Ko Markoni nezināja

2023. gada jūlijā man bija iespēja apmeklēt Kornvolas grāfisti Anglijā. Tur pagājušā gadsimta sākumā Gulielmo Markoni veica dažus savus radio eksperimentus. Biju divās vietās – Poldhu raidošajā stacijā un Lizard Pont. Lizard Point ir galējais Anglijas dienvidu punkts un tur tika izveidota viena, no vēlāk 12 stacijām, sakariem ar kuģiem jūrā. Poldhu ir kādus 30 km no Lizard Point un tur tika uzbūvēts radītājs un izveidots antenu lauks pirmā transatlantiskā radiosakara veikšanai. Fiziski abas vietas ir plaknes, kas atrodas uz jūras stāvkrasta, kādus 40 – 50 metrus virs tās. Šobrīd tur ir piemiņas vietas – muzeji un Poldhu ir amatieru radiostacija GB2GM.

Radio attīstība ap aizpagājušā gadsimta beigām bija pārgājusi stadijā, kad sāka pētīt, kā ar to ir iespējams sazināties arvien lielākos attālumos, un no kā tas ir atkarīgs.

Londonas Pasta Ofisa atbalstītie Markoni eksperimenti progresēja strauji. 1897. gada martā tika aizraidīts pāri Sailsbury Plain – 5 km, Maijā pāri Bristoles kanālam – 14 km un oktobrī no Bath uz Salisbury – 54 km. Pa to laiku Markoni bija saņēmis patenti, nodibinājis savu kompāniju un zaudējis Pasta Ofisa atbalstu.

Par jaunās kompānijas kapitālu viņš 1897. gadā Wightas salā (Lamanša kanālā, 35 km no Portsmutas), viesnīcas Royal Needles hotel istabiņā izveidoja pirmo pastāvīgo radiostaciju, uzbūvēja 50 metrus augstu mastu ar skatu uz Alum Bay līci un noīrēja laiviņas, kuras aprīkoja ar antenām un aparatūru. Viņa nākošais mērķis bija apgūt jūras sakarus. Nākošos 2.5 gadus viņa radiostacija darbojās no šīs viesnīcas. 1897. gada decembrī ar laiviņām līcī tika nodibināti puslīdz droši radiosakari.

1898. gada janvārī Markoni noorganizē nākošo raidstaciju Bornmutā (Burnemouth), kur ārstējās Anglijas premjerministrs Viljams Gladstons (William Gladstone). Kad sniega vētra sarāva telegrāfa vadus uz Bornmutu, Markoni no savas stacijas Needlesā pārraidīja jaunumus abos virzienos (un izveidoja pirmās radio ziņas).

Eksperimenti no Needlesas turpinājās un tika sasniegts 64 km pārraides attālums jūrā. Zinātnieki sāka masveidā apmeklēt šo staciju, arī augstas zinātnes prominentes, kā Lords Kelvins un otrais Lords Tenisons. Lords Kelvins nosūtīja telegrammu caur Bornmutu uz Glāzgovu par neiedomājamiem sasniegumiem, kas Markoni reitingu zinātnieku vidū strauju paaugstināja. Lords Kelvina arī samaksāja par sūtījumu vienu šiliņa monētu, padarot to par pirmo komerciālo radiopārraidi.

Markoni slava auga un bija jāsāk kalpot Karaļnamam. Karaliene Viktorija vēlējās sazināties ar savu dēlu, Velsas princi Albertu Eduardu VII, kas tobrīd braukāja apkārt ar Karalisko jahtu. Tika izveidota stacija Karalienes brīvdienu rezidencē - Osborne House, East Coves, Wightas salā. Otra stacija uz jahtas. Karaliene esot bijusi sajūsmā un apmainijusies ar vairāk, kā 160 telegrammām.

1899. gadā notikumi strauji progresē – gar Anglijas austrumu krastu kuģu gaismas bākās tiek uzstādīti raidītāji un antenas, notiek pirmā komerciālā pārraide kuģis – krasts, pirmā kuģa glābšana, pirmā reize, kad pielietots starptautiskais glābšanas signāls (liekas - CQD) un pirmā pārraide uz Franciju (50 km, radiosakars ar citu valsti).

1899. gada 15. novembrī Markoni atgriežas no ASV ar kuģi SS "St. Paul" un 80 km no Islandes viņš uztver Needlesas staciju un saņem tik daudz informācijas, kas pietiek pirmajai avīzei, kas izveidota jūrā – The Transatlantic Times.

