日食的電波觀測活動 ZT

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中國少有的實驗性信標台，BJ4HSE，歡迎提供信號報告

2009年7月18-22日，上海部分HAM將在東海之濱設立短波日全食信標台，
呼號BJ4HSE。
CRSA核准頻點3.515、7.025、14.110。21M的21.110作為備用。發射功
率50W。天線將使用1/4波長GP（3.515為中間加感的縮短型天線，天線長
度約為12米）。信標內容為BJ4HSE Total Solar Eclipse Beacon，PSE RPRT
TO BJ4HSE@Gmail.com等幅報。

本次活動由BY4AA牽頭，BA4DC提供技術支援，BG4CRN策劃及組織，
BG4ENK提供4根單波段GP天線，《上海FB論壇》網各位網友HAM提供部
分電臺設備，其他熱心HAM提供後勤等幫助，在此表示感謝。

在此懇請各位愛好者及HAM能提供日食前後的信號報告，包括但不局限與聲
音、視頻、文檔、圖片、表格等資訊，這裏先行致謝。
信號報告可以發郵件到BJ4HSE@Gmail.com，如果是視頻檔比較大，請將光
碟寄到上海市浦東新區龍陽路2277號12樓陳勇淩收，201204或來電商量報
告發送方式，電話15221229812。

對於7月18日－22日活動期間能與BY4AA/4建立連接完成QSO的HAM，
我們將簽發BY4AA/4的QSL卡片及BJ4HSE的守聽紀念卡。

請提供BJ4HSE信號報告的朋友及HAM，在提交報告的時候留下通信地址，我
們將寄發BJ4HSE的守聽紀念卡。

7月18日－22日BY4AA/4工作計畫：
7月18日到現場安裝天線設備，並計畫在下午開始on AIR，使用頻點7.060
－7.070、14.270-14.290。
7月19日on air使用頻點7.060－7.070、14.270-14.290。
7月19日UTC1200，由於信標台開始發射信標，如果現場沒有出現較大干擾
及有多餘電臺繼續工作，反之QRT。
7月22日UTC0600準備拆除信標台，同時BY4AA開始工作，UTC1200
BY4AA/4準備收設備QRT

歡迎廣大網友轉貼到各大論壇，謝謝！
__________________
會員號42821，呼號BG4CRN

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2009-06-15,
21:49
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42821
口水級火腿
(***)

加入日期:
2005-05-18
帖子: 194

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如何“傾聽” 日食
作者錢汝虎

日食“聽”得見嗎？
當一次日全食降臨之際，隨著日面漸漸被月球遮掩，明亮的天空會迅
速變暗，氣溫明顯下降，濕度上升，一些動植物也會表現出異常反應
--這都是我們能夠直接觀察到的日食效應。其實在日食期間自然界還
發生許多眼睛看不見的奇妙現象，需要借助望遠鏡以外的手段才能觀
測到。例如，天上的電離層也會由於日食而出現短暫而明顯的變化，
利用短波無線電通信設備--甚至一台廣播收音機，就可以進行這方面
的簡易觀測。
我們不妨把電離層的日食效應觀測通俗地稱為“聽日食”。與傳統的日
食光學觀測相比，“聽日食”有三個特點：
1. 基本不受天氣的影響，即使日食時烏雲密佈甚至下大雨，觀測仍
能進行（除非受到強雷電干擾）。
2. 如果設計和組織得當，觀測地域可大大超越全食帶。
3.
科學家對電離層的瞭解並不是非常透徹，而且“聽日食”的觀測與實驗
至今開展得並不多，所以這項活動的科學價值顯然高於已經有無數人
嘗試過的日食拍攝，觀測者獲得意外發現的幸運機會也比較多。
另一方面，“聽日食”也受到一些條件限制：
1. 觀測者需要具備一定的無線電知識和技能，特別是對短波通信有
所瞭解。
2. 若想真正進行具有科學意義的觀測，必須組織一個基本觀測網
路，分佈在相當大的範圍裏協同操作。
3. 對使用的器材設備有一定要求。
4．需要堅持較長時間觀測，日食之前以及之後的幾天都應該做同樣
觀測，以便日後對照，凸顯出日食的效應。

