已鬆散,電波飛向外太空,以致電波無法回到地面,當然就 不能通訊了。遇到了這種情形,突然接收變差,有時候還會誤以為自己的機子壞了呢 !

    「磁爆」這種情況對頻率更高的 VHF/UHF 頻段較不影響;而主要依賴天波傳遞的 HF 頻帶,遇上磁爆就不得不癱瘓了。


短波通訊靠時機

    雖然太陽黑子能量增加時,發生磁爆的機率較高,但是在黑子繁盛的週期時,也不是 一天到晚在磁爆,反而是大量出現的太陽黑子有助於地球上空電離層的形成密度,而 使天波的反射在大部份的時間都比不上旺盛時要好很多。

    近年來新設台的同好,可能會覺得 HF 頻段的 DX 通訊不太好做,幾乎各個頻段好都 不太容易收到遠方訊號。這並不是你的電台架設不好,而是「時機」不對,因為太陽 黑子目前正是「低糜」時期,尤其是 1995 年正為黑子活動曲線的波谷;下一次太陽 黑子繁盛的週期預測是 2001 年左右,不過 21 世紀來臨之前,電離層的狀況就會逐 漸好轉,到時候就可以好好的進行 DX 通訊。

    目前遇到這種自然現象,也並非整個 HF 的短波通訊都被牽制住了,多費點心,再加 上耐心,還是可以捕捉到一些「漏網」的 DX 電台,只是不像太陽黑子旺盛時那麼順 暢而已。

    至於「磁爆」,是和太陽黑子週期有點關係,但那是屬於突如其來的現象,持續的時 間也不會太長,頂多一、二天,遇上了就多嚐試看看,再不然就略事休息,或改換 VHF 或 UHF 玩玩。


「磁爆」造成通訊障礙與異常氣候變化

    根據史料記載,在 1956 年 2 月 23 日,曾經發生過一場大型的磁爆,當時竟讓全 球的高頻通訊,包括商業短波廣播,停頓了將近 40 分鐘,影響所及涵蓋了美國、澳 洲、亞洲,造成諸多不便,使得國際無線電報務及話務工作暫時停頓。

    後來經由天文學家的觀察報告,才得知是因為當天在太陽上發生了異常的大爆炸,並 產生帶電的宇宙輻射線,在射向地球時,影響大氣層。除了造成通訊障礙,也在往後 的一個月,也就是當年的三月份,使許多地區在氣象方面,發生異於尋常的氣候變化 。這不在無線電的相關範圍,我們就不再詳述。


太陽黑子活動與火腿族息息相關

    如今通信科技進步,遇上「磁爆」時,還是可以經由長波、衛星、微波等等的通訊方 式來保持通訊網路暢通。但是以 HF 頻段為主要長程通訊手段的火腿族,還是得關心 一下太陽黑子活動的狀況,以掌握最佳的通信時機。

    玩無線電竟然還得具備天文知識,而且,古書也要看;漢書記載「日黑居仄,大如彈 丸」........,這是人類最早觀察到太陽黑子的記錄,約在公元前 43 年,西漢元帝 時期。火腿族可真得要精通十八般武藝! END



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