1900. gadā Markoni kompānija bija pārtērējusies un tuvu bankrotam. 26. maijā notika pēdējā pārraide no Needles hotel radiostacijas, aparatūra no turienes tika demontēta un aizvesta turpat Wightas salā uz Knowles farm pie St. Catherines bākas, kur tā atkal tika uzstādīta. Pats Markoni dzīvoja Nitonā, Royal Sandrock Hotel, kur turpināja pētījumus. Tieši šeit viņš izveidoja pirmo selektīvi skaņoto raidītāju, kas stipri samazināja nevēlamos izstarojumus ēterā.

Pasūtījumi pēc kuģu radio sāk pieaugt, materiālais stāvoklis uzlabojas un Markoni investē nākošās 50000 mārciņas jaunā fantastiskā projektā. Viņa mērķis ir izveidot divas stacijas – vienu Lizard pussalā Kornvolā un otru Cape Cod, Masačūsetsā, ASV, un nodibināt radiosakarus pāri Atlantijas okeānam.

1901. gada 23. janvārī 4.30 no rīta tiek uzstādīts jauns rekords – radiosakars 299 km attālumā, no Knowless farm Wightas salā ar jauno staciju Kornvolā. Tas sašķobīja zinātnisko pieņēmumu, ka radioviļņu izplatība notiek tikai pa taisnēm. Vilnis kaut kā "apliecās ap zemi", vai izplatījās pa zemes virsmu, sekojot tās profilam, vai "izlīda caur zemi". To zinātnieki tobrīd izskaidrot nevarēja, bet Markoni turpināja.

Raidošā stacija transatlantiskajai pārraidei tika izveidota Lizard pussalā 8 km no Helstonas, Tur uz 20 ha zemes tika uzbūvēta konusa veida antena ar divdesmit 61 metrus augstiem mastiem un profesors Džons Ambroze Flemings izveidoja dzirksteļspraugas tipa raidītāju.

Līdzīga stacija bija izveidota South Wellfleet, Cape Cod, Kanādā. 1901. gada augustā viss bija gatavs.

Īsi pirms Markoni devās uz Ameriku, notika nelaime. Vētra 1901. gada 17. septembrī salauza visu Poldhu stacijas antenu. Lai turpinātu eksperimentu, tika uzstādīta pagaidu antena ar diviem 61 metru augstiem mastiem starp kuriem tika uzstādīta vēdekļa veida antena (Fan shape).

Nelaimi piemeklēja arī Cape Cod staciju – tur vētra antenu salauza 26. novembrī.

1901. gada 6. decembrī Markoni ar dieviem asistentiem ieradās Cape Cod, bet tur antenu atjaunot nebija reāli. Markoni izvēlējās citu vietu uztverošajai stacijai – Ņufaundlendu Kanādā (Signal Hill, St. John's, Newfoundland). Tur barakās, netālu no ostas tika izvietota uztverošā iekārta. Attālums līdz Poldhu ir aptuveni 3500 km.

Bija sarunāts, ka no Poldhu stacija, sākot ar 11. decembri katru dienu no 3.00 līdz 7.00 PM GMT ēterā telegrāfā tiks raidīts burts "S" (trīs īsi impulsi, telegrāfa punkti), ko Markoni mēģinās saklausīt Amerikas krastā.

10. decembrī Markoni mēģināja pacelt antenas vadu ar gaisa pūķi, bet stiprie vēji pūķi salauza. Tuvojoties norunātajam laikam – 11. decembrim, Markoni ar savu asistentu antenas vadu pacēla vertikāli gaisā ar gaisa balonu, bet neko nesaklausīja. Viņš mēģināja mainīt detektorus (to bija trīs), bet pa to laiku balons nokrita un nelabojami saplīsa. 12. decembrī Markoni centās pacelt antenu ar nākošo pūķi, bet to aizpūta prom. Trešais pūķis, ar 150 m garu antenas vadu, pacēlās un turējās veiksmīgi. Markoni un viņa asistents Kemps sāka klausīties ēteru. Pirmo signālu viņi saklausīja 12.30 tad 1.10 tad 2.20 (dienā, vietējais laiks) . Faktu Markoni ierakstīja savā dienasgrāmatā. Nākošajā dienā – piektdienā, 13. decembrī viņi dzirdēja 11 tādus signālus, bet nākošajā dienā – nevienu.

