Die Arbeitsweise
eines Sterns - sehr
vereinfacht
Ein Stern funktioniert als ständiger Kampf zweier Kräfte im Gleichgewicht: der Schwerkraft (von außen nach innen) und der Strahlungsenergie (von innen nach außen).
Es ist die Schwerkraft, die die Materie eines Sterns (meistens Wasserstoff und etwas Helium) zusammenpresst. Durch diesen enormen Druck entstehen im Kern hohe Temperaturen, die Materie des Sterns wird zu einem sogenannten Plasma und es kommt ein Fusionsprozess in Gang. Dabei verschmelzen Atomkerne leichter Elemente zu schwereren Elementen. Die dabei abgegebene Energie ist zwar klein, aber weil das so oft geschieht ist die Summe der entstehenden Strahlung extrem hoch. Hoch genug um einen Strahlungsdruck aufzubauen, der der ebenso starken Schwerkraft widerstehen kann. So entsteht ein Gleichgewicht, das so lange aufrechterhalten werden kann, wie die Sonne genug ‘Brennstoff’ hat.
Diese Strahlung aus dem Inneren der Sonne stellt sich für uns nach einigen Umwandlungsprozessen als Wärme und Licht dar. Darüber hinaus gibt es aber noch einen sehr hohen Anteil an nicht sichtbarer Strahlung. Das sind Radiowellen bis hin zum Röntgenbereich, also starke ionisierende Strahlung.
Schutzschild der Erde – Quelle der Freude für Funkamateure
Das hier ankommende Licht und die Wärme ist also die primäre Energiequelle für alles Leben auf der Erde. Und damit nicht zu viel von dieser Strahlung bei uns ankommt (das kann auch schädlich sein), hat die Erde eine Schutzhülle, die einen Teil der Strahlung aufnimmt (filtert) und umleitet. Diese Schutzhülle besteht aus mehreren Schichten. Die unterste Schicht kennen wir gut, sie enthält den Sauerstoff den wir einatmen. Darüber kommen andere Schichten mit verschiedenen Funktionen.
Einen Bereich weiter oben bezeichnen wir als ‚Ionosphäre‘. Hier ist die Luft bereits extrem dünn. Durch diese geringe Dichte kann die Strahlung der Sonne eindringen und die Moleküle der Luft energetisch anregen. Dabei werden die Elektronen aus der Atomhülle gelöst, man spricht von einer Ionisierung des Gases. Und genau diese Ionisierung sorgt dafür, dass Funkwellen an diesen Schichten gebeugt und zur Erde zurückgelenkt werden. Plötzlich reicht unser Funksignal ‘um die Ecke’ und wenn alles passt sogar um die ganze Welt herum.
Wie gut das Funksignal an den Ionosphären-Schichten abgelenkt wird, ist von mehreren Parametern abhängig. Unter anderem ist die mittlere Dichte der Moleküle wichtig, diese kann sich im Laufe der Zeit verändern. Und natürlich ist die Stärke der Sonnenstrahlung von großer Bedeutung. Und die unterliegt auch verschiedenen Schwankungen.
wichtige Zyklen Für Funkamateure
Täglich
Einen Wechsel sehen wir sehr häufig: den Tag- und Nacht-Wechsel. Nachts, ohne Einstrahlung verschwindet die Ionisierung nach wenigen Minuten bis Stunden. Das hat je nach Frequenz unterschiedliche Auswirkungen. Auf Lang- und Mittelwelle fallen dämpfende Schichten weg und man hört nachts plötzlich Stationen aus ganz Europa. Auf Kurzwelle verschwindet die Beugung, wo es vorher noch nach Asien oder in die USA ‘ging’ ist jetzt nichts mehr zu hören.
