Jak se chová ionosféra za opravdu extrémních podmínek? [1959]

V rámci našich občasných pohledů do minulosti dnes zabrousíme ke trochu jinému tematu: aniž bychom chtěli takovou situaci přivolávat (chraň Bože), při dnešní, stále vypjatější mezinárodní situaci okolo Iráku a Severní Koreje bude možná zajímavé se podívat na letité zkušenosti radioamatérů s chováním ionosféry z doby téměř před 50-ti lety, kdy velmoci přechodně zkoušely jaderné zbraně v atmosféře. Uvádíme zde proto výňatek článku z Amatérského Radia 6/1959, který přetisknul informace z novozélandského radioamatérského časopisu BREAK IN, do kterého napsal zajímavý článek ZK1AA. Dobové politické komentáře svazarmovských militaristů o radistech a jejich přípravě k rozšíření bolševického panství zde pochopitelně vynecháváme. Čtenář, dychtivý podobných temat může navštívit Městskou knihovnu v Praze, kde si jistě vybere dostatek tiskovin, vztahujících se k dobové politické propagandě, nebo načerpat další obsah k přemýšlení třeba zde, zde a zde.

 Poslechněte si vyprávění amatéra ZK1AA,  S. G. Kingana, QTH Rarotonga na Cookových ostrovech. Přetiskujeme je z únorového (1959) čísla časopisu novozélandského svazu amatérů „Break In”.

 „Těsně před půlnocí 1.srpna 1958 odpálili Američané nad Johnstonovým ostrovem vodíkovou bombu, vynesenou raketou do velké výšky. Přesná výška explose není známa, podle účinků však to bylo ve velké výšce, možná 80. mil. Účinky byly takové, že někteří známí vědci nevěřili, že jsou způsobeny explosí lidmi vyvolanou. Nicméně již první zprávy o rozsáhlých jevech, které následovaly po explosi, vylučovaly kteroukoliv známou příčinu.

Co se stalo? Většinu prostých diváků zaujala největší tropická záře v historii světa. Z Fidži, Samoa, Rarotongy, Manihiki, Penrhyu došly zprávy o značně zářící obloze a to v době, kdy byl měsíc nejen v úplňku, ale i v zenitu. Z Havaje přišly zprávy o tom, že bylo vidět samotnou explosi a o obecné panice, která zachvátila část obyvatelstva, která nevěděla, že výbuch je plánován. Havaj je vzdálena 760 mil od Johnstonova ostrova, ostatní zmíněné ostrovy všechny 2000 – 3000 mil. Z těchto zpráv je možno vyvodit závěr, že obloha zářila v okruhu 3000 mil kolem explose. Toto záření trvalo půl hodiny.

Také zkušení pozorovatelé oznamovali tropickou záři, třebaže v některých místech byla jasně osvětlena celá obloha. Tropická záře je úkazem velmi vzácným a objevuje se jen tehdy, dojde-li k podobným jevům i ve větších zeměpisných šířkách. Pouze dvakrát za posledních 200 let byla pozorována z místa tak blízkého rovníku jako je Penrhyn, a to ještě na jihu a ne na severu, jako v tomto případě. (Pozor jde o místa na jižní polokouli zhruba o 20° jižní šířky, kde polární záře jsou na jihu, opačně než u nás – pozn. red.). A nyní byla pozorována purpurová barva naproti normální charakteristické žlutozelené barvě polárních září. A stejně je velmi pochybné, že by normální záře byly pozorovatelné při úplňku a ještě s měsícem v zenitu.

Pisatel měl příležitost hovořit se dvěma pozorovateli, kteří byli svědky úkazu na Samoa, dokud měli ještě celý úkaz v čerstvé paměti. Je to za prvé dr. Simmers z novozélandského meteorologického ústavu, který v té době bydlel v observatoři Apia. Popsal děj jako silnou polární záři, přicházející od jihozápadu, avšak jasnou i na severu. Farář z Mantanle z Londýnské misionářské společnosti byl také na Samoa, jenže asi 12 mil západněji než Simmers. Popisuje jasně rudou záři, která se prostírala po celé obloze, a pohyblivé jádro na západě. Pořídil mnoho barevných fotografií, které však ještě nejsou vyvolány. Pozorovatel v Rarotonze, kapitán J. D. Campbell, který vyhlížel z verandy svého domu na jižní straně Rarotongy, viděl jak se obloha rozsvítila rudou září, jejíž paprsky se na obloze různě proplétaly. Podívaná na záři byla daleko předstižena úkazy, pozorovanými v tichomořských radiových komunikacích. Za prvé byly vyřazeny všechny normální komerční, letecké a rozhlasové KV spoje. Toto vysazení bylo tak dokonalé, že podobného stavu nebylo nikdy dosaženo účinkem Dellingerova efektu, jediné jiné známé příčiny, nikdy však možné v noci. Za druhé zaznamenala ionosférická observatoř v Rarotonze velmi vysokou koncentraci iontů ve vrstvě F2. Skutečná hodnota byla mimo rozsah přístrojů a byla pravděpodobně nejvyšší koncentrací, jaká kdy byla zaznamenána.

Po explosi následovaly tři jiné úkazy. Za prvé se po celém Pacifiku projevovala mimořádná absorpce středovlnných signálů. Pro normální posluchače to znamenalo úplné vyřazení příjmu na středovlnném rozhlasovém pásmu v nočních hodinách po celý týden. Zprvu si i radiotechnici mysleli, že se v jejich přijímačích porouchal středovlnný rozsah. Opravny v Rarotonze byly zaplaveny zákazníky, kteří tvrdili, že „…střední vlny nehrají, nemůžete se podívat na můj přijímač?“ Po pěti dnech se začaly znovu objevovat havajské, novozélandské a fidžijské stanice a pár slabých jihoamerických signálů, avšak silné severoamerické stanice, jako KNX na 1070 kHz, která je ve středním Tichomoří velmi poslouchána, byly skoro nedetekovatelné i na jakostních komunikačních přijímačích se zapnutým záznějovým oscilátorem. Něco podobného se ještě nikdy v historii rozhlasu nestalo.

Během dne se silně projevoval vliv výšky slunce na minimální použitelný kmitočet .

Za druhé byla možná spojení na extrémně vysokých kmitočtech; signály na kmitočtech 30 MHz a výše byly slyšitelné na obrovské vzdálenosti, a to i během noci.

Za třetí byly za denního světla slyšitelné dlouhovlnné signály na velké vzdálenosti.

Než přistoupíme k technickému popisu toho, čím tyto jevy byly způsobeny, popíšeme projevy druhého pokusu výškové exploze, který byl proveden ve stejném prostoru o 10 dní později. Tentokrát Američané, aby vyhověli stížnostem havajské veřejnosti a leteckých společností, předem oznámili dobu plánované explose. Havajské vysílací stanice byly stále připraveny vysílat popis toho, co může pozorovatel exploze v noci vidět. Té noci poslouchal pisatel havajskou stanici. Tato i americká stanice, interferující s ní na stejném středovlnném kmitočtu, šly dvě hodiny dobře. Pak Havaj oznámila, že plánovaný čas explose je půlnoc času Cookových ostrovů. Asi minutu před půlnocí vyšel se autor podívat ven, zda je něco vidět, neviděl však nic. Vrátil se v 0003, po čtyřech minutách, a zjistil, že rozhlasové pásmo je dokonale hluché. Nebylo slyšet ani havajské ani americké stanice. V 0015, tedy o 12 minut později, se severoamerické stanice začaly objevovat. Havajská oblast měla ticho půl hodiny. Pozorovatelé na Havaji neviděli explosi, jen od oblohy odražený záblesk a později šedý mrak, vyrůstající hřibovitě nad horizontem. Z toho se zdá, že druhá exploze byla provedena mnohem níže. Americká předpověď uváděla viditelnost v území o poloměru 450 mil. To by odpovídalo výšce 25 mil k vrcholu viditelné části výšlehu. Pro mrak, který byl viditelný nad celým havajským horizontem, vychází výška více jak 70 mil. Zřejmě byl ještě výše a musel proto zasahovat do ionosféry až do vrstvy E.