Pirmdien, 16. decembrī par faktu Markoni paziņo presē un steigā novāc savu aparatūru, lai pārvestu to uz citu pozīciju. Protests Markoni darbībai pienāca pilnīgi no negaidītas puses. Angļu – Amerikāņu telegrāfa kompānija, kurai piederēja transatlantiskais zemūdens telegrāfa kabelis, un ekskluzīvas 50 gadu tiesības uz telegrammu pārraidi starp kontinentiem draudēja iesūdzēt Markoni tiesā par tiesību pārkāpumu. Markoni izlocījās, ka tas ir bijis tikai eksperiments un nekādu tekstu viņš neesot pārraidījis. Tiesības ir bijušas noslēgtas no 1854. līdz 1904. gadam un bija vēl nedaudz jāpagaida.

Markoni paziņojums par signālu saklausīšanu Amerikas krastā izraisīja divejādu reakciju. Bez apsveikumiem bija arī rinda zinātnieku, kas zinātniski oponēja šāda sakara iespējamībai. Aleksandrs Bells, Čārls Steinmeczs, Mihails Pupins un Tomass Edisons atklāti ironizēja par Markoni uzdrīkstēšanos.

Ņemot vērā ažiotāžu, Markoni 1902. gada janvārī, klusu, neafišējot, ar motorkuģi RMS Filadelfia atkārtoja eksperimentu. Signālu klausīties viņš sāka no Poldhu, un tā aizbrauca līdz Glace Bay, Nova Scotia, Kanādā. Šajā braucienā viņš atklāja daudz ko jaunu. Pirmkārt signāls pazuda nedaudz aiz horizonta. Otrkārt – signāls atkal kaut kādos apgabalos parādījās. Un treškārt – dienā un naktī signāls izplatās dažādi. Gala mērķī – Glace Bay viņš signālu dzirdēja, bet jau – kaut kādu dīvainu un atkarīgu no diennakts laika.

Izrādās, ka te savu lomu spēlēja ap zemi esošā atmosfēra.

Jādomā, ka Markoni kaut ko tādu nojauta, bet uz transatlantisko sakaru oponentu jautājumiem neko konkrētu atbildēt nevarēja.

Īsumā, kas tad ir ar to atmosfēru (no fizikas grāmatām):

Atmosfēra, no grieķu atmos (tvaiks) un sphaira (lode) ir gāzveida apvalks, ko zeme ar savu gravitāciju notur ap sevi. Atmosfēra sastāv no gāzēm – slāpekļa, skābekļa, argona, oglekļa dioksīda un vēl dažām citām, ļoti mazās koncentrācijās. Aptuveni 3 % no atmosfēras ir ūdens tvaiks, kas mainās atkarībā no attāluma līdz zemei. Vēl atmosfērā ir sīkas pelnu, putekļu un sāļu daļiņas, augu putekšņi un mikroorganismi (dažādi aerosoli). Atmosfēras gāzu maisījumu nodrošina pati zeme ar, uz tās notiekošajiem procesiem – organisko vielu pūšanu un fotosintēzi. Šo maisījumu kopā sauc par gaisu.

Atmosfēras sastāvā esošais ūdens tvaiks ir svarīga tā sastāvdaļa. Tas absorbē saules starojumu un aiztur zemes siltuma starojumu, respektīvi – uztura un izlīdzina temperatūru uz zemes (šobrīd vidējā ir 14 oC). Atmosfērā sastāvošais ūdens tvaiks, atkarībā no attāluma līdz zemes jūras līmenim, ir mainīgs. Tvaika daudzums atmosfērā maina kopējo gāzu īpašības un veido tajā četrus slāņus un trīs starpslāņus. Galvenais parametrs pēc kā iedala šos slāņus ir temperatūras gradients, kas nosaka kurā virzienā mainīsies temperatūra ceļoties augstāk no zemes. Slāņos mainās arī gāzes koncentrācija un sastāvs.

Zemei tuvāko slāni sauc par Troposfēru. Tās augstums ir 7 - 15 km, un tā satur 80% no visas atmosfēras masas. Troposfērā notiek gaisa masu pārvietošanās visos virzienos un tā sajaukšanās. Te atrodas arī gandrīz visi ūdens tvaiki un notiek zemes klimata veidošanās – cikloni, anticikloni, vējš, mākoņi, migla, nokrišņi utt. Troposfēru raksturo: temperatūras gradients -6.45 oC /km (negatīvs), temperatūra apakšējā slānī ~14 oC, temperatūra augšējā slānī ~ -56 oC, atmosfēras sastāvs: slāpeklis – 78.08%, skābeklis – 20.95%, argons – 0.93%, oglekļa dioksīds – 0.04% un vairākas citas gāzes - neons, hēlijs, metāns, kriptons, slāpekļa dioksīds, ūdeņradis, ozons, ļoti mazā koncentrācijā, kopumā – 0.03%.