“聽”日食的科學原理
以前天文學家利用日食過程對太陽進行射電觀測，可以巧妙地測定某
些太陽射電特徵的具體位置，研究它們與日面上哪些可見細節相對
應。本文所說的“聽”日食則相對要簡單得多，不需要使用射電望遠鏡
直接
“收聽”太陽射電，而是通過地面上兩點（或多點）的短波無線電傳播，
間接地觀測地球電離層的變化，這有助於研究在日食時日-地關係的
短暫變化。
距離地面約50到1000公里的這一層地球高層大氣，就是電離層。
這裏的大氣分子和原子受到太陽紫外線、Χ射線和高能粒子的撞擊而
電離，產生了大量自由電子和正、負離子，形成一個等離子體區域。
從地面傳來的無線電短波進入這個區域，會改變傳播速度，發生折
射、反射和散射。
電離層自下向上可分為C、D、E、F1和F2層。E、F2層能反射無
線電短波，使短波電臺的信號傳到很遠的地方。但是D層卻對電波有
強烈吸收作用。由於D層位於E、F2層的下方，電波先通過它再到
達反射層，信號強度會受到衰減；而且電波的頻率越低（即波長越
長），衰減越嚴重。
一團電離氣體若要能夠反射電波，就不能含很多中性原子。因為自由
電子與中性原子碰撞，會使電波衰減。D層之所以吸收電波，就是因
為這裏的中性非電離粒子密度比E層要高上千倍，以至於一個電子平
均每秒鐘要同中性原子碰撞大約1千萬次！大白天，人們在10MHz
以下的短波頻段收聽不到遠方的電臺廣播，就是因為D層的吸收了遠
方的電波信號。
D層主要是太陽的紫外線和X射線輻射造成的，到了夜間就消失了，
這時在短波低頻段就能收聽到遠方電臺了。
D層的化學組成和物理性質都很複雜，但科學家對它研究得不夠，因
為D層的高度範圍大約為50-90公里，超過了飛機、氣球等航空器
飛行的極限高度，卻又低於衛星、飛船等航天器的軌道高度，很難對
它進行實地探測。發生日全食時，太陽輻射突然消失，又突然重現，
與日出、日落的過程既相似又有明顯差異，這就為我們提供了一種特
殊的探測機會。
由於短波廣播和通信都是靠電離層反射把資訊傳送到遠方的，如果我
們在日食時接收一個位於全食區（即月球本影內）用短波較低頻率發
射的電臺，根據所接收到信號的強度變化，就能推測出電離層在日食
過程中發生的變化。
當然，也可以在全食區內接受其他地方的電臺所發信號。但是從全食
區裏發射可以讓分散在許多地方（理論上是世界各地）的人來收聽，
實驗效果當然更好。

幾個實例
◆1970年3月7日美國南部發生日全食，佛羅里達大學的科學家在
業餘無線電臺愛好者的協助下，在全食帶經過的佐治亞州威克勞斯鎮
（Waycross,Georgia）設立一個75瓦功率的短波業餘電臺，用
3.570MHz頻率每隔4秒鐘拍發2秒長的等幅波信號，並定時間發
出本電臺的識別呼號；在南邊約190公里的佛羅里達州斯坦因哈奇
（Steinhatchee,Florida，也在全食帶上）設立了一個接收台，接收
並記錄來自佐治亞的電臺信標。為了得到該地區平時電離層的傳播規
律，在日食發生的前後幾天，以及在夜間，都進行了相同的通信實驗。
日食當天，佛羅里達州和佐治亞州的大部分地區天陰，令苦苦等待目
睹日全食奇觀的人們非常失望，可是這項電離層觀測卻獲得圓滿成
功，人們發現，全食時接收到的信標明顯增強，最大變化達到17dB，
與夜間傳播水平很接近。在全食時，信號強度呈現一段陡升線；生光
後，信號經過幾次起伏再出現陡降，但並沒有直接恢復到原先水平，
而是先有一個回升，再緩慢下降，而且在1小時裏一直高於日食前的
水平。信號最強的峰值出現在食甚8分鐘後，當時月影並不是在發射
台與接收台的正中點，而是位於威克勞斯鎮以北。