Ačkoliv exploze měla jen malý vliv na vrstvu E a způsobila jen krátké vysazení, byl vliv dlouhodobé složky na příjem v Tichomoří ještě větší než po předcházejícím výbuchu. Pět dní po výbuchu bylo pro všechny posluchače ve středním Tichomoří rozhlasové pásmo úplně mrtvé. Minimální kmitočet sondovacích vertikálních odrazů vzrůstal pravidelně asi na 8 MHz za poledne, což mělo za výsledek přerušení normálních denních vysokofrekvenčních spojů nad středním Tichomoří. V Rarotonze byly zachyceny během dne signály lodního pásma 500 kHz z Nového Zélandu a na druhé straně spektra televizní signály 62 MHz z Havajských ostrovů. Amatér ZK1BS, QTH Rarotonga, navázal oboustrané spojení s Havají na amatérském pásmu 6 m, první zdejší spojení toho druhu s Havají, obě asi v 2230 rarotoského času, 2300 havajského času, kdy tedy po celé trase panovala tma. Tento amatér zachytil večer po první explozi signály na 50 MHz z Japonska a televizní signály z Havaje každý večer po druhém výbuchu.

Všechny uvedené zprávy poskytují zdánlivě zmatený obraz. Vypadá to jako rozházená skládačka, ale dá se to bezvadně srovnat. Předcházející zkoušky vodíkových bomb byly sice mohutné, ale ke všemu došlo v poměrně malých výškách. O velké britské zkoušce nedaleko ostrova Malden v červenci m. r. bylo oznámeno, že byla odpálena ve výšce 6 mil, což i když dosti vysoko, je stále ve troposféře. Nicméně „hřib“ vystoupil výše než 50 mil. Tento mrak se pomalu rozplýval během své cesty Pacifikem na východ a byl sledován až do jižní Ameriky, kde byl zjištěn o týden později. Vlivy na radiospojení byly však tak nepatrné, že unikly pozornosti. V případě exploze v blízkosti zemského povrchu nedosáhne většina záření nikdy ionosféry. Spodní vrstva ovzduší je úplně absorbuje. Určitě nastane velmi intenzivní ionizace v určitém okruhu husté atmosféry, která normálně není ionizovaná, ale jakmile záření ustane, nastává okamžitá rekombinace. Do ionosféry pronikne jen zanedbatelně málo záření, asi tolik, kolik pronikne ultrafialového záření ze Slunce na zemský povrch. Jestliže exploze nastane už v nižších vrstvách ionosféry, není překážek, aby nukleární záření nepůsobilo na atmosféru. Nejpronikavější paprsky budou působit na vrstvu F2. Poněvadž to je nejřidší vrstva ionosféry, nenastane rekombinace iontů okamžitě, ale bude to vleklý proces. Přilehlé nižší vrstvy D a E absorbují jiná záření z exploze a stávají se vysoce ionizovanými tak, jak se to děje každý den pod vlivem slunečních paprsků. Ionizace je jen intensivnější, asi tak jako ve dne při erupci slunečních skvrn, která způsobuje Dellingerův efekt. Ticho způsobené ionizací vrstvy D má stejný charakter jako v případě erupce slunečních skvrn, tak v případě radiace při nukleárním výbuchu. V obou případech nastane úplné přerušení radiových spojů, ale rekombinace a návrat signálů následuje den poté, jakmile ustane záření.