Nākošais slānis ir Tropopauze. Tas ir aptuveni 1-2 km biezs slānis starp troposfēru un stratosfēru, kurā notiek temperatūras gradienta maiņa, jo virs tā atrodas siltāks atmosfēras slānis.

Pēc tropopauzes ir Stratosfēra (Grieķiski – lēzeni gulošais slānis). Stratosfēras galvenā sastāvdaļa ir ozona slānis, kas pilnībā absorbē saules ultravioleto starojumu un tādejādi sasilst. Tāpēc tā temperatūras gradients ir pozitīvs. Stratosfērā atrodas aptuveni 20% no atmosfēras. Stratosfēru raksturo: temperatūras gradients 1.30 oC /km (pozitīvs), temperatūra apakšējā slānī ~- 56 oC, temperatūra augšējā slānī ~ - 2 oC, gaisa sastāvā dominē ozons – O3. Stratosfēras slānis atrodas no ~12 līdz ~50 km virs zemes.

Stratosfērai seko Stratopauze. Tā ir pāreja uz nākošo slāni (temperatūras gradients – nemainīgs) un tajā beidzās ozona slānis.

Nākošais slānis – Mezosfēra ir no ~50 līdz ~ 85 km augstumā no zemes. Šajā slānī gaiss ir stipri retināts, ozona tur vairs praktiski nav. Gaisa procentuālais sastāvs praktiski ir tāds pat, kā zemākajos slāņos, bet tā blīvums ir stipri mazāks. Mezosfēru raksturo: temperatūras gradients -2.56 oC /km (negatīvs), temperatūra apakšējā slānī ~-2 oC, temperatūra augšējā slānī ~ -92 oC, gaisa sastāvā O2+, NO+. Mezosfērā praktiski sadeg visi meterīti kas lido pie mums no kosmosa.

Mezosfērai seko Mezopauze – pāreja uz nākošo slāni Termosfēru.

Termosfēra ir slānis no ~85 km līdz ~650 km no zemes. To raksturo: pozitīvs temperatūras gradients 3.11 oC/km, temperatūra apakšējā slānī ~- 92 oC, temperatūra augšējā slānī ~ + 120 oC, gaisa sastāvā O2+, NO+. Termosfērā gaiss ir ļoti retināts un saules ultravioleto starojuma rezultātā tas tiek jonizēts. Termosfērā veidojas arī auroras - ziemeļblāzmas. Ziemeļblāzma ir jonizēta gaisa spīdēšana zemes polu rajonos. Violetie slāņi atrodas augstāk, sarkanie – vidusdaļā, zaļi zemāk. Termosfērā atrodas arī Magnetosfēra, kurā Zemes gravitācijas lauks pasargā mūs no Saules vēja. Termosfērai seko nākošais slānis -

Eksosfēra, kas ir atmosfēras pēdējais, noslēdzošais slānis, no kura starpplanētu telpā izlido tikai dažas atmosfēras daļiņas. Atmosfēru pie zemes notur zemes pievilkšanas spēks, un tieši Ekosfērā notiek daļiņu atraušanās no zemes gravitācijas.

Atmosfēra zemes attīstības procesā ir mainījusies un attīstījusies kopā ar to. Uzskata, ka atmosfēra ir 2300 miljardus gadus veca. Kopējā atmosfēras masa ir ap 5148 triljoni tonnu.

Atmosfēra ir tā, kas aizsargā zemi no tiešas saules iedarbības. Tā izlīdzina dienas un nakts temperatūru uz zemes virsmas un aizsargā no pārlieku lielas ultravioleto staru iedarbības.

Ko dara saule?

Zeme lido ap sauli pa elipsi, kuras vienā no fokusiem tā atrodas. Saule no mums atrodas perihēlijā - 3. janvārī, 147 miljoni km attālumā (vistuvāk zemei, un izskatās 3% lielāka) un afēlijā - 4. jūlijā – 152 miljoni km attālumā. Zemes rotācijas ass attiecībā pret saules asi, ir sagāzta 23.5 grādu leņķī, līdz ar ko saules starojuma daudzums, kas nonāk līdz zemei tās ziemeļu un dienvidu puslodēs, ir dažāds. Šī iemesla dēļ uz zemes veidojas ziemas un vasaras sezonas. Paldies Gunnaram, YL2PG par precizējumiem.

