Sarki fény és GPS

A keddi geomágneses vihar nem csak Magyarországról ritkán látható sarki fényt okozott, de megnehezítette a műholdas helymeghatározásban az ionoszféra hatásának modellezését is.

Egy március 15-én bekövetkezett napkitörés hatására egy viszonylag nagy erősségű geomágneses vihar keletkezett a Föld térségében. A jelenség március 17-én (kedden), magyar idő szerint késő délután ért el bennünket. A keddről szerdára virradó éjszaka különlegessége az volt, hogy a mi alacsony földrajzi szélességünkön is megfigyelhetővé vált a sarki fény – ha nem is túl látványosan, de a fényszennyezéstől távol eső területeken, hosszabb expozíciós idejű fényképezéssel sokaknak sikerült megörökíteni a jelenséget. Magyarországon ez általában nem látható, legutóbb épp tíz éve, 2005 januárjában lehetett jelentősebb sarki fényt észlelni. A sarki fényt a légkörbe hatoló, eredetileg a Napból származó, elektromosan töltött részecskék (főleg protonok és elektronok) okozzák.

A sarki fény Dobogókőről fényképezve, március 17-éről 18-ára virradó éjjel, nem sokkal éjfél után. (Fotó: Időkép)

A geomágneses vihar hatással volt a légkör felső, ritka, a Nap sugárzásának hatására ionizálódott részecskékből álló részére, az ionoszférára is. A több rétegből álló ionoszféra a felszín felett kb. 60 és 600 km közötti magasságban húzódik. Az ionoszféra aktuális állapota befolyásolja a rádióhullámok terjedését. Márpedig a széles körben elterjedt műholdas helymeghatározó rendszerek – például a legismertebb amerikai GPS, az orosz GLONASSZ, vagy a kiépülőben levő európai Galileo – az űreszközökről a földi vevőkészülékek felé kibocsátott rádióhullámokon alapulnak. Ezek a műholdak közepes magasságú, kb. 20 ezer km-es magasságban húzódó pályákon keringenek. Leegyszerűsítve, a globális műholdas helymeghatározás (összefoglaló angol eredetű rövidítéssel GNSS) a rádiójelek futási idejének mérésén alapul. Ha más hibahatásokat nem is veszünk figyelembe, az ionoszféra szabadelektron-tartalmától függően is változik a futási idő, méghozzá a hullámok frekvenciájától függő mértékben.

A pontos GNSS mérések érdekében az ionoszféra késleltető hatását is figyelembe kell venni. Egyszerűbb, egyfrekvenciás vevőberendezések esetén egy lehetséges módszer az ionoszféra állapotának modellezése és a szükséges korrekciók figyelembe vétