Műholdas távérzékelés   Nap-Föld fizikai kapcsolatok   Geoinformatika   Folyódinamika

Whistler- és trimpikutatás

A villamos jelek plazmában való terjedésének vizsgálata csoportunk egyik kiemelt kutatási területe. Az elméleti hullámterjedési vizsgálatot mint alapkutatást földi és műhold-fedélzeti műszerfejlesztés, sokrétű kísérletes adatgyűjtés, és jelfeldolgozás-értelmezés egészíti ki. A hullámterjedési vizsgálatok elsődleges területe Földünk ionizált plazmakörnyezete - az ionoszféra és a plazmaszféra. E régiónak kutatásában a leginkább hatékony eszköz a globális zivatartevékenységhez köthető villámok rövid, szélessávú (ultra wide band, UWB) impulzusai által gerjesztett, és az anizotróp plazmában terjedő diszperzív, alacsony frekvenciás (ELF, VLF tartományú) jelek, az ún. whistlerek tanulmányozása. Csoportunk a kutatást az alábbi fő irányokban végzi:

• Az elektromágenses jel magneto-ionos közegben való terjedésének elmélete
  A kutatás elméleti kutatás (alapkutatás), célja a magneto-ionos közegben, eltérő fizikai körülmények mellett terjedő elektromágneses jelekre a Maxwell-egyenletek egzakt megoldása. Ez a követelmény tetszőleges gerjesztésű, általános alakú jelek (impulzusok) terjedésének pontos leírását jelenti reális közegekben (pl. gyengén, ill. tetszőlegesen inhomogén plazmában, vezetett vagy szabad téri terjedés esetére többkomponensű, előmágnesezett plazmában), összetett peremfeltételek mellett. Ez a kutatási-módszerfejlesztési irány a jelterjedés jobb megértését célozza, különös tekintettel a Föld ill. más égitestek környezetében uralkodó plazmafizikai jelenségek egzakt kezelésére, az eddigi használatos, erősen egyszerűsített, nem ritkán hibás plazma- és terjedési modellek pontosítása révén. A tetszőleges alakú, UWB jelek terjedésének leírásában eddig elért eredményeink nyújtanak elméleti alapot és referenciát széleskörű, földfelszíni és műholdfedélzeti mérések értelmezéséhez , ismert vagy eddig feltáratlan jelenségek megalapozott modellezéséhez.
  
  

  Ion-whistler a Demeter-műhold 3 mp-es ELF felvételén	Elméleti ion-whistler többkomponensű plazmában
  Ionoszféra alatti vezetett jelterjedés hatása műhold-fedélzeti és UWB elméleti (számított) whistlerre
  Vezetett UWB jel plazmában

  
  
  
  
• A Föld plazmaszférájának kutatása természetes és mesterséges elektromágneses jelekkel
  A kutatás célja a földi ionizált felsőlégkör, a plazmaszféra mind jobb megismerése alacsony frekvenciájú rádiójelekkel. Ennek a közegnek kulcsfontosságú csatoló szerepe van a Nap-Föld energiatranszport folyamatában. Állapota, gyors vagy lassú változásai és a benne zajló folyamatok befolyásolják az élő bioszféra és a technikai civilizációnk működését egyaránt e régió feltárása, monitorozása alapvető fontosságú.
  
  A plazmaszférában terjedő, villámok által gerjesztett whistlerek regisztrálásával és nagypontosságú elemzésével a felsőlégkör plazmafizikai jellemzőiről nyerhetünk valós idejű és közel globális fedésű, más eljárással nem pótolható ismeretet. Erre a feladatra több állomásból álló mérőhálózatot alakítottunk ki és üzemeltetünk a Kárpát-medencében. A mérőrendszer - a BL-Electronics-al közös fejlesztésű, a szélessávú VLF jelalakokat rendkívül nagy időbeni pontossággal rögzítő - VR adatgyűjtő egységekre épül. Jelenlegi kiépettségéban ez a rendszer a whistler terjedés több feltáratlan elemének kutatását teszi lehetővé számunkra. A szélessávú mérőhálózat földi referencia adatot szolgáltat több műholdas VLF hullámkísérlethez. A nagytömegű VLF regisztrátum feldolgozását világviszonylatban egyedülálló, hiánypótló automatikus whistler detektáló és elemző eljárásunk (AWDA) támogatja. Az automatikusan kigyűjtött whistlerek száma több nagyságrenddel nagyobb, mint bármely korábbi eljárással elemzésbe vonható esetek száma. A megalapozott whistler statisztikák birtokában, újonnan fejlesztett jelfeldolgozó-elemző eljárások felhasználásával a plazmaszféráról alkotott képet, globális plazmaszféra modelleket pontosítjuk, a whistlerek terjedésről alkotott eddigi elképzelések több kérdéses pontját tudtuk tisztázni. A magyarországi hálózat helyszíneivel azonos hw-sw összeállítással működik több whistler mérőállomás az Antarktiszon, Új-Zélandon, Dél-Afrikában, a globális mérőhálozatot folyamatosan fejlesztjük az együttműködő intézményekkel közösen. A földi szélessávú VLF mérésekkel és whistler elemzéssel párhuzamosan műhold fedélzeti ELF-VLF hullámkísérletek (Kompasz-2, Demeter, Magion) adatsorainak elemzését végezzük. Többkomponensű fedélzeti regisztrátumok elemzésével az egyugrású whistlerek terjedési irányát, ezen keresztül vezetett jellegét vizsgáljuk. A műholdas adatok elemzésével, az elméleti hullámterjedési modelljeinkre támaszkodva sikerült a whistlerek ionoszférában terjedésének minden korábbinál pontosabb, újszerű leírását megadni (aureol irány, dmt ferde).
  
  A sugárzási övekből energikus részecskék szóródnak ki a légkörbe, ahol átmeneti megnövekedett ionizációt okoznak. E mechanizmus intenzitása első sorban a kiszóródást nagy tömegben kiváltó whistlerek gyakoriságától, ennek révén a globális zivatartevékenységtől függ, valamint pl. a Naptevékenységtől (napszél változó jellemzői), vagy a geomágneses aktivitástól (pulzációk). A kihulló részecskék okozta megnövekedett ionizáció szerepe a légköri energia háztartásban jelentős, azonban a jelenség tér- és időbeni eloszlása még nincs feltárva. Tranziens ionizációt okoznak a légkörben a zivatarfelhő és az ionoszféra közötti közvetlen kisülések is (pl. ú.n. sprite, blue jet).
  A villámok által indukált megnövekedett ionizáció jól kimutatható a Földfelszín mentén terjedő VLF navigációs jeladók stabil frekvenciájú jelén mutatkozó perturbációk trimpi jelenség) rögzítésével. Több jeladó frekvenciáján rögzített keskenysávú VLF adatsort szolgáltat a magyarországi trimpi-hálózat, a légköri ionizációt monitorozó mérőrendszer felvételeinek elemzését automatikus esemény detektáló algoritmus segíti. Az európában egyedüli mérőhálózatunk egy sugárzási övek kihulló részecskéit globális fedettséggel monitorozó tudományos együttműködésnek (ú.n. AARDDVARK hálózat) része.
  
  A globális zivataraktivitás a felsőlégkör több fizikai folyamatában fontos szereplő, a villámok minél kiterjedtebb detektálása, monitorozása a mi vizsgálatainkban is kulcsfontosságú. Csoportunk üzemelteti a globális fedést biztosító, a villámokat VLF tartományban azonosító WWLLN (TOGA) hálózat európai állomását, valamint a német LINET villámdetektor rendszer egyik magyarországi mérő berendezését, ami a zivatartevékenységet Közép-Európában monitorozza. E villám-adatbázisok villám-whistler-trimpi adatsorok sokrétű, együttes vizsgálatát segítik.
  
  
  
• Anomalisztikus jelenségek földi és műholdas adatsorokon
  
  
• Az elektromágneses és szeizmikus jelek esetleges kapcsolatának vizsgálata
  A kutatás eredményessége esetén haszna az emberiség számára felbecsülhetetlen fontosságú. A cél a szeizmikus jelenségekhez társuló, azokat időben megelőző elektromágneses jelenségek létének kimutatása, tulajdonságainak vizsgálata, a földrengés-előrejelzés szempontjából való értékelése műholdas mérések segítségével.
  
  
  
• Űridőjárási kutatások
  Jelenleg alapkutatás, gyakorlati kutatási perspektívákkal. Célja a földkörüli térség (plazmaszféra, ionoszféra) állapotának, változásainak vizsgálata, azoknak a földi időjárásváltozásra, valamint civilizációnk működésére gyakorolt hatásainak tanulmányozása.
  
  
  
• Műholdas elektromágneses (villamos) tér vizsgálatok
  A Kompasz-2 és Vulkan-holdakra a teljesen magyar fejlesztésű űreszköz, a SAS2 berendezés kerül. Ennek tudományos tervezését mi végeztük, felbocsájtás után az adatainak vételét és feldolgozását is mi végezzük. Ennek részeként a rádiós állomáshoz új, kettős vevőfejet és keverőt szereztünk be. Az eszközzel az L és X sávú vétel egyaránt biztosított lesz, amivel a SAS2 műszer és a fenti holdak esetében szóba került TM sávokon a vétel rádiófrekvenciás szinten megoldott. A Kompasz-2 startelőkészítése folyamatban van.
  
  
  A SAS2-műszer a KOMPASZ-2 műholdon:
  
  
  

  ---

  
  Együttműködő intézmények:
  
  British Antarctic Survey (Cambridge, UK)
  Wallops Flight Facility, NASA, GSFC (Wallops Island, USA)
  Stanford University, STAR Laboratory (USA)
  University of Otago (Dunedin, Új-Zéland)
  National Space Agency of Ukrajna
  University of Natal (Durban, Dél-Afrika)
  IKI RAN (Moscow, Oroszország)
  Institut of Atmospheric Physics (Prága, Csehország)
  Geophysical Observatory (Sodankylä, Finnország)
  Alenia Spazio (Olaszország)
  University of Electro-Communications (Tokyo, Japán)
  RBS College, Bichpursi (Agra, India)
  Banaras Hindu University (Varanasi, India)
  Regional Engineering College (Srinagar [Jammu], India)
  LPCE/CRNS (Orleans, Franciaország)