◆1997年3月9日早晨，位於我國最北端的邊陲小城漠河發生了
20世紀中國境內可見的最後一次日全食。我參加了中國天文學會和
黑龍江省科協組織的日食觀測專列前往漠河，不過我放棄了用望遠鏡
照相觀測，而是帶上我的業餘電臺，日食時在40米波段(7.0MHz)
連續發射等幅波信號，請各地業餘電臺監聽並記錄信號強度。
事後我收到許多收聽報告，其中有重要價值的約20件。從這些報告
中歸納出以下結果：
--距離漠河800公里之內的收聽者，都報告日食時信標明顯衰減。漠
河的全食時間是:
８時0２分34秒初虧，９時0７分40秒食既，9時09分30秒生
光，10時19分45秒複圓。黑龍江省的訥河、北安、大慶、伊春的
收聽者在8點26分至9點之間相繼聽到信標開始變弱；8點49分
至9點05分仍按同樣的順序聽到信標消失；9點25分左右，信標
微弱重現；9點40分至9點46分，信標驟然增強，恢復正常。
--大慶、慶安（也位於黑龍江省）的收聽者報告：全食前後一段時間，
1000公里之內的電臺幾乎都聽不到了；但是更遠的華北、華東、中
南地區電臺仍可清晰接受。北安市一位朋友對信標作了全過程錄音，
顯示全食前、後20分鐘裏，可以清楚接受到遠方海上漁民電臺的對
話，卻聽不到600公里之外的信標。
--在離漠河800-1200公里的區域，收到信標有幅度不大的衰減，全
食後信標強度回升比較明顯，發生時間約在9點15分至9點30分。
至於1200公里之外，多數報告認為信標變化不很明顯，雖有波動，
卻很難判定是否日食效應，因為平時短波傳播就不很穩定。有兩份報
告說信標明顯增強。
我試對上述現象作了分析：
在月球本影籠罩區域（即全食區）及周邊地區上空，電離層的F1層
有明顯變化，很可能短時間消失了（平時F1層在夜間消失）。波長
40米的電波信號就是經由反射傳播的。F1層的局部消失造成電波發
射不到鄰近地區，但是月影之外的F1層依然存在，所以與遠方的電
波聯繫還能反射傳播。
日食後，F1層的重新形成比全食結束要之後30分鐘左右，等待足夠
的太陽輻射來恢復電離濃度。不過一旦恢復，電子密度就增長極快，
所以有信號驟升現象。經驗豐富的業餘電臺愛好者知道，日出和日沒
時，往往有10分鐘左右的短暫時間可通聯到遠方電臺，這可能也是
電離層剛受到太陽照射時的活躍反應。

◆1999年8月11日，月球本影掃過歐洲，那裏也是世界上業餘無
線電通信最普及的地方。美國航宇局（NASA）早早呼籲日全食所到
之處的業餘電臺都來參與電離層實驗。比利時業餘無線電聯盟（UBA）
在比利時皇家氣象所（RMI）的科學家J.C.
Jodogne的指導下，分別在比利時西北部的Ghent和南部接近全食
帶的Arlon設置了兩個信標台，從8月7日至11日每天用40米、
80米和160米波段發射等幅波信標。各地愛好者用自己的接收機守
聽信標台，接收到的信號被送進電腦自動記錄下強度變化。
UBA請它的成員主要在40、80米波段上接收信標，因為160米波
段平時白天只有地波傳播，不通過電離層反射。
這次實驗最後獲得了約150份報告，絕大多數都是40、80米波段
的，但也收集到了足夠的160米波段變化資料。
圖一是在153公里外接收到40米波段信標的變化圖。在日出前後，
信標有短暫的驟升驟降，以後雖有起伏，但總是維持一定的強度；直
到日面被月球遮住一半以上時，信標急劇衰減，在全食區250公里範
圍內都觀測到信標下降23-26dB，並且消失了1.5小時左右，而後
又陡然回升近30dB，恢復正常水平。
這個波段上觀測到的過程和1997年漠河日全食時我們觀測到的完全
相符。

在80米波段，剛剛初虧就接收到信標開始增強，全食時信標激增達
到26dB；全食結束大約1小時後日面複圓，信標完全恢復到平時水
平。
圖二顯示了175公里外接收到的信標變化情況。

在160米波段，觀測到信標激增基本上與短暫的全食同步，分佈在
50 -
1000公里範圍裏的接收台都觀測到了為時30分鐘到超過2小時不
等的信標增強現象，最大增幅30 -
60dB。全食結束後大約30秒鐘內，信號就開始衰減了。

