Ispod se nalazi nekoliko zvučnih zapisa u mp3 formatu koji su snimljeni specijalnim radio uređajem - VLF prijemnikom. Svi oni, spadaju u prirodni ''radio program'' koji emitira naša Zemlja. Dugo godina spekuliralo se je o tome šta bi mogli biti ti zvukovi, međutim danas, cijelo ovo područje je mnogo poznatije (mada je još uvijek neistraženo).

[Saucer]

[Whistler]

[Chorus]

[Hiss]

[AKR]

[Gornje snimke su vlasništvo i copyright profesora Donald A. Gurnett-a.]

Spherics (sferici)

Svaku sekundu na Zemlji udari 100 gromova. Svaka takav grom odašilje radio val koji u VLF radio uređaju proizvede klik ili niz klikova ili pucketanje koje se naziva Atmospherics tj. skraćeno Spherics, odnosno po naški - sferik. Udaljena munja proizvesti će samo jedan klik, dok one bliže na par stotina km ostave čitav niz takvih klikova, tj čuje se pucketanje. Ovo je primjerice snimka groma koji je udario na udaljenosti cca 50 km [grom.mp3] - bio je dovoljno blizu da bude viđen kako obasjava dio noćnog neba u daljini, a opet dovoljno daleko da ne izvrši preopterečenje VLF uređaja. Zvuči kao da je netko naglo zgužvao plastičnu vrečicu :-). Munja naime stvara elektromagnetski impuls tj. golemu iskru koja generira gotovo sve radijske frekvencije u istom trenutku. Zato se i čuje kao zvuk pucketanja jer ne sadrži neki konkretan ton, odnosno pucketanje je zbroj svih frekvencija (tonova) zajedno. Iz ovoga je odmah jasno da se VLF prijemnik može koristiti i kao uređaj za praćenje količine oluja i gromova u okolini od nekoliko stotina kilometara. Sferik može biti zanimljiv u početku, ali kasnije kada idemo hvatati whistlere, sferici nam zapravo smetaju, zato se u pravilu snima kada je aktivnost sferika niska.

Ukoliko netko od vas posjeduje AM prijemnik na kojemu je moguće odabrati LW (longwave), dovoljno je samo spojiti antenu (može i obična žica poslužiti) i podesiti frekvenciju između dvije stanice. Vrlo brzo uhvatiti ćemo klikove i pucketanja. Oni su dokaz da munje odašilju elektromagnetske valove. Sama munja kao što smo rekli stvara divovsku iskru, u kojoj poteče struja jakosti i do 250 000 Ampera (1 amper je dovoljan da potpuno sprži čovjeka). Razlika potencijala kod takve munje iznosi i do 250 000 000 volti (250 MV). U biti što je munja duža, to je razlika potencijala veća, a računa se prema gruboj formuli 1 metar iskre = 1 MV.

Slika iznad pokazuje nam distribuciju energije munje u odnosu na frekvenciju, odnosno spektralni prikaz od 0Hz do 1MHz koji generira munja. Kao što vidimo, najveća jakost signala munje je pri frekvenciji od 1kHz do 100 kHz. Iz ovoga je jasno zašto sa običnim AM radiom koji posjeduje LW možemo bez ikakvih problema uhvatiti sferik. Zapravo sferik možemo uhvatiti i običnim audio pojačalom na čiji ulaz smo prikopčali žicu, jer kao što vidimo maksimum je oko 10 kHz, koje se nalazi unutar raspona svakog audio pojačala (20 Hz - 20 kHz).

Na lokacijama koje su blizu udara munje, sve frekvencije biti će uhvaćene u isto vrijeme, proizvodeči klik ili pucketanje, tj. sferik. Međutim kada se nalazimo na lokaciji mnogo dalje od udara munje, doći će do pojave raspršivanja signala ovisno o frekvenciji pri čemu će one više frekvencije stići malo prije onih nižih. Ova pojava biti će opisana u odlomku o whistlerima. Spomenimo sada samo da se Whistleri ne mogu uhvatiti sa običnim AM radiom, jer se protežu od 1kHz do 10 kHz, što je izvan opsega AM radio uređaja koji ne može ići ispod 153 kHz. Za hvatanje whisltera potreban nam je VLF prijemnik.

Copyright Stevan Kordić

Tweeks

Zvukom pomalo slični sfericima, mada drugačiji, pomalo zvonoliki. Radi se o sfericima koji su došli do nas odbijajući se jednom ili više puta od ionosfere*. Prilikom tih odbijanja, dolazi do male disperzije frekvencija, pri čemu više frekvencije stignu nešto malo prije onih nižih. Rezultirajući zvukovi [tweeks.mp3] ponekad mogu biti jako zanimljivi, podsjećajući na zvukove lupanja malih stakalca. (*Odbijanja od ionosfere objašnjena su na dnu teksta).

