Галилей первым заметил, что пятно, появившееся на восточном краю солнечного диска, постепенно перемещается слева направо, к западному краю. А некоторые пятна, исчезнув, снова появляются с другого края через 27 суток. Давно было замечено, что магнитные бури на Земле связаны с активностью Солнца (рис. 1.4) и что сильные магнитные бури в основном повторяются через каждые 27 дней. Позднее учеными было обнаружено что после того как активная область (чаще всего группа пятен) пройдет через центральный меридиан Солнца, то через 20...40 ч на Земле начинается магнитное возмущение. Особенно сильные магнитные бури возникают после солнечных вспышек. Магнитные бури всегда сопровождаются полярными сияниями; чем сильнее возмущение магнитного поля Земли, тем интенсивнее полярное сияние и тем ниже по широте оно наблюдается. Есть сведения о свечении неба в Крыму и даже в районах Средиземноморья.
Во время магнитной бури в земной коре, в проводных системах связи, в линиях электропередач, в нефте- и газопроводах под действием электромагнитной индукции наводятся сильные и беспорядочно меняющиеся электрические токи. Эти токи вызывают аварии и помехи в телефонной и телеграфной (телетайпной) связи, выход из строя систем автоматики и контроля на линиях электропередач и сильную электрохимическую коррозию металла в местах соприкосновения с землей трубопроводов и опор высоковольтных линий.
Коротковолновикам большие неприятности доставляют ионосферные возмущения (бури), приводящие к ослаблению сигналов принимаемых станций, а иногда и к полному прекращению прохождения на отдельных (чаще всего высокочастотных) диапазонах.
Ионосферные возмущения тесно связаны с сильными колебаниями магнитного поля Земли и представляют собой единый комплекс явления ионосферно-магнитного возмущения. По интенсивности и характеру протекания ионосферных возмущений территорию Советского Союза можно условно разделить на три зоны: авроральную, южная граница которой проходит несколько севернее Ленинграда и идет приблизительно по геомагнитной параллели; среднеширотную с южной границей примерно на широте Ростова-на-Дону и южную зону, включающую Крым, Кавказ и Советскую Среднюю Азию. В авроральной зоне ионосферные бури наступают одновременно с магнитными (или даже чуть раньше), а на средних широтах возмущение ионосферы начинается на несколько часов позднее. На южных широтах эти возмущения наблюдаются довольно редко и почти не создают помех для радиосвязи. В эти периоды критическая частота слоя F2 на южных широтах бывает часто повышенной.
Что же происходит с ионосферой во время ионосферной бури? Прежде всего понижается критическая частота слоя F2 и развивается сильный диффузионный поток. При диффузии отраженный от ионосферы сигнал оказывается сильно ослабленным, во-первых, из-за рассеянного отражения, а во-вторых, из-за отражения на разных высотах, в результате чего отраженные сигналы приходят в точку приема в разное время. Затем появляется спорадический слой Е*, причем на высоких широтах он может полностью экранировать все вышележащие слои. В полярной шапке на уровне слоя D возникает полное поглощение. На средних широтах падение критической частоты слоя F2 доходит до 50...60%, а иногда и более. Обычно в дневные часы ионосферное возмущение несколько ослабевает, уменьшаются поглощение, спорадический слой Е и диффузионный поток. Ионосферно-магнитные возмущения длятся обычно около суток, иногда двое суток (редко больше).
Очевидно, что предсказание периодов геомагнитных возмущений и возможных изменений в ионосфере крайне важно для радиосвязи (в том числе и любительской). С этой целью в СССР и ряде других стран организована служба краткосрочных прогнозов для предсказания периодов возмущений и вероятных отклонений параметров ионосферы и условий радиосвязи от их нормального (спокойного) состояния. Такие центры прогнозов имеются в Москве, Токио, Париже, Боудлере (США) и Сиднее. Между центрами имеется оперативно действующая телексная связь для обмена гелиогеофизической информацией. В Советском Союзе на базе Гидрометеослужбы в Хабаровске, Новосибирске, Ташкенте и Мурманске действуют районные прогностические центры. Подобные центры имеются и в других странах. Центры прогнозов обмениваются результатами наблюдений Солнца (количество и местоположение пятен, вспышки, флоккулы, корона, рентгеновское и радиоизлучения на различных частотах и др.), данными вертикального зондирования ионосферы и информацией о состоянии магнитного поля Земли. Сведения оперативно поступают в центры прогнозов от солнечных, геомагнитных и ионосферных обсерваторий и станций, расположенных в регионе прогностического центра. Так, Москва является региональным Европейским центром, к которому относятся вся территория СССР, социалистические страны Европы, КНР, Монголия и Италия. Центры обмениваются также данными о внезапных нарушениях радиосвязи и своими прогнозами солнечных вспышек, периодов магнитных возмущений, потока радиоизлучения Солнца и условий распространения радиоволн. Для прогнозирования ионосферно-магнитных возмущений все центры используют сходные методики, основанные на повторяемости возмущений через 27 суток и использовании оперативной информации об активных процессах на Солнце. В Московском прогностическом центре используются методы прогноза, разработанные в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР (ИЗМИРАН).