2008-2010 我們能做些什麼？
2008、2009和2010年，我國境內將連續發生三次日全食或日環
食，這是幾百年難遇的觀測資源，業餘觀測者除了開展傳統光學攝影
觀測外，更應該積極創新，打開新的觀測視窗。由於日食將接二連三
出現，有利於我們反復嘗試，在實踐中及時總結、改進、提高，在較
短時間裏積累經驗、取得成果。
根據我國的具體情況，業餘條件下的日全（環）食電離層實驗可以在
兩個層面上開展。
1. 天文愛好者和無線電通信愛好者聯手，利用業餘電臺觀測日食
業餘電臺是20世紀國際很流行的一項活動，1990年代在我國重新
興起，發展迅速。現在許多大中城市的青少年活動中心、學校等建立
了集體業餘電臺，並有數以千計的無線電通信愛好者通過培訓、考
核，取得了業餘電臺操作證書，開設了政府部門核准的個人業餘電
臺，其中不少人也是天文愛好者。若能在全食區設立短波業餘電臺連
續發射信標，就可供各地愛好者接收，如上文所介紹。
這項工作需要很好地組織和發動。1997年漠河日食時，我們在一無
經驗、二無資料的情況下倉促上馬，得到各地愛好者的支持，獲得了
一些結果。但這次實驗存在的不足是顯而易見的：發動和組織不夠，
包括我自己在內的參加者都缺乏培訓和切磋，實驗的硬體和軟體都很
簡陋，這些欠缺最終導致沒有獲得定量的實驗資料。我在事先根本沒
預料到，40米波段的信號在近距離會明顯衰落甚至完全消失。
目前，一些通信愛好者正策劃在2008年8月1日的全食帶上設立播
發信標的業餘電臺，這方面的進展，包括提供自動記錄信標強度的軟
體，會隨時在業餘通信網站上公佈（例如“哈羅CQ火腿社區”、“QRZ.
中國”等）。
國家無線電管理法規規定，只有獲得業餘電臺操作證書，才可以使用
有執照的業餘電臺發射電波，但是並不禁止無證人員接收業餘電臺信
號，所以你可以用一架收信機接收信標。只是普通的收音機收不到等
幅波信號，現在市場上有德勁DE1102、DE1103、DE1121,
凱隆KK-S500, 德生PL600，索尼7600等收音機都有這項功能。
DE1121還帶有MP3,可以直接將接收內容錄音。
有了合適的接收機，你還得學習一些業餘通信知識和收聽技巧，這方
面的資料很容易在業餘通信網站上找到。當然，如果你能找到對這項
實驗有興趣的無線電愛好者（特別是呼號首碼為BY的集體業餘電臺）
合作，問題就簡單多了。
2．收聽日全食的最簡單方法
如果你沒有專用的短波收信機或能收到信標的收音機，那麼就試試用
普通收音機“收聽日食”吧！
A. 用收音機接收一個位於全食區內的短波廣播電臺。
對於2008年8月1日日全食，最理想的信標是從陝西省蒲城發射的
國家授時中心BPM標準時間標準頻率信號。該台發射頻率為
2.5MHz，5.0MHz，10MHz，15MHz，交替全天24小時連續發播。
這個時號在國內很容易接受到，也很少有干擾。它在半點鐘和整點鐘
到來時，先播發BPM的摩爾斯電碼，然後有女聲播報BPM呼號等內
容。
推薦接收2.5MHz、5.0MHz的時號。注意，離蒲城太近的觀測點會
接收到來自發射台的地波信號，從而抵消了日食效應。
B.
用中波收音機接收位於全食區內、發射頻率在1600KHz附近的廣播
電臺。由於日食發生在白天，在日食前可能收不到這個電臺，你應該
在前一天夜間把收音機調諧在這個電臺，然後就注意不要觸碰調諧旋
鈕了。在日食過程中接通電源，監聽該台信號有沒有出現或增強（事
先必須確認該台在日食期間是否廣播）。
以上講的都是全食區外愛好者的實驗方法。對於全食區內的愛好者，
可以接收全食區外的廣播電臺進行監聽，可選的對象很多，主要考慮
發射頻率和信號強度是否合適。

3. 幾點提示
不管你採用什麼方法收聽，都需要注意下列要點。
A．在日食前後兩三天的同一時段都應該堅持收聽並記錄信號變化，
以便事後對照、分析。
B.
接收點離公路、高壓輸電線等干擾源越遠越好，避免汽車火花塞、交
流輸電等干擾。接收機最好用電池供電，避免來自輸電線路的干擾。
在接收機近旁不要用日光燈、節能燈、亮度可調節的臺燈照明，這些
燈具都會發出干擾電波。給接收機接上良好的地線，可以減少干擾雜
訊。
C. 業餘電臺的發射功率比較小，所以接收機得接上合適的室外天線。
D. 如果你的接收機有自動增益控制（AGC）開關，應該將它斷路。
因為這個電路會在信號不穩定時自動補償，削弱我們需要觀測的信號
波動。
E. 如果不是把信號送進電腦處理，可以用收錄機、錄音筆或MP3把
整個日食過程的信號變化記錄下來，事後反復重播分析。
__________________
會員號42821，呼號BG4CRN