Este mapa da NOAA aborda o impacto operacional do fluxo de raios X solares e eventos SEP na comunicação de rádio HF. Comunicações de longo alcance usando ondas de rádio de alta frequência (HF) (3 – 30 MHz) dependem da reflexão dos sinais na ionosfera. As ondas de rádio são tipicamente refletidas perto do pico da camada F2 (~300 km de altitude), mas ao longo do caminho para o pico F2 e de volta o sinal da onda de rádio sofre atenuação devido à absorção pela ionosfera interveniente.
O modelo D-Region Absorption Prediction é usado como orientação para entender a degradação de rádio HF e os apagões que isso pode causar.

Impacto do fluxo de raios X solares na propagação de ondas de rádio

O fluxo de raios X solares desempenha um papel significativo em afetar as condições de propagação de ondas de rádio, especialmente nas altas frequências (HF) . Este fenômeno está diretamente relacionado à atividade solar, particularmente às erupções solares, que emitem radiação em uma ampla faixa de comprimentos de onda, incluindo raios X. Aqui estão os principais impactos do fluxo de raios X na propagação de ondas de rádio:

Ionização da camada D na ionosfera

• A radiação de raios X das erupções solares penetra nas camadas superiores da atmosfera da Terra, particularmente na camada D da ionosfera.
• Raios X de alta energia podem aumentar temporariamente a densidade de elétrons na camada D, que absorve ondas de rádio, particularmente na banda HF (3-30 MHz).
• Consequência: Quando o fluxo de raios X é alto, ele pode causar aumento na absorção de sinais de HF , especialmente no lado diurno da Terra, tornando as comunicações de HF de longa distância mais difíceis ou impossíveis. Esse efeito é chamado de blecaute de rádio HF .

Perturbações de Curto Prazo

• O fluxo de raios X pode desencadear Perturbações Ionosféricas Súbitas (SIDs), que afetam rapidamente a propagação de ondas de rádio HF.
• Essas perturbações podem levar a interrupções de comunicação de curto prazo ou, em casos extremos, a apagões completos que duram de minutos a horas.

Efeito nas comunicações VHF e UHF

• As bandas VHF e UHF (30 MHz a 3 GHz) são geralmente menos afetadas por interrupções de raios X, pois não dependem da reflexão ionosférica para propagação de longa distância.
• Entretanto, em casos extremos, a degradação ionosférica global também pode afetar as transmissões VHF, particularmente para sistemas de navegação e posicionamento (como GPS), devido a perturbações ionosféricas .

Relação com erupções solares

• Quando o fluxo de raios X aumenta repentinamente devido a uma explosão solar , ele pode causar interrupções na propagação de ondas HF. As erupções solares de classe X são as mais intensas e frequentemente causam apagões globais de HF .
• As erupções de classe M também podem afetar a propagação, embora seu impacto seja normalmente localizado e de menor duração.

Impacto na propagação pela intensidade do fluxo de raios X

• Baixo fluxo de raios X: as comunicações HF são geralmente boas, com perturbações mínimas.
• Fluxo moderado de raios X: Aumento da absorção na camada D, causando leve degradação na propagação de HF.
• Alto fluxo de raios X (classe M ou flare X): Interrupções severas na propagação de HF, incluindo apagões temporários, especialmente no lado iluminado do Sol da Terra.

O fluxo de raios X solares pode ter um efeito disruptivo significativo na propagação de ondas de rádio, especialmente em bandas de HF. No caso de alto fluxo de raios X, pode levar ao aumento da absorção do sinal de HF, dificultando ou impossibilitando a comunicação de longa distância. Os operadores de rádio monitoram de perto os índices de fluxo de raios X para antecipar essas interrupções, especialmente durante períodos de maior atividade solar .

O Conteúdo Total de Elétrons (TEC) é o número total de elétrons presentes ao longo de um caminho entre um transmissor e receptor de rádio. As ondas de rádio são afetadas pela presença de elétrons. Quanto mais elétrons no caminho da onda de rádio, mais o sinal de rádio será afetado. Para comunicação de terra para satélite e navegação por satélite, o TEC é um bom parâmetro para monitorar possíveis impactos do clima espacial.
O TEC é medido em elétrons por metro quadrado. Por convenção, 1 Unidade TEC TECU = 10^16 elétrons/m². Os valores verticais de TEC na ionosfera da Terra podem variar de algumas a várias centenas de TECU.

