Interessengemeinschaft Pichofunk
igpichofunk.org

1x1 der Es-Funkerei

1. Unverstanden und deshalb interessant?
In unserer Athmosphäre und der sich anschließenden höheren Ionosphäre treten einige Phänomene auf, die wir Menschen (noch?) nicht eindeutig erklären können. So sind z.B. die Klimaauswirkungen der menschlichen Technikentwicklungen, aber auch die Ausbildung von Beugungschichten, sporadisch auftretende E-Schichten,   für VHF-Funkwellen trotz leistungsstarker Computer nur in einfachsten Modellansätzen simulierbar.
Simulationen sind immer nur mathematische Näherungslösungen, die durch Ausnutzung von Rand- und Nebenbedingungen für stark vereinfachte Modelle der Wirklichkeit ein brauchbares Ergebnis liefern. Dabei spielen die Kosten für die Herstellung und Nutzung der wenigen wirklichen Supercomputer (Maßeinheit der Leistungsfähigkeit: Peta-Flops = 1015 Gleitkommaoperationen je Sekunde) leider immer noch die entscheidenste Rolle.

Exakte mathematisch-physikalische Berechnungen, z.B. durch vollständige Lösung umfangreicher analytischer Gleichungssysteme erfordern deutlich mehr Rechenleistung, als alle bekannten Superrechner unserer Erde gemeinsam aufbringen könnten.
Die, unserem aktuellen menschlichen Naturwissen angepasste, wissenschaftliche Beschreibung besteht aus komplexen mathematischen (Chaostheorie in der Troposphäre) und physikalischen (Plasma- und Quantenphysik in der Ionosphäre) Gleichungssystemen, die wir (noch?) nicht analytisch lösen können.
Das muß man als Einwohner dieses 3. inneren Planeten im Sonnensystem einfach akzeptieren und seine Schlußfolgerungen für sein Klima- und Funkverhalten treffen.

Funker waren aber immer auch Pioniere und haben einfach durch Beobachtungen und einfachste Messungen eine Menge Fakten zusammengetragen, die als Basis für einfache Erklärungsansätze der Es-Schichtung herangezogen werden.
Hier entsteht eine kleine Literaturliste mit den besten Zusammenfassungen dieses weltweiten Wissens:
- DL8HZC:  Joachim Kraft  DUBUS bringt regelmäßig eine Statisik aller 50&144-er Es-Öffnungen des Vorjahres
- DG2KBC: Ansgar Moeding  MMMonVHF  stellt alle 144-er Öffnungen seit 1976 monatsweise online zur
  Einsicht und bringt Excel-Statistiken dazu
(wird weiter ausgebaut)

2. Was braucht es für Es-Ausbildung?
Die wichtigste Zutat ist der Plasmastrom von unserer Sonne, unterteilt in schnellen und langsamen Sonnenwind. Gravitation und Bahndynamik (Umlaufbahnen = Ellipsen) sorgen für eine spiralförmige Strömung im Sonnensystem nach Außen:

Quelle: www.swpc.noaa.gov/phenomena/solar-wind

In den  ca. 3 Jahren des Minimums der Sonnenaktivität (aktueller Zyklus: 2019 ... 2022) kommt unbedingt der Eintrag von Metallionen aus Mikrometeoriten dazu. Diese wenige mm großen Gesteinsbrocken enthalten  Metallerze, die beim extrem schnellen Auftreffen auf unsere Athmosphäre durch Reibungswärme verdampfen.
Das erfolgt in einer mittleren Höhe von ca. 90km, die typisch für Es-Wolkenausbildung ist:

Quelle: NASA-Space Center Colorado
Abhängig von der Anzahl der Mikrometeoriten gibt es über das gesamte Jahr verteilte Häufungen in Form von Meteoritenschauern. Ausserhalb der "Es-Hauptsaison" von Mitte April bis Ende Juli ist der Zeitraum dieser kräftigen Schauer die 2. wichtige Information für eine Es-Prognose.

Jetzt brauchen wir nur noch eine stabile Wärmeeinstrahlung (Inrarot im Spektrum der Sonne) über 1 bis 2 Tage und damit die Erwärmung der Landmasse. Dadurch steigt warme Luft (geringere Dichte als kalte Luft) sehr schnell in große Höhe auf und verdichtet dabei den Gehalt an Metallionen von unten. Die Auswirkungen dieser Tiden beschreibt die Rubrik 50 Mhz.