Jährlich
Einen anderen Rhythmus können wir jährlich beobachten. Ausschlaggebend ist der Winkel unter dem die Sonnenstrahlen hier ankommen. Im Winter ist der Winkel auf der Nordhalbkugel der Erde sehr flach und die Tagesdauer auch nur kurz, der Energieeintrag in die Ionosphäre ist geringer. Im Sommer ist der Winkel sehr steil und die Sonne kann durch den hohen Stand viel länger einwirken. Dadurch ist der Energieeintrag viel höher, dämpfende Schichten dämpfen länger, beugende Schichten wirken länger. Als Resultat ‘geht’ es zum Beispiel im Winter besser auf den unteren Bändern (160m, 80m) weil es weniger rauscht und wir dadurch besser hören können. Im Sommer treten dafür Effekte auf KW und UKW auf, die sonst im Jahr nicht zu beobachten sind. Ein Beispiel ist die sogenannte „Sporadic-E“ Ausbreitung auf den oberen Bändern (6m und höher).
11 Jahre
Und dann gibt es noch einen sehr wichtigen Zyklus, und das ist der sich alle 11 Jahre wiederholende Wechsel der Magnetisierung der Sonne. Die Sonne (und vermutlich jeder andere Stern auch) ist ein gigantischer Dynamo, also ein rotierendes Etwas das ein elektrisches und magnetisches Feld hat. Wir beobachten, dass das Magnetfeld der Sonne ungefähr alle 11 Jahre kippt, sich also umpolt. Nach zwei solchen Durchgängen ist der magnetische Nordpol wieder am Ausgangspunkt, man müsste deswegen eigentlich von einem 22-Jahreszyklus reden. Aber da jeder Kippvorgang Nord zu Süd, Süd zu Nord für uns gleich aussieht, reden wir von einem 11-Jahreszyklus.
Völlig verstanden sind die physikalischen Vorgänge in der Sonne, die zu diesem Zyklus führen, noch nicht. Hier wird von vielen Wissenschaftlern auf der ganzen Welt intensiv geforscht. Wichtig für uns Funkamateure sind die Änderungen der Strahlungsintensität der Sonne und die damit verbundene Änderung der Ionisierung in unserer Erdatmosphäre.
Alle 11 Jahre kommt es zu einem Maximum der Aktivität der Sonne. Zu diesem Maximum ist die solare Strahlung sehr viel höher und auch unruhiger als im Minimum. So ein Aktivitätsmaximum dauert einige Monate. Der Anstieg der Aktivität vom Minimum zum Maximum ist steiler, der Wechsel vom Maximum zum Minimum flacher. Ein sichtbares Zeichen der steigenden Sonnenaktivität sind die Sonnenflecken, also dunklere Bereiche auf der Oberfläche, die sich mit speziellen Optiken beobachten lassen (Achtung, niemals mit dem ungeschützten Auge direkt in die Sonne gucken!). Das nächste solare Aktivitätsmaximum wird für das Jahr 2025 erwartet.
Stark im Maximum –
Solare Eruptionen
(Flares)
Das Maximum und auch die Zeit davor wird von häufigen Ausbrüchen auf der Sonnenoberfläche begleitet, sogenannten Eruptionen, englisch ‘Flare’. Diese Flares haben oft unmittelbare Auswirkungen auf die Ausbreitung der Funkwellen auf Kurzwelle, da sie fast immer mit starken Strahlungsausbrüchen zusammenhängen. Diese Strahlung kommt nach kurzer Zeit (meist nach wenigen Minuten) hier auf der Erde an und kann zu erheblichen Störungen führen.
Denn zu viel Strahlung ist auch für die - für uns eigentlich nützliche - Ionisierung der oberen Atmosphärenschichten nicht gut. Bei zu starker Strahlung bricht die Beugungseigenschaft oftmals völlig und sehr schnell zusammen, es kommt auf der sonnenzugewandten Seite der Erde zu einem totalen “Radio Blackout”. Dieser Blackout kann bis zu ein, zwei Stunden dauern.