O TEC (Total Electron Content) é um parâmetro chave na avaliação da propagação de ondas de rádio, particularmente nas bandas HF (altas frequências) , VHF e UHF . Ele representa a quantidade total de elétrons em uma coluna vertical da ionosfera, geralmente expressa em unidades TEC (1 TECU = 10 ¹⁶ elétrons/m²).

Papel da TEC na propagação:

Efeito na refração da onda HF:

Nas bandas HF, as ondas de rádio podem ser refletidas ou refratadas pela ionosfera, permitindo comunicação de longa distância. Quanto maior o TEC, mais densa a ionosfera é com elétrons, o que permite que essas ondas se propaguem por distâncias maiores.

Quando o TEC é alto, as ondas HF podem ser refratadas em ângulos maiores, permitindo melhor propagação em longa distância. Por outro lado, quando o TEC é baixo, a propagação das ondas HF pode ser limitada.

Efeito no atraso e distorção do sinal GNSS (GPS):

TEC afeta sinais nas bandas VHF e UHF, como aquelas usadas por sistemas GPS. Um alto conteúdo de elétrons pode causar refração excessiva e atrasos em sinais, degradando a precisão posicional. Para comunicações de rádio, isso pode resultar em mudanças de fase, interferência e perda de sinal.

Perturbações ionosféricas:

Variações rápidas em TEC, frequentemente causadas por tempestades solares ou perturbações geomagnéticas, podem causar flutuações na propagação de ondas de rádio, particularmente para comunicações de longa distância através da ionosfera. Essas perturbações podem resultar em desvanecimento ou interrupções totais da comunicação.

Interação do TEC com índices geomagnéticos (A, Kp):

Quando há uma tempestade geomagnética (alto índice A), a densidade de elétrons em partes da ionosfera pode aumentar ou mudar, afetando diretamente o TEC. Geralmente, a forte atividade solar que aumenta o fluxo de rádio (como o fluxo de 10,7 cm) também aumenta o TEC, o que pode melhorar a propagação de HF.

Entretanto, perturbações na ionosfera relacionadas a um alto índice Kp (atividade geomagnética) podem desorganizar a distribuição de elétrons, tornando a propagação de ondas de rádio mais inconsistente e imprevisível.

Resumo do papel da TEC:

Alto TEC : Melhor propagação de ondas HF, mas pode causar defeitos nas bandas VHF/UHF (distorção do sinal GNSS).

TEC baixo : a propagação de HF é limitada, mas as bandas mais altas (VHF/UHF) são menos afetadas.

Portanto, a TEC desempenha um papel importante na melhor previsão da propagação, especialmente em combinação com outros índices solares e geomagnéticos.

Interpretação da Propagação de Ondas de Rádio

A interpretação da propagação das ondas de rádio com base nos índices fornecidos na tabela acima (fluxo de rádio de 10,7 cm, índice A planetário, índice Kp) pode ser feita com base em vários critérios:

Fluxo de rádio a 10,7 cm (em unidades sfu)

O fluxo de 10,7 cm mede a atividade solar. Em geral, quanto maior o fluxo, melhor a propagação das ondas de rádio de alta frequência (HF).

• < 100: Condições precárias.
• 100 a 150: Condições moderadas.
• 150 a 200: Boas condições.
• > 200: Condições muito boas.

Índice Planetário A

O índice A mede a atividade geomagnética em uma escala linear. Um índice A alto indica maior instabilidade geomagnética, o que pode afetar negativamente a propagação de rádio.

• 0 a 7: Baixa atividade geomagnética, boas condições.
• 8 a 15: Atividade moderada, condições variáveis.
• 16 a 29: Atividade perturbada, condições precárias.
• > 30: Tempestade geomagnética, condições muito precárias.

Índice Kp

O índice Kp mede a atividade geomagnética em uma escala logarítmica (0 a 9). Um índice Kp baixo indica uma atmosfera mais estável, favorável à propagação.

• 0 a 1: Condições calmas, muito boas para propagação.
• 2 a 3: Condições moderadas.
• 4 a 5: Condições perturbadas.
• > 5: Condições de tempestade geomagnética, propagação difícil.

Método de Interpretação Geral

Se o fluxo de rádio for alto (próximo ou acima de 150) e os índices A e Kp forem baixos (A < 8 e Kp ≤ 3), a propagação será boa a muito boa.

Se o fluxo de rádio for baixo (abaixo de 100) ou se os índices A e Kp forem altos (A ≥ 15 ou Kp ≥ 4), a propagação será ruim.