Im Ergebnis beginnt die Beugung langwelligerer Funkwellen in typisch 90km Höhe im klassischen Kurzwellenbereich, beobachtbar ab 14Mhz, da unsere Atmosphäre im Sonnenminimum in frühen europäischen Morgenstunden noch nicht für F2-Sprünge tauglich ist. Sie steigt mit dem Forcieren der 3 "Zutaten" in der Frequenz systematisch an:

Damit bestimmen lokal über Europa ausgebildete MUF-Regionen = Gebiete maximal nutzbarer Frequenz, ob wir auch für Einfach-Sprünge (1.000km bis 2.000km) in typischen Europa-QSOs zum Zuge kommen.

3. Wie kann man die Es-Wahrscheinlichkeit abschätzen?
Die NASA-Sonnensatelliten STEREO A und B messen den aktuellen Sonnenwind und daraus wird eine 6 Tage Vorhersage berechnet:

In einer Animation kann man sich das Eintreffen (Dichte und Geschwindigkeit) auf der Erde ansehen.
Je dichter das Plasma, des jetzt im Sonnenminimum nur langsamen Sonnenwindes, und je schneller die Teilchen unsere Atmosphäre treffen, umso höher wird die Wahrscheinlichkeit für Es.

Je nach Wetterlage kann man nun unter Zugabe von 1...2 Tagen ein Es-Fenster "peilen".
Trifft kein nennenswertes Plasma mehr auf die Erde, nimmt auch die Es-Wahrscheinlichkeit nach ca. 1 ... 2 Tagen wieder ab.
Erst Mitte Juni kombinieren sich die Meteoritenströme und die Wärmeeinstrahlung (21.Juni = längste Tagesdauer im Jahr) so, dass der Sonnenwind etwas an Bedeutung verliert.

Die Meteorströme werden auch durch das Weltraumradar GRAVES in Frankreich (10kW @ 143,050Mhz)

erfasst und die Echos kann man auch selbst empfangen und für die eigene Prognose verwenden. Eine sehr gute Anleitung von DK5EC findet man hier.

Die großen Meteoritenschauer sind in der Draufsicht auf unser Sonnensystem mit Zeitangabe darstellbar. So bekommt man einen visuellen Eindruck vom Eintreffen auf der Erde:


Beginnend mit dem 20m-Band kann man nun durch die zahlreichen DX-Robots über den Tag beobachten welche MUF gerade erreicht wird:
14Mhz:  08:00 ... 10:30 MESZ
21Mhz:  09:30 ... 11:30 MESZ
28Mhz:  09:00 ... 12:30 MESZ
50Mhz:  11:00 ... 14:00 MESZ
70Mhz:  12:00 ... 15:00 MESZ
So kommt man schon zum Beginn einer Es-Öffnung, egal auf welchem Band, zu seinen QSOs.
Im DX-Maps und anderen Darstellungen im Internet erscheinen nie alle möglichen Verbindungen und sie sind auch max. 1 Stunde alt. Verlässt man sich nur darauf, so verpasst man alle kürzeren Öffnungen.

Wenn 50Mhz im Sonnenminimum schon ab ca. 09:00 MESZ offen ist, lohnt sich die Beobachtung auf 144 Mhz!
Treten jetzt noch über dem Atlantik (Westeuropa) oder im Mittelmeerraum Gewitter auf, erhöhen Blitze in Richtung Ionosphäre, sogenannte Elfen (Elves) und Kobolde (Sprites) die Häufigkeit für Es-Mehrfachsprünge auf 50Mhz sehr stark:

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/93/Lightning_sprites.jpg

Jetzt wird es Zeit den Beam Richtung Amerika oder Afrika zu drehen und auf sehr leise Signale (TRX mit Spektrum-Display) zu achten. Dabei sind QSOs in die Karibik oder nach Südafrika, auch im Sonnenminimum, in CW oder SSB möglich.

Eine ganz besondere Ausbreitungsart sind transäquatoriale Verbindungen (TEP), bei denen die immer höhere Erwärmung um den Äquator gleich für mehrere benachbarte Es-Wolken sorgt:

Quelle: Funkamateur 5/2000 S.531
So werden beim Auftreten kräftiger Meteoritenschauer, verteilt über das gesamte Jahr, immer wieder 28 Mhz-TEP-Verbindungen nach Südamerika und Afrika möglich, obwohl das 10m-Band eigentlich keine Kurzwellen-typische Ausbreitung zulässt.

In den Jahren minimaler Sonnenaktivität werden die Effekte der Es-Ausbildung erst "völlig ungestört" sichtbar.
Mit steigender Sonnenaktivität reicht die Ionisierung immer häufiger auch für 50Mhz Beugung an der dann wieder auftretenden F2-Schicht aus, die mit mittleren 400km deutlich höher auftritt als die Es-Schichten bei ca. 90km Höhe über der Erdoberfläche.
Das magische 6m-Band ist dann wieder den Kurzwellenbändern ähnlicher.

Frank
DL5DSB