Chorus

Najčešće javljaju se ujutro (jutarnji Chorus) odmah nakon izlaska sunca. Zvukom podsječa na pijev ptica ili još jednostavnije, kao da smo došli na neko jezero ili močvaru punu ptica, žaba, insekata koji ispuštaju zvukove. Radi se o stotinama rastućih tonova (sličnim rastućim Whistlerima) koji se međusobno preklapaju. Ovdje možemo čuti primjer jutarnjeg Chorusa [chorus.mp3] koji je snimio moj poznanik Stephen P. McGreevy posebnom metodom sa dvije loop antene (postavljene pod 90 stupnjeva jedna u odnosu na drugu) kako bi dobio stereo snimku. Chorus se ne mora pojaviti samo ujutro. Na sjevernijim zemljopisnim širinama (sjeverna Evropa, Aljaska i sl.) blizu auroralne zone, se tokom pojava polarne svijetlosti može Chorus čuti i po danu - tada se naziva Auroral Chorus.  

Whistlers

Prvi puta zabilježeni su u 19-tom stoljeću kada su ih operatori telefona i telegrafa čuli u svojim slušalicama. U početku smatralo se da je to problem u žicama i spojevima telegrafskog sistema. Prvi pisani dokument o tome zabilježen je 1886 u Austriji kada su Whistleri uhvaćeni na 22km dugoj telefonskoj žici. A 1894-te godine u časopisu Nature W.H.Preece opisao je kako su službenici Britanske Pošte za vrijeme pojave polarne svijetlosti čuli Whistlere preko telefonskih uređaja (spojenih na duge telegrafske žice). Priča se nastavlja kada su tokom prvog svjetskog rata korištene metode špijuniranja neprijateljskog telefona, tako da bi se u zemlju zabile cijevi i spojile na osjetljiva audio pojačala, u cilju presretanja informacija. Cjela stvar je jako dobro funkcionirala, no povremeno bi se javljali i neki čudni zvukovi koji bi pucketali i zviždali. Smatralo se da je u pitanju problem samog audio pojačala tj. komponenata u njemu. No laboratorijskim ispitivanjima pokazalo se da audio pojačala rade sasvim normalno i niti jednim testom nisu uspjeli ponoviti takav zvuk zviždanja. Stoga je pojava Whistlera (tada 1919-te) deklarirana kao ''neobjašnjivo''. Tek je 30-tih godina prošlog stoljeća polako počelo nestajati velo tajne koje je obavijalo pojavu Whistlera kada je T. S. Eckersly postavio hipotezu, pretpostavivši da bi gromovi mogli izazvati radio valove koji bi putujući u Zemljinu ionosferu mogli proizvoditi takve zvukove.

Prirodni radiovalovi koje slušamo na frekvencijama 0-20 kHz nastaju najčešće djelovanjem gromova, te interakcijom zemljine aurore i magnetskog polja sa Sunčevim vjetrom. Svakako najpoznatiji od tih prirodnih radiovalova su Whistleri čiji nastanak ćemo sada opisati. Prilikom udara munje dolazi do emitiranja radiovalova na gotovo svim frekvencijama istodobno, a pojava je poznata kao sferik, koji smo već opisali i kojega čujemo kao klik. Jedan dio te energije prođe ionosferu i ode u područje magnetosfere, odnosno u svemir. Tamo ti radiovalovi prate silnice Zemljinog magnetskog polja koje ih vraćaju na drugu Zemljinu polutku. Prilikom povratka dolazi do raspršivanja te energije (na pomalo sličan način kako se svjetlo raspršuje u prizmi), pa tako radio valovi viših frekvencija stignu prije onih nižih, što rezultira karakterističnim tonom ''padanja'', upravo onako kako i zvuči Whistler. Naprimjer, kada grom lupi negdje u južnoj Africi, mi ćemo u Hrvatskoj (ako budu zadovoljeni svi uvjeti za raspršenje) uhvatiti jedan ili čitavu skupinu Whistlera, kao primjerice na ovoj snimci [whistlers.mp3] koja je napravljena u Zagrebu kod Savskog nasipa. Snimku Whistlera nažalost kvari zagađenje gradske mreže (50Hz), a i vremenski uvjeti nisu baš bili najbolji tako da se čuje nekoliko bliskih udara munja (cca 100 km) što je za posljedicu imalo veliku količinu sferika i pucketanja.