Soweit also erstmal der Effekt der ‘schnellen’ Strahlung eines Flares. Oft ist aber mit einer solchen Eruption auch ein Masseauswurf auf der Sonne zu beobachten. Dabei wird durch das plötzliche Aufbrechen des Magnetfeldes der Sonne ionisierte Masse aus dem Schwerkraftfeld der Sonne herausgeschleudert und in den Weltraum gebracht. Die Geschwindigkeit dieser Materiewolken ist unterschiedlich, aber auf jeden Fall sehr viel langsamer als die Strahlung der verursachenden Eruption. Deren Eintreffen beobachten wir nur wenige Minuten nach dem Ereignis. Die Masseauswürfe kommen üblicherweise nach ein bis drei Tagen auf der Erde an - wenn überhaupt.
Eruptionen mit Masseauswurf
Solche Eruptionen, die mit einem Auswurf solarer Masse verbunden sind, bezeichnet man als “CME”, koronale Masseauswürfe (coronal mass ejection). Sie sind gekennzeichnet durch die Richtung (zur Erde oder daran vorbei), der Geschwindigkeit und der Stärke und Richtung des damit verbundenen Magnetfeldes.
Falls so ein CME in Richtung der Erde gerichtet ist, kann er weitreichende Konsequenzen für uns haben. Rein statistisch gesehen finden die meisten solcher Eruptionen mit Masseauswürfen nicht in Richtung der Erde statt. Das ist auch ganz gut so, denn die Effekte können bei sehr starken Ereignissen durchaus drastisch bis katastrophal sein. Der hübscheste Effekt ist noch die Aurora, also das Polarlicht an Nord- und Südpol. Hier kommt die Materie des Auswurfs nach Stunden oder Tagen auf der Erde an und wird - weil die Moleküle elektrisch geladen sind - vom Magnetfeld der Erde zu den Polen hin abgelenkt. Das kann Einfluss auf die Funkausbreitung haben. Konkrete Konsequenzen für Funkamateure sind zum Beispiel Reflektions-Erscheinungen auf UKW an der Aurora. Aber auch stark gestörte Ausbreitungsbedingungen auf Kurzwelle…
Weniger schöne Konsequenzen solcher erdgerichteten Masseauswürfe sind Einflüsse auf Satelliten und technische Einrichtungen auf der Erde. Satelliten können durch das starke elektrische Feld ge- oder gar in einzelnen Funktionen zerstört werden. Wenn dass das weltweite GPS-System der Navigationssatelliten beträfe, könnte das sehr weitreichende Auswirkungen auf uns alle haben.
Ein anderer Effekt ist die Induktion starker Ströme in elektrische Überlandleitungen unserer globalen Stromversorgung. Auch hier gab es schon Ereignisse, die zum vorübergehenden Abschalten von Umspannwerken geführt haben - also ein Stromausfall für viele Haushalte, Krankenhäuser, Gewerbe (Kühlung!) und Industrieanlagen. Das sind Konsequenzen die uns alle betreffen können, egal ob Funkamateur oder nicht.
Die Sonne als Funkamateur beobachten
Welche Möglichkeiten gibt es also für Funkamateure, die Aktivität der Sonne zu beobachten? Und damit dann auch deren Auswirkungen auf die Ausbreitungsbedingungen auf Kurzwelle und UKW zu verstehen?
R, F, A, k – Die vier wichtigsten Messwerte
Die Aktivität der Sonne wird mit vielen Werten gemessen. Vier davon sind für uns sehr wichtig: Die Sonnenflecken-Relativzahl ‚R‘, eine Kennzahl die die Menge der gerade vorhandenen Sonnenflecken angibt; und der Solare Flux ‚F‘, die Strahlungsintensität in einem bestimmten Teil des Radiospektrums (bei 2695 MHz, der Aktivitätslinie des angeregten Wasserstoffs).
Der geomagnetische Index ‚A‘ beschreibt den Einfluss des solaren Masseeintrags (Partikelstrahlung) in die Ionosphäre. Der geomagnetische Index ‚k‘ beschreibt den Zustand des Erdmagnetfeldes, ob es ruhig oder durch solare Ereignisse gestört ist.
Es gibt darüber hinaus noch weitere Messwerte, die von den weltweit verteilten Sonnenobservatorien ermittelt werden. Sie fassen zeitliche Vorgänge zusammen und zeigen so bestimmte Trends und Veränderungen. Beispiele sind die planetaren Indizes ‚Kp‘ und ‚ap‘, auf die hier aber nicht weiter eingegangen wird.