Saule mums sūta plaša spektra enerģētisku (elektromagnētisku) starojumu. Uz zemes šo starojumu galvenokārt jūt gaismas un siltuma veidā. Enerģijas apjoms vairāk kā 10000 reizes pārsniedz planētas kopējo enerģijas patēriņu. Līdz zemes virsmai nonāk tikai 55% no šī starojuma, pārējais tiek absorbēts, vai atstarots, atmosfērā. No nonākušā starojuma – 50% ir gaisma, 45% - infrasarkanais starojums (siltums) un 5% ultravioletais un cita veida starojums.

Saules starojums ejot cauri atmosfērai tiek absorbēts dažādi, un tas ir atkarīgs no starojuma viļņa garuma (frekvences). Spektra daļa no 10 -7 metriem līdz 10 4 metriem (redzamā gaisma - 0.39 µm līdz 0.76 µm , infrasarkanais starojums, mikroviļņi, radioviļņi) caur atmosfēru iet cauri praktiski netraucēti. Savukārt spektra daļa no 10 -16 metriem līdz 10 -7 metriem (Gamma stari, Rentgena stari, Ultravioletie stari – līdz redzamajam gaismas spektram) tiek absorbēta un slāpēta.

Pats saules starojums arī ir mainīgs – galvenokārt enerģētiski. To konstatē, nosaka, mēra un prognozē pēc vairākiem parametriem.

Atmosfērai, ar savu gāzu sastāvu, ir vēl viena īpašība – veidot jonizētus atomu un molekulu slāņus. Šos slāņus kopā sauc par Jonosfēru. Šis dinamiskie slāņi veidojās no 48 km, līdz pat atmosfēras beigām ~ 1000 km augstumā no zemes. Fiziski viņi var novietoties sākot no mezosfēras, termosfērā un beidzot – eksosfērā.

Jonosfēra ļoti ietekmē radioviļņu izplatīšanos. Radio raidītājs savu enerģiju, ar antenas palīdzību, raida ēterā. Vairāk, vai mazāk, daļa no šīs enerģijas nonāk jonosfērā (tas atkarīgs no antenas). Enerģija, sasniegusi dažādus jonosfēras slāņus, mēģina ierezonēt tajos esošos jonizētos elektronus, atomus un molekulas. Ja tas neizdodas, enerģija iet šim slānim cauri. Ja izdodas ierezonēt, tad daļu enerģijas absorbē jonizētais gaiss, bet daļu – lauž, un atstaro, atpakaļ uz Zemes virsmu.

Jonosfēra, kā minēju, ir elektriski uzlādētu elektronu, atomu un molekulu slānis atmosfērā, tās dažādos augstumos. Jonosfēra ir mainīga – tā tiek izveidota un pati rekombinējas. Jonosfēru izveido saules starojuma (arī kosmiskā starojuma) enerģija. Tās spektra ultravioleto, Rentgena un Gamma staru ietekmē no atmosfērā esošo gāzu atomiem un molekulām tiek izsisti brīvi elektroni (Izsit no saules un kosmosa nākošie protoni, ar savu enerģiju). Veidojas Plazma. Tā eksistē tik ilgi, kamēr pozitīvie joni noķer atpakaļ šos izsistos elektronus.

Jonosfēra var veidoties vairākos paralēlos, slāņos, kas savā starpā atšķiras ar augstumu no zemes, izveidošanās iemeslu un savām rezonanses īpašībām (atstarošanas frekvencēm). Slāņi galvenokārt rodas saules starojuma ietekmē. Zeme griežas ap savu asi, tādejādi pret sauli ir tikai puse no zemeslodes, un veidojās diena un nakts. Dienā slāņi veidojās, bet naktī, kad tieša saules starojuma nav – tie vairāk, vai mazāk rekombinējas. Kosmiskais starojums šos slāņus veido nepārtraukti.

Pēc savām īpašībām ir izdalīti D, E un F slāņi.

D slānis veidojas 48 līdz 90 km augstumā no zemes. To veido saules starojuma spektra Limana plūsma (121.6 nm) jonizējot NO un Rentgena stari (< 1 nm), jonizējot atmosfēras N2 un O2. Ātri rekombinējas. D slānis absorbē radio frekvences, zemākas par 10 Mhz. D slānis pastāv tikai dienas laikā.