Područje frekvencija prirodnih radio valova

Većina prirodnih zemaljskih radio emisija odvija se u rasponu frekvencija od otprilike 100 Hz pa do 100 kHz. Područje pod imenom VLF proteže se u rasponu 3 kHz do 30 kHz i ono zajedno sa ULF-om (300 Hz-3 kHz) zapravo obuhvaća najzanimljivije područje prirodnih Zemaljskih radiovalova. U njemu možemo čuti spomenute Whistlere. Gledano frekvencijski moglo bi se reći da se to područje nalazi u audio opsegu (0 - 20 kHz), ali treba znati da pritom mislimo na elektromagnetske valove, a ne na akustične valove koji su vibracije molekula zraka(!). Mi ušima možemo čuti frekvencije od 0 Hz - 20 kHz, ali samo kada se radi o akustičkoj vibraciji - radio val takve frekvencije ne možemo čuti. Za to nam je potreban VLF prijemnik.

Nažalost, čovjek svojim djelovanjem nenamjerno zagađuje elektromagnetski spektar između 50 Hz i 1 kHz. Time prije svega mislimo na podzemne i nadzemne strujne vodove, dalekovode, i trafostanice. Valja znati da struja koju dobivamo iz elektrana nažalost nije savršenog sinusnog oblika. Zapravo, savršeni sinusni oblik postoji samo u matematičkoj jednadžbi i nigdje drugdje. Zbog izobličenog sinusnog oblika, osim osnovnog tona na 50 Hz, dolazi do generiranja čitavog niza tonova skroz do 1 kHz (pa i više) koji se zovu harmonici. Ti harmonici zajedno sa osnovnim signalom na 50 Hz rade probleme pri slušanju prirodnih radio valova [grad.mp3]. U gradu je zato praktički nemoguće slušati ''prirodni radio''. Na selu je nešto bolja situacija. Na otvorenim područjima bez dalekovoda, uvjeti postaju vrlo dobri. Onaj koji traži odlične uvjete morati će otputovati ili na Antartiku ili u Mongoliju ili pak u svemir.

Bijeg od civilizacije - jedino logičko riješenje kod snimanja VLF-a :-)

Stoga možemo zaključiti da praćenje i hvatanje radiovalova traži ili trajni smještaj izvan naselja, ili posjedovanje vozila - odlazak u ekspedicije. Mnogi astronomi, nesvjesno, bježeći od svjetlosnog zagađenja, pobjegnu zapravo i od elektromagnetskog zagađenja. Pa dok teleskopima gledaju noćno nebo, VLF prijamnik može biti spojen na Minidisk ili sličnu spravu, te snimati, a kasnije kada se vrate kući, proanalizirati snimku na računalu, ili još jednostavnije uživati u slušanju prirodnog radia. Bitno je samo spomenuti da se prilikom korištenja VLF prijemnika, snimanja moraju raditi podalje od visokih objekata, drveća i sl. koji nam kvare i blokiraju prijem.

Na slici ispod nalazi se kompletan pregled svih prirodnih radio fenomena Zemljine plazme. Horizontalna skala je logaritamska i predstavlja frekvenciju. Na vertikalnoj skali imamo vrste fenomena, a na grafu ucrtano kroz koja frekventna područja se oni prostiru.

Dnevna učestalost

Najbolje vrijeme za hvatanje Whistlera je od ponoći pa do otprilike sat vremena nakon izlaska sunca. Mada i vrijeme od zalaska sunca do ponoći nije loše i također ima nešto aktivnosti. Statistički gledano, idealno vrijeme je od dva sata prije izlaska sunca, pa do sat nakon izlaska. U tom razdoblju bude najmanje sferika. A osim toga drugi razlog jest što su magnetosferni uvjeti dobri pred svitanje.

Naravno postoji mogućnost zbog atmosferskih uvjeta da ne uhvatimo niti jedan Whislter. No postoje i obrnute situacije, prilikom geomagnetske oluje koju izaziva pojačana sunčeva aktivnost (solar flare), kada možemo čuti i preko 100 Whistlera u minuti.

Zanimljivosti

Vjerovali ili ne, ali sa VLF prijemnikom moguće je čuti neke insekte - primjerice komarce. Razlog je u interakciji njihovih krila tj. elektrostatskom pražnjenju svaki puta kada se krila međusobno dodirnu. Obzirom da na sličan način ta krila proizvode i akustičku vibraciju, za očekivati jest da ćemo isti zvuk čuti na VLF prijemniku. Svaki komarac koji mi se je približio na pola metra od antene, ostavio je i zvučni zapis, identičan onom kakvog čujemo ušima [bzzzz.mp3].