Při první výškové explozi bylo záření pravděpodobně nejsilnější ve vrstvě E, ležící mezi vrstvami D a F. Vezmeme-li skleněnou baňku, naplněnou jedním nebo více plyny o přibližně stejném tlaku, jaký uvažujeme ve vrstvě E, můžeme plyn zionizovat vysokým napětím do té míry, že vede elektrický proud a rozzáří se. To je podstatou neonky nebo obyčejné zářivky. V polárních krajích někdy pronikne do ionosféry proud nabitých částic ze Slunce a způsobí polární záři. Magnetické pole Země vychyluje tento proud tak, že může vstoupit do atmosféry jen v blízkosti magnetických pólů. Také záření, přicházející ze Slunce, může způsobit tento jev. Záření však není vychylováno magnetickým polem a jeho účinek bude tedy nejvyšší v okolí rovníku. Tropická obloha bezpochyby září ve dne ionizací vrstvy E, avšak v denním světle to nemůžeme pozorovat. Za soumraku nastává rychlá rekombinace a tak noční záři v tropech mohla způsobit jen umělá radiace. Druhá bomba, explodující spíše pod než nad vrstvou D, nemohla způsobit takové záření, a působit na vrstvu F, poněvadž její záření bylo absorbováno ve vrstvě D a níže. Způsobila jen krátkodobé vysazení.

Dosud jsme uvažovali jen bezprostřední vlivy záření, způsobené ultrafialovými paprsky, rentgenovými paprsky a zářením gama z výbuchu samého. Tyto vlivy způsobují vysokou koncentraci vrstvy F2, ale záření netrvá dlouho. Co však vlivy, způsobené obrovským radioaktivním mrakem, vznikajícím při každé explozi? Při výškové explozi můžeme čekat, že mrak pokryje velký prostor. Jeho pohyb se dá málo předpovídat, jako „větry“ v ionosféře. Jestliže takový mrak bude rozptýlen do radioaktivně hustého vzduchu, bude stále pokračovat ionizace a rekombinace v jeho okolí. Bude jistě existovat vysoká ionizace vzduchu, jeho hustota je však taková, že srážky iontů a molekul jsou časté, vzduch je nevodivý a nebude tedy reflektovat nebo pohlcovat radiosignály. Mrak má tedy jen malý vliv na šíření radiovln. Dostane-li se však vysoko do vrstvy D, bude působit ionizaci v oblasti, kde dochází k absorpci středních a krátkých vln a odrážení dlouhých vln. Normálně může způsobit takové podmínky jen Slunce a v noci není vrstva D absorpčním médiem. Radioaktivní mrak vytváří i v noci dokonale absorpční vrstvu, jako se ve dne děje vlivem slunečního záření. Za dne se přidává k působení slunečního světla, takže vzniká úplná absorpce krátkých vln, které jsou za dne normálně použitelné ke spojení s jedním odrazem. Naproti tomu dlouhé vlny jsou odráženy na velké vzdálenosti, na nichž by normálně byly dávno absorbovány.

Nejsnadněji se dá vyložit dálkové noční šířením kmitočtů 50 a 62 MHz. Je nepochybné, že v době první exploze byla prvá spojení přes Pacifik umožněna vysokou ionizační hustotou vrstvy F2. To by však trvalo jen krátký čas po explozi, kdy probíhala rekombinace. Zdá se, že noční spojení mezi Havají a Rarotongou byla provedena odrazem od základny samotného atomického mraku, nebo jím vyvolaným strmým ionizačním gradientem v horní části vrstvy D nebo spodní části vrstvy E.

Shrneme-li vše, můžeme říci, že oba výškové výbuchy nám dávají dobré předpoklady, o nichž můžeme opírat svoje protesty proti pokračováním zkoušek atomových zbraní. Zcela reálné je nebezpečí pro lodi a leteckou dopravu, vyplývající z přerušeného spojení; ohrožení odlehlých míst, jako je severní skupina Cookových ostrovů, na nichž lékařská pomoc, často naléhavá, je závislá na radiovém spojení s Rarotongou, zhoršená spolehlivost meteorologických předpovědí, zaviněná nedostatečnou znalostí povětrnostní situace vlivem chybějících zpráv a z toho vyplývající ztráty pro státní správu, rejdaře a obchodníky v oblastech odkázaných na radiové spojení; a konečně i obtěžování veřejnosti, která nemůže poslouchat své rozhlasové pořady – to vše můžeme přičítat k nebezpečí, vyplývajících ze záření a jiných přímých důsledků jaderných zkoušek.“

AR 6/1959

Pro webové stránky OK2KKW připravil OK1TEH r. 2002