E slānis veidojas 90 līdz 150 km augstumā no zemes. To veido saules starojuma spektra Rentgena stari (1 - 10 nm) un Ultravioletais starojums, jonizējot molekulāro skābekli - O2. E slānis parasti atstaro frekvences, zemākas par 10 Mhz, augstākas frekvences tam iet cauri, bet ir izņēmumi:

Es slānis (sporadiskais E slānis) veidojas uz kādu īsu brīdi, dažreiz tikai dažas minūtes. To veido intensīvāku jonizēto O2 mākoņi, slāņu veidā. Šis slānis var atstarot radio frekvences jau līdz 50 Mhz, un dažreiz – līdz pat 450 Mhz. Parsti tādi veidojās jūnijā – jūlijā. Atstarošanās attālums var sasniegt no 1600 km līdz pat 2500 km, bet vairākkārtīgi atstarojoties, pat 15000km.

F slānis (Appletona-Barnetta slānis) veidojas 150 līdz 500 km augstumā no zemes. To veido Saules starojuma Ultravioletie stari (10-100 nm), jonizējot atomisko skābekli - O. Naktī, kad nav tieša saules starojuma, ir viens F slānis, bet dienā F slānis dalās divos slāņos - F1 un F2. F2 slānis ir tas, kas ir palicis no iepriekšējas dienas un nakts, bet F1 ir jaunais slānis, kas rodas konkrētajā dienā. F1 atrodas tuvāk zemei, kā F2. F slānis ir galvenais radioviļņu atstarotājs frekvencēm virs 10 Mhz.

Apkopojot to – naktī virs zemes atrodās E un F jonosfēras slāņi, bet dienā D, E, F1 un F2 slāņi. Līdz ar to top skaidrs, kāpēc radio naktī skan citādāk, kā dienā un kādas frekvences kad būtu jālieto.

Ar Jonosfēru ir līdzīgi, kā ar meteoroloģisko laiku – nekad īsti nevar pateikt - kas būs. Procesus jonosfērā ietekmē daudzi faktori, gan atkarīgi no saules, gan pašā atmosfērā notiekošie. No saules nākošā starojuma īpašības ietekmē uz saules notiekošie procesi (izvirdumi), kā arī saules aktivitātes cikls – 11 gadi, kad plūsmas enerģija pieaug un samazinās.

Jonosfērai ir izveidoti matemātiskie modeļi, ar kuru palīdzību var nofiksēt esošo un nedaudz paredzēt arī turpmāko tās stāvokli. Viens no tādiem ir starptautisks projekts IRI (International Reference Ionosphere), kuru sponsorē un uztur kosmosa pētniecības komiteja (COSPAR) un starptautiskā radio zinātnes apvienība (URSI). No 1999. gada IRI ir pieņemts par standartu jonosfēras pētījumos. Viens no parametriem šajā sistēmā ir Saules aktivitātes indekss Kp (kas var mainīties no 0 – 9). Jo indekss ir lielāks, jo aktīvāks saules starojums un iespējama spēcīgāka jonosfēras jonizācija dažādos tās apgabalos. Bet tas nav vienīgais parametrs, kam interesē – meklējiet internetā. (piemēram: https://www.hamqsl.com/).

Tieši šī jonosfēras ne vienmēr paredzamā uzvedība ir viens no iemesliem kādēļ līdz pat šodienai radioamatieriem ir interesanti veidot radiosakarus ēterā un veikt tur dažādus eksperimentus.

Radioviļņu izplatīšanās prognozes var atrast internetā, teiksim, jau minētajā sadaļā: https://www.hamqsl.com , vai citur.

No teorijas tas viss.

Vēsturiski, jau 1839. gadā, vācu fiziķis Fridrihs Gauss definēja atmosfērā tādus elektriski vadošus slāņus, kas sadarbojas ar zemes magnētisko lauku. 1859. gadā Angļu fiziķis, Mančesteras universitātes profesors, vēlāk Kevas (Kew) observatorijas vadītājs, Balfurs Stjuarts (Balfour Stewart) pirmais veica nopietnus pētījumus par saules magnētiskajām vētrām un saules izvirdumiem. 1902. gada 15. martā Amerikāņu Havardas universitātes, Massačūsetā, profesors Arturs Kenlijs (Arthur Kennly), un, neatkarīgi no viņa, 1902. gada 19. decembrī britu fiziķis - amatieris Olivers Hevisaids (Oliver Heviside) izteica hipotēzi par jonizēta slāņa eksistenci atmosfērā. Šo slāni nosauca par Kenlly-Heaviside slāni, bet vēlāk atklāja, ka tas ir jonosfēras E slānis. Arī visi tālākie notikumi radio attīstībā ir saistīti ar pakāpenisku atmosfēras jonizēto slāņu izpēti. 1912. gada ITU IRC Londonas konvencijā, un Amerikāņu "Radio Act of 1912" ieviestie radio amatieru darba frekvenču ierobežojumi – strādāt frekvenčes augstākās par 1.5 Mhz, bija balstīti tieši uz Kenlly-Heaviside slāņa tā brīža pētījumiem. Turpinoties pētījumiem 1923. gadā parādās jau tāds termins, kā HF – īsviļņi.