Na slici iznad možemo vidjeti spektrogram spomenutog audio zapisa. Horizontalne crte koje se vide prikazuju zagađenje gradske mreže, tj. harmonike od 50 Hz signala. Sam signal na 50 Hz je naknadno filtriranjem uklonjen (zato ga nema na slici). Isprekidane vertikalne linije su sferici, kratki klikovi tj. pucketanja. Zato nam neće biti teško pronaći komarce na ovoj slici. Ako pogledamo na 500 Hz možemo vidjeti tonove koji variraju po visini frekvencije, a predstavljaju 'potpis' od barem dva komarca. Iz ovoga smo ujedno i naučili da komarac udari svojim krilima oko 500 puta u sekundi.

Osim komaraca, možemo čuti vlastite korake ukoliko se krećemo dok snimamo. Zato je preporučeno smjestiti se i boraviti na jednoj lokaciji. Uz upozorenje da hodanje papučama po stepenicama proizvodi ekstremno jake zvukove koje nisu baš zdravi za naše uši.

Kada se već spominje zdravlje, valja napomenuti da slušalice koje se gurnu u uho nisu pogodne za slušanje prirodnih radio fenomena, jer mogu izazvati djelomičan gubitak sluha na nekoliko sati ili zujanje u ušima (slično onom nakon pucanja vatrenim oružjem - ovo zna svatko tko je bio u vojsci). Razlog opasnosti jest u jako velikoj dinamičkoj raznolikosti zvukova koje slušamo. Whistleri koje želimo čuti su tihi, a cijelo vrijeme slušamo pucketanje jakih i glasnih sferika.

Ionosfera i odbijanje radio valova

Dali ste se ikada pitali kako to da čujete neku AM postaju na radiju koja je udaljena nekoliko tisuća kilometara od vas, a ne čujete FM postaju iz neke susjedne zemlje udaljene manje od 400 km? Razmotrimo ovaj problem sa frekvencijske strane. AM postaje emitiraju u području od 150 kHz do cca 15 MHz, a FM postaje od 88 do 108 MHz. Tu se zapravo krije odgovor.

Ionosfera je dio prostora koji sferično okružuje Zemlju, a nalazi se na području od 50 km do 500 km visine. Ono što karakterizira taj prostor jest postojanje slobodnih iona. Dolaskom radio vala u to područje, može doći do njegovog prolaza kroz ionosferu ili refleksiji od ionosfere, ovisno o frekvenciji radio vala (i kutu upada u atmosferu). Bez ulaženja u teoriju slojeva ionosfere, recimo samo da će se radio valovi ispod 18 MHz odbijati od ionosfere i vraćati nazad na Zemlju, a oni iznad 18 MHz će proći i otići zauvijek u svemir. Spomenimo samo da ovo pravilo važi po noći, dok će se po danu radio val frekvencije od čak 30 MHz odbiti od ionosfere (u što sam se osobno uvjerio uhvativši neke vojne komunikacije iz Iraka). No ono što je sigurno jest da se radio val od 88-108 MHz nikad neće odbiti od ionofere! Sada znadete zašto na FM radiu nikad nema konstantnih klikova i pucketanja (zemlju pogodi 100 gromova u sekundi), dok su na AM radiu oni svakodnevnica. I naravno sada je jasno zašto ne možemo čuti FM postaju udaljenu 400 km, dok AM postaju udaljenu 1000 km čujemo bez problema - njeni su se radio valovi odbili od ionosfere i tako došli do nas.

Iz ovoga je jasno da će se sferici koji se nalaze udaljeni i par tisuća kilometara čuti bez problema u VLF prijemniku, jer njihova frekvencija (10 kHz) je niža od kritične (18 MHz). U mnogo slučaja takav sferik će se nakon odbijanja od ionosfere izobličiti i postati Tweek.

Postoje dakako izuzeci, kada se radio val od npr. 100 MHz može odbiti zbog sporadične ionizacije E sloja ionosfere. Sličan izuzetak postoji i u području radiovalova ispod navedene kritične frekvencije od 18 MHz. Naime Whistleri unatoč niskoj frekvenciji do svega 10 kHz nastanu baš tako što sferici prođu ionisferu.

Što je to VLF ?

Za komunikacijske potrebe radio valovima, efektno područje frekvencija rasprostire se od 3Hz pa do 300 GHz. I ono kao takvo, podijeljeno je na područja koja su propisana standardom ITU-a (International Telecommunications Union). A glase u skladu s tablicom ispod.