Wo findet man als Funkamateur nun aktuelle Daten?
In unserem Blog-Beitrag Bedeutung des Funkwetters für den Amateurfunk gehen wir auf eine größere Anzahl Quellen ein.
Zusätzlich haben wir auch einen echten Experten befragt: Dr. Ing. Hartmut Büttig, DL1VDL. Hartmut hat jahrelang die Funkwettervorhersage des DARC erstellt und beratend begleitet, er gibt uns in einem kurzen Interview spannenden Einblicke wie er dazu kam und wo man an diese Messdaten kommt.
Interview
mit Hartmut Büttig DL1VDL
Mai 2022
FAQ
Sonnenflecken sind temporäre Phänomene auf der Sonnenoberfläche, die dunkler erscheinen als die umgebenden Gebiete. Sie sind Zonen intensiver magnetischer Aktivität und können einige Tage bis mehrere Monate bestehen bleiben.
Sonnenflecken können die Funkkommunikation erheblich beeinflussen. Sie sind die Ursache für solare Emissionen, die die Ionosphäre der Erde beeinflussen können. Diese Emissionen können die Signalstärke von Hochfrequenz-Funkverbindungen stören oder verbessern.
Die Häufigkeit von Sonnenflecken variiert in einem Zyklus von etwa 11 Jahren. Dieser Zyklus, bekannt als der Sonnenzyklus, hat Phasen hoher Aktivität, genannt Sonnenmaximum, und Phasen geringer Aktivität, genannt Sonnenminimum.
Der SSN (Sunspot Number) Index ist ein Maß für die Anzahl der Sonnenflecken und dient zur Bestimmung der solaren Aktivität. Ein höherer SSN-Index deutet auf eine erhöhte solare Aktivität und somit auf eine potenziell größere Auswirkung auf Funkverbindungen hin.
Für Funkamateure ist die Sonnenzyklus-Vorhersage wichtig, um die Qualität der Funkverbindungen abzuschätzen. Konkrete Konsequenzen für Funkamateure sind etwa Reflektions-Erscheinungen auf UKW an der Aurora. Aber auch stark gestörte Ausbreitungsbedingungen auf Kurzwelle. Phasen niedriger Aktivität ermöglichen oft stabilere, aber weniger weitreichende Funkverbindungen.
Interview mit Hartmut Büttig, DL1VDL
Hallo Hartmut!
Danke das Du uns für ein kurzes Interview zur Verfügung stehst!
Wie kam es dazu, das Du Dich mit der Sonnenaktivität befasst und Vorhersagen für Funkamateure erstellst?
Mein Start war eine „SOS-Situation“.
Im März 1994 bat mich der damalige Funkwetter-Editor Alfred Müller, DL1FL, mit dem ich bereits als HF-Referent korrespondierte, ihm aus gesundheitlichen Gründen sofort einen Nachfolger zu suchen. Da nur eine Woche bis zum nächsten Rundspruch Zeit war, befasste ich mich selbst mit dem Thema Funkwetter. Am 8.April 1994 verfasste ich den ersten Funkwetterbericht nach dem Muster von DL1FL. Spontane Unterstützung erhielt ich von Ulrich Müller, DK4VW, der mir täglich die für DK0WCY bestimmten Funkwetterdaten spiegelte. Mit fachlichen Tipps unterstützte mich auch Prof. Walter Eichenauer, DJ2RE. Die neue Aufgabe war für mich interessant und eine zusätzliche Herausforderung. Ich notierte täglich morgens vor der Arbeit und abends die Ausbreitungsbedingungen im Kalender. Hinzu kamen Graylinedaten, die ich für DX-QSOs auf den unteren Bändern ohnehin benutzte. Später bat mich die Rundspruchredaktion, hin und wieder Funkwetterbegriffe zu erklären. So entstand nebenbei ein kleines Funkwetterlexikon [1].
