مقیاس خاموشی رادیویی چیست و چه زمانی مورد نیاز است؟

اوایل این هفته، خورشید دو فوران خورشیدی بزرگ را در فاصله‌ای کوتاه منتشر کرد. پرتاب‌های تاجی وابسته به این فوران‌ها که به سمت زمین حرکت می‌کنند، ممکن است مستقیماً به ما برخورد کنند. در حالی که علاقه‌مندان به رصد آسمان انتظار داشتند بتوانند شفق‌های قطبی زیبا را در عرض‌های جغرافیایی بالا مشاهده کنند، اختلالات رادیویی R3 در نیمی از کرهٔ زمین رخ داد و این سؤال را پیش آورد: چرا این اختلالات رادیویی اتفاق می‌افتند و چگونه اندازه‌گیری می‌شوند؟

فوران‌های خورشیدی شامل انفجارهای بزرگ و گاهی عظیم تابش الکترومغناطیسی هستند. این تابش به‌طور موقت خروجی معمولی خورشید را افزایش می‌دهد و انرژی آزاد شده در فرکانس‌های بالاتر، مانند پرتوهای ایکس، بسیار متمرکزتر از نور خورشید معمولی است. این تابش‌ها در عرض هشت دقیقه به زمین می‌رسند، زیرا با سرعت نور حرکت می‌کنند.

وقتی این تابش‌ها به زمین می‌رسند، پرتوهای ایکس و بخشی از نور فرابنفش از اتم‌ها و مولکول‌ها الکترون می‌گیرند و آنها را یونیزه می‌کنند. ارتباط رادیویی دوربرد به یون‌کره وابسته است تا سیگنال‌ها را حول انحنای زمین هدایت کند. عبور سیگنال‌ها از میان این الکترون‌های آزاد اضافی، کیفیت رادیو را کاهش می‌دهد تا زمانی که الکترون‌ها دوباره با اتم‌ها ترکیب شوند. در بهترین حالت، پیام‌های رادیویی سخت قابل شنیدن می‌شوند و در بدترین حالت، سیگنال کاملاً از بین می‌رود و باعث قطع رادیویی می‌شود.

فوران‌ها همچنین می‌توانند ذرات پرانرژی آزاد کنند که رسیدن آنها به زمین کمی بیشتر طول می‌کشد، اما نه زیاد. بنابراین، ظرف یک ساعت پس از وقوع فوران، ذرات باردار می‌توانند ضربهٔ اضافی به جو وارد کنند و اختلال را تشدید کنند.

اثر این پدیده‌ها در باند فرکانس بالا (۳ تا ۳۰ مگاهرتز) بیشترین شدت را دارد، که بین فرکانس‌های AM و FM قرار می‌گیرد، اما به طور ناگزیر سایر فرکانس‌ها نیز تحت تأثیر قرار می‌گیرند. این باند زمانی برای پخش رادیویی بین‌المللی کوتاه‌برد محبوب بود، اما اکنون عمدتاً برای ارتباطات هوایی-زمینی، به‌ویژه روی اقیانوس‌ها، استفاده می‌شود. حتی سیستم‌های انتقال رادیویی می‌توانند مستقیماً تحت تأثیر فوران رادیویی خود فوران قرار بگیرند، اگرچه این اتفاق نادر است.

پیامدهای فوران‌ها متفاوت از طوفان‌های ژئومغناطیسی هستند، اما با آنها مرتبط‌اند. فوران‌ها گاهی (نه همیشه) پرتاب‌های تاجی خورشیدی (CME) را ایجاد می‌کنند که شامل پلاسمای مغناطیسی قوی هستند. بسته به شرایط، CMEها بین ۱۵ ساعت تا چهار روز طول می‌کشند تا از خورشید به زمین برسند. وقتی به زمین می‌رسند، با میدان مغناطیسی زمین برخورد کرده و ذرات مغناطیسی را به سمت قطب‌ها هدایت می‌کنند و طوفان‌های ژئومغناطیسی ایجاد می‌شود. ذرات پلاسمای CME با مولکول‌های بالای جو تعامل می‌کنند و شفق‌های قطبی ایجاد می‌کنند.

اداره ملی اقیانوس‌ها و جوی آمریکا (NOAA) از مقیاسی پنج‌سطحی برای اندازه‌گیری اختلالات رادیویی استفاده می‌کند: اختلالات رادیویی R1 تا R5، طوفان‌های ژئومغناطیسی G1 تا G5 و طوفان‌های پرتوهای خورشیدی S1 تا S5.

طبق NOAA، رخدادهای R3 مانند مورد اخیر شامل «قطع گسترده ارتباط رادیویی فرکانس بالا، از دست رفتن تماس رادیویی به مدت حدود یک ساعت در سمت روز زمین» هستند. هم‌زمان، سیگنال‌های رادیویی فرکانس پایین برای ناوبری نیز «حدود یک ساعت دچار اختلال» می‌شوند. R3ها توسط فوران‌های X1 تا X9 ایجاد می‌شوند.

R4ها («شدید») جدی‌تر هستند و باعث قطع ارتباط رادیویی فرکانس بالا برای ۱ تا ۲ ساعت در بیشتر سمت روز زمین و خطاهای ناوبری مشابه می‌شوند. این‌ها نتیجه فوران‌های X10 تا X19 هستند.

رخدادهای R5 بسیار شدید می‌توانند باعث از دست رفتن ارتباط رادیویی فرکانس بالا در کل سمت روز زمین برای چند ساعت شوند. این می‌تواند باعث شود مقامات حمل‌ونقل تماس با کشتی‌ها و هواپیماها را از دست بدهند و سیستم‌های موقعیت‌یابی ماهواره‌ای نیز دچار اختلال شوند.

R3ها غیرمعمول نیستند و NOAA گزارش می‌دهد که حدود ۱۴۰ بار در هر چرخه ۱۱ ساله خورشیدی رخ می‌دهند. دنیا به خوبی از آن‌ها عبور می‌کند و افراد خارج از حوزه‌های خاص کمتر متوجه می‌شوند. R4ها بسیار کمتر هستند، حدود هشت بار در چرخه، و R5 کمتر از یک بار در چرخه اتفاق می‌افتد.

اختلالات رادیویی در عرض‌های جغرافیایی بالا شدیدتر هستند، بنابراین برخی پروازهای تجاری در مسیرهای قطبی زمانی که فوران‌های R3 یا شدیدتر پیش‌بینی می‌شوند، انجام نمی‌شوند. با این حال، اگرچه مشاهده فعالیت خورشیدی توانایی پیش‌بینی را افزایش داده، فوران‌ها هنوز گاهی اوقات غافلگیرکننده هستند. برخلاف طوفان‌های ژئومغناطیسی، فوران‌ها خیلی سریع به ما می‌رسند و زمان برای زمین‌گیر کردن هواپیماها وجود ندارد. سیستم‌های حیاتی فعلی بر اساس تکرار مسیرها و فرکانس‌ها طراحی شده‌اند، اما اگر اختلال بسیار شدید باشد، این روش‌ها کافی نیستند.

با توجه به نادر بودن R5ها، مقیاس بالاتر از آن توسعه نیافته، اما می‌توان تصور کرد که یک رویداد مشابه حادثه کارینگتون چه تأثیری بر انتقال رادیویی خواهد داشت. تهدیدهای چنین رویدادی برای ماهواره‌ها و شبکه‌های برق زیاد مورد بحث قرار می‌گیرد، اما پیامدهای آن برای پروازهایی که در آسمان گیر کرده و قادر به برقراری ارتباط با کنترل ترافیک هوایی نیستند، کمتر مطرح می‌شود.