[論文レビュー] Radio and the 1999 UK Total Solar Eclipse

R. Bamford|ArXiv.org|Mar 4, 2017

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、1999年のイギリス日食期における電離圏および電波伝搬の変化について、アマチュア無線局およびラザフォード・アプルトン研究所の装置からのデータを用いて包括的な研究を提示している。日食に起因する電離圏の揺らぎは、空間天気モデルの検証と改善を試みる自然実験を提供した。主な結果として、VLFからHFバンドにおける電波伝搬の測定可能な変化が確認され、一般参加型の教育的実験が1,600万回のウェブサイト訪問と1,700件の一般参加反応を生み出した。

ABSTRACT

On the morning of the August 11th 1999, a total eclipse of the sun plunged Cornwall and parts of Devon into darkness. The event of the eclipse was bound to attract a great deal of scientific and media attention. Realizing that the differences in day-time/night-time propagation of VLF/LF/MF to HF bands would also apply during the darkness of the eclipse, the eclipse offered a rare PR opportunity to promote radio to the general public. At the same time the specific nature of the disturbance to the upper atmosphere and the effect on radio propagation could be examined in detail using scientific instruments at minimum cost since most instruments would not have to be moved. This would allow prediction models to be tested in a controlled fashion. Contained within this report are the details and results of the radio and ionospheric experiments conducted by the Rutherford Appleton Laboratory during the 1999 total solar eclipse. The promoting of the radio experiments with the general public produced nearly 60 appearances on local and national TV, newspapers and periodicals. Close to 1700 people responded to the general public medium wave experiment and 16 million people looked in on the general eclipse web site (part funded by RA) that included the details of the radio experiments. A large database of systematic observations across VLF to HF was collected from radio amateurs and from the RA Regional Offices allowing comparisons to be made with ITU estimates. There is a brief look at the scientific results and a forward look as to how the analysis of this disturbance might have impact on the use of ionospheric models for Space Weather tools in the future.

研究の動機と目的

• 1999年のイギリス日食がVLFからHFバンドにわたる電離圏および電波伝搬に与える影響を調査すること。
• 制御された一時的太陽黒点遮蔽現象下での電離圏予測モデルの正確性を検証すること。
• 大規模かつ低コストの市民科学実験を通じて一般の人々を無線科学に参加させること。
• 将来の空間天気モデリングに使用するための、電離圏観測データの体系的データベースを収集すること。

提案手法

• ラザフォード・アプルトン研究所および地方事務所にVLF、LF、MF、HFの電波モニタリングシステムを設置した。
• 中波電波実験を通じて、1,700人を超える一般参加者からリアルタイムの伝搬データを収集した。
• 既存のインfrastrutureおよび装置を活用することで、コストを最小限に抑え、データの継続性を最大化した。
• 日食期における観測された伝搬変化を、ITUが予測した電離圏挙動と比較した。
• 信号の振幅および位相測定値を用いて、電離圏の揺らぎの時間的変化を分析した。
• 一般参加者と科学的データを統合し、モデルの性能を評価し、乖離点を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1999年の日食がイギリス全域にわたるVLFからHF電波の伝搬特性にどのように影響を与えたか。
• RQ2 日食期に観測された電離圏の変化が、ITU予測モデルからどの程度逸脱していたか。
• RQ3 一時的な大気的イベント中に、一般参加者が無線実験に参加することで科学的に有用なデータを収集できるか。
• RQ4 日食に起因する電離圏の揺らぎは、通常の日と夜の遷移と比較して、電波伝搬効果においてどのように異なっていたか。
• RQ5 日食は、空間天気予測に用いられる電離圏モデルの改善にどのような洞察を提供したか。

主な発見

• 日食によりVLFからHF電波の伝搬に測定可能な体系的変化が生じ、信号強度および位相のずれが電離圏電子密度の変化と相関していた。
• 中波実験への一般参加により、約1,700人の個人からデータが得られ、無線伝搬研究における大規模市民科学の実現可能性が示された。
• 全日食は、通常の日と夜の遷移に類似した一時的な電離圏の揺らぎを引き起こしたが、通常よりも急峻な時間的プロファイルを示した。
• 観測された伝搬変化は予測モデルと概ね一致していたが、特にD層電離圏において若干の乖離が認められた。
• この日食イベントは、空間天気監視および予測に用いられる電離圏モデルの検証と改善に、貴重な自然実験を提供した。
• 本プロジェクトは顕著な一般啓発効果を上げ、日食ウェブサイトへの1,600万回のアクセスと、約60件のメディア露出を記録した。これは、無線科学が教育的潜在能力を有することを示している。