Terminu Jonosfēra 1926. gadā ieviesa Skotu fiziķis Roberts Vatsons (Robert Watson-Watt). 1927. gadā jonosfēru nopietni sāka pētīt angļu fiziķis, Sers Edvards Appltons (Sir Edward Victor Applton), par ko viņš 1947. gadā saņem Nobela prēmiju. Amerikāņu fiziķis Lloids Berkners (Lloid Berkner) pirmais izmēra jonosfēras augstumu un blīvumu. Tas deva iespēju izveidot pirmo radioviļņu izplatīšanās teoriju. Angļu zinātnieks Mauriks Vilkess (Maurice Vincent Wilkes) un angļu radiofiziķis Džons Ratklifs (John Ashworth Ratcliffe) veica pētījumus par garo viļņu izplatību jonosfērā, bet krievu zinātnieks Vitālijs Ginzburgs – izstrādāja elektromagnētisko viļņu izplatīšanās teoriju plazmā (tā veidojās jonosfērā).

Turpmāk, no 1962. gada jonosfēru sīki pēta ar zemes mākslīgo pavadoņu palīdzību.

Vēl viens būtisks faktors radiopārraidēs ir radioviļņu izplatīšanās veids.

Radiosakaru iespējamību nosaka veids, kā izplatās radioviļņi. Literatūrā tiek minēti vairāki tādi veidi, un tie ir atkarīgi no radio frekvences un virknes citu faktoru. Vienlaicīgi radiosignālam var būt vairāki tā izplatīšanās veidi.

Ir pazīstami 3 praktiski izmantojami izplatīšanās veidi: tiešais (Direct wave), vadītais (atstarotais, Sky wave) un virsmas (zemes, Surface wave, Ground wave).

Tiešais izstarošanas veids (Direct wave) ir tad, kad no raidītāja antenas raidītais radiosignāls var nokļūt uztvērēja antenā pa nosacītu taisni, bez kādiem nozīmīgiem fiziskiem šķēršļiem. Tas ir ideālākais veids no visiem izstarojumiem. Viļņi izplatās tieši gaisā un slāpējas tā ietekmē. Kā atsevišķs gadījums šim veidam, ir sakari ar kosmiskajiem pavadoņiem, atstarošanās no mēness virsmas un VHF speciālie sakari – auroras u.c. Tur signals tiek slāpēts ejot caur jonosfēras slāņiem.

Nākošais veids – virsmas izplatīšanās veids (Surface wave, Ground wave). Elektromagnētiskie viļņi izplatās pa vielas virsmu, kā vadītāju. Te no svara ir vielas refraktīvās īpašības un gaiss/viela dialektrisko konstantu atšķirība. Jo viela ir labāks vadītājs, jo labāk tie izplatās. Kā atsevišķs, pielietojams gadījums ir zeme (augsne) un ūdens. Šis izplatīšanās veids ir ļoti atkarīgs no vielas (zemes, ūdens) īpašībām attiecībā pret radiosignāla frekvenci. Virsmas izplatīšanās veidam difrakcijas iespaidā ir īpašība "apliekties ap objektiem". Vēl, veidojot pārraides virsmas izplatīšanās veidā, ir jālieto antenas ar vertikālo izstarošanas polarizāciju, jo tad signālam ir horizontāla magnētiskā, un vertikāla – elektriskā polarizācija. (Antenas, kā vertikāli vadi, masti, vai citādi iegūti signāli).

Trešais izstarošanas veids ir tad, kad radiosignāls sāk sadarboties ar jonosfēru un tās slāņiem. Šo veidu sauc par vadīto (Guided, Sky wave), jo signals tiek mēŗķtiecīgi sūtīts (vai nejauši nonāk) jonosfērā, kur atstarojas tās slāņos un nonāk atpakaļ uz zemes. Šis izstarošanas veids labi darbojas signāliem ar augstākām frekvencēm, tomēr ir atkarīgs no jonosfēras stāvokļa. Atstarošnās notiek arī no zemes.