Wie siehst Du den aktuellen solaren Aktivitätszyklus? Normal? Über- , Unterdurchschnittlich?
Wenn man über Entwicklungen des Sonnenfleckenzyklus schreibt, muss man sich stets bewusst sein, dass sehr komplizierte solare, atmosphärische und ionosphärische Prozesse in einfache Aussagen verpackt werden müssen. Der „Fehlerbalken“ ist dabei groß. Zusammenhänge, beispielsweise die Kopplung zwischen den unteren Atmosphärenschichten und der Ionosphäre sind wissenschaftlich noch nicht verstanden. Modellrechnungen erhärten jetzt die Vermutung, dass der Elfjahreszyklus vom Sonnensystem selbst getaktet ist [2].
Nach dem letzten Sonnenfleckenminimum im Dezember 2019 passierte bis Anfang 2021 kaum etwas. Gegenwärtig steigt die Sonnenaktivität schneller als prognostiziert [3]. Das ist ein gutes Zeichen, wobei man nur vermuten kann, ob jetzt beispielsweise ein erster Peak vom Maximum entsteht. Die vergangenen Zyklen hatten auch zwei Maxima [4].
Welche Tipps hast Du für Newcomer für die nächsten Jahre bis zum Maximum? Wie können sie davon am besten profitieren?
Unser Hobby soll uns begeistern und wer erfolgreich starten möchte findet in der Linksammlung Material zum Selbststudium. Mir war stets wichtig, meine Fragen mit Freunden zu diskutieren.
Man kann interessante Tests selber durchführen.
Wer CW beherrscht, kann einen CQ-Ruf starten und im Reverse Beacon Network nachschauen, wo überall das eigene Rufzeichen gehört wird [5]. Es entsteht sofort ein Bild über die aktuell offenen Ausbreitungswege. Das Abhören der Baken des IBP der IARU vermittelt auch einen Überblick, welche Gebiete mit Rundstrahlantennen und weniger als 100 W Sendeleistung zu erreichen sind [6]. Alle Baken des IBP sind gleich ausgerüstet. Auch die DX-Cluster sind Aktivitätsspiegel, wobei man nicht enttäuscht sein darf, wenn DX-Stationen bei uns nicht hörbar sind, wenn sie aus anderen geografischen Regionen gemeldet werden [5].
Freude am Amateurfunk kommt nur durch Aktivitäten auf den Bändern!
Welche Informationsquellen empfiehlst Du einem aktiven Funkamateur, um sich über die aktuelle Sonnenaktivität und die Auswirkungen auf das Funkwetter zu informieren?
„Alte Hasen“ haben eigentlich ihre favorisierten Informationsquellen.
Folgende Linksammlung verwende ich für die Erstellung von Funkwetterberichten:
Zunächst die im Text zitierten Links:
[1]: https://www.darc.de/der-club/referate/hf/funkwetterlexikon/
[2]: https://nachrichten.idw-online.de/2021/06/11/die-taktgeber-der-sonne/
[3]: https://www.solarham.net/progression.htm
[4]: https://helioforecast.spacesolarcycle
Weitere Links (Beispiele, ohne Wertung)
www.solarham.net Aktuelle Sonnentätigkeit, weiterführende Links
www.solen.info/solar Tabellierte Funkwetterdaten, koronale Löcher, Sonnenwind
https://www.solarham.net/cmetracking.htm Sonnenwindtracker
https://www.darc.de/funkbetrieb/hf-prognose/ Aktuelle Vorhersage
https://www.voacap.com/hf/ Ausbreitungsplanung
https://www.ionosonde.iap-kborn.de/actuellz.htm Ionogramme, Grenzfrequenzen
Nutzung der Digisonde am IAP in Juliusruh (darc.de) Erklärung der Ionogramme
https://tropo.f5len.org/forecasts-for-europe/ Tropo-DX
https://www.tvcomm.co.uk/g7izu/ Sporadische E-Schicht
https://qrznow.com/160-meter-band-enigma-shrouded-mystery/ 160M Grundlagenartikel