Газета «Советский патриот» в начале каждого месяца в рубрике «На любительских диапазонах» сообщает для радиолюбителей предварительный месячный прогноз магнитной воз-мущенности. Там же даются уточненный прогноз числа Вольфа на текущий месяц и зарегистрированные периоды геомагнитных возмущений за прошлый месяц. К сожалению, месячный геомагнитный прогноз, основанный на 27-дневной повторяемости, не всегда оправдывается. Это связано с тем, что активная область, вследствие которой на Земле была зарегистрирована магнитная буря, уйдя за лимб Солнца (около 13 дней мы не будем иметь о ней информации), иногда распадается и ожидаемого эффекта на следующем обороте не наступает. Одновременно на оборотной стороне Солнца может образоваться новая активная область, которая при подходе к центральному меридиану Солнца вызовет магнитное возмущение в те дни, которые по месячному прогнозу ожидаются совершенно спокойными. И наконец, солнечные вспышки. Их прогнозируют, создают новые, более совершенные методики прогнозирования, но до сих пор реально можно указать только период возможного появления вспышки без указания конкретного дня и на время не более одной недели вперед. А вспышка на Солнце обычно вызывает на Земле особо сильную магнитную бурю, даже если область, где она произошла и не находится на центральном меридиане. Случается, что вспышка и за лимбом Солнца приводит к возмущению магнитного поля Земли, правда, не очень сильному.
С целью учета всех этих непредсказанных в месячном прогнозе явлений Московский прогностический центр составляет пятидневный прогноз геомагнитной возмущенности, в котором (по возможности) учитывается вся полученная к моменту составления прогноза оперативная информация о Солнце. Этот прогноз передается в эфир 5, 10, 15, 20, 30 или 31 числа каждого месяца радиостанцией REM-4 телефоном на частотах 6700, 7450, 11 275 и 13 360 кГц. Начало передачи в 13.25 MSK, радиосводка следует после консультации по синоптической карте погоды. Пятидневный прогноз передается кодом МАГХА ПРОГНОЗ. После слова ПРОГНОЗ следует группа из пяти цифр, например 11310. Цифрами определяется прогнозируемое состояние магнитного поля на каждые сутки пятидневки по пятибалльной системе: 0 — очень спокойно, 1 — спокойно, 2 — неустойчиво, 3 — слабо возмущено, 4 — умеренно возмущено, 5 — сильно возмущено.
В радиосводке 5-го числа сообщается прогноз на 6—10-е числа, 10-го числа — на 11 — 15-е числа и т. д. В радиосводке 30 (31)-го числа сообщается прогноз на 1—5-е числа следующего месяца. Пятидневный прогноз в радиосвязи почти исключает непредсказуемое появление магнитных возмущений. Однако и в этом случае не учитывается возмущение от вспышки, происшедшей уже после составления прогноза, но это бывает крайне редко.
Методика прогнозирования состоит в следующем. Прогнозируется реакция ионосферы на балл магнитного возмущений. Как правило, слабое магнитное возмущение затрагивает только авроральную зону и полярную шашку. Умеренное магнитное возмущение ухудшает отражательные способности ионосферы и на средних широтах. Сильное магнитное возмущение сначала может вызвать повышение критических частот на юге, изменив состояние ионосферы на средних широтах. Но бывает (редко), что при сильной магнитной буре и на южных широтах начинают понижаться критические частоты. Далее необходимо определить, на каких широтах лежит (или какие широты пересекает) интересующая коротковолновика трасса. Положение трассы необходимо определить по географическому глобусу, а не по карте. Для этого удобно использовать учебный лабораторный глобус, имеющий подвижную прозрачную линейку для определения расстояний. А зная состояние прохождения в настоящее время и прогноз магнитных возмущений на несколько дней вперед, можно довольно точно спрогнозировать ухудшение (или улучшение) связи.
* Слой со спорадической ионизацией, расположенной в области Е.