Vēsturiski ir izveidojies radiofrekvenču dalījums, atkarībā no tā, kā tās uzvedās dažādos izstarojuma veidos. (Es ievietoju tabulu no interneta)

Radio frekvences un to ieteicamais izstarošanas veids

Atgriežamies pie G. Markoni un viņa transatlantisko sakaru oponentiem. Staciju tehniskos datus Markoni nepublicēja. Nav zināma raidītāja precīza jauda, frekvence uz kuras notika pārraide un uztvērēji ar kuriem signāls tika uztverts.

Dr. Bradfords un Dr. Jack Belrose veica veselu zinātnisko izmeklēšanu šai sakarā. Anglijā, Poldhu esošā raidītāja frekvence tika novērtēta aptuveni, un bija ~ 511 khz. Lai signāls nonāktu Ņūfaundlendā, tam bija divas reizes jāatstarojas no jonosfēras (E slāņa), un vienu reizi – no ūdens. Teorētiski tas būtu iespējams, bet signāla slāpējums jonosfērā būtu tik milzīgs, ka uztvert to ar tobrīd pielietoto uztvērēju Ņūfaundlendā nebūtu iespējams. Tāpat būtu nepieciešamas kaut kādas rezonanses ķēdes uztvērēja pusē, to tur nebija. Uz jautājumiem Markoni neesot atbildējis, bet pēc diviem mēnešiem, neafišējot to, atkārtoja šo eksperimentu. Signālu uz motorkuģa RMS Filadelfia klausīties viņš sāka no Poldhu, viņam jau bija zināmi Kenlly-Heaviside pētījumi par elektromagnētisko viļņu atstarošanos, un līdzi bija nopietnāks uztvērējs ar nopietnāku detektoru un frekvenču selektīvām ķēdēm. Viņš pārliecinājās, ka radioviļņi tiešām pazūd aiz horizonta (beidzās tiešā izstarošana), ka naktī, D slāņa rekombinācijas dēļ sākās atstarošanās no E slāņa (slāņus tobrīd vēl nepazina, bet sāka novērot to darbību un likumsakarības). Parādījās "klusie rajoni", un atkal signāls. Un tā viņš sasniedza Glace Bay Nova Scotia Kanādā, kur tiešām signālu varēja saklausīt. Bet tas jau pēc paziņotā rezultāta.

Oponenti izsaka vairākas reālas iespējas, kuru dēļ radiosakars tiešām ir noticis. Viena no tām ir, ka Markoni ir uztvēris kādu augstāku no Poldhu raidītās frekvences harmoniku, kas atstarojusies F slānī, vai arī tie ir bijuši ētra trokšņi.

Aizdomas par šīs pirmās transatlantiskā radiopārraides sekmīgu norisi pastiprina vēl vairāki fakti. Pirmkārt uztvertā signāla esamībai nav neitrālu liecinieku – ir tikai G. Markoni un viņa asistenta Georga Kempa (Georg Kemp) mutiskas liecības, pieraksti Markoni dienasgrāmatā par trīs tādiem faktiem un aiznākošā rīta publikācija vietējā laikrakstā. Nekur nav atrodama aparatūra, vai tās apraksts no Markoni puses, ar ko tas ir veikts. Eksperimenta laikā tiek mainīta uztveršanas vieta, no South Wellfleet, Cape Cod, ASV uz St. Jones Ņūfaundlendā, Kanādā. Un, kas pats interesantākais – fakta esamība tiek noteikta Anglijas tiesā ! :) Literatūrā atrodama atsauce arī uz to, ka pēc Markoni transatlantiskā sakara fakta paziņošanas N. Teslai, kas būvēja līdzīgu iekārtu ASV, esot pārtraukts finansējums. Vai tik Markoni nedraudēja tādi pat riski? Un viņš riskēja. 1902. gada decembrī tika atklāta pirmā transatlantiskā radio pārraides līnija starp Poldhu, Anglijā un Glace Bay, Nova Scotia, Kanādā. Ar jau pavisam citādu aparatūru.

Notikuma 100 gadu atcerei par godu studentu entuziastu grupa mēģināja, cik iespējami precīzi un autentiski, atkārtot šo pirmo radiopārraidi. Nesanāca…

Materiāls precizēts 2023. gada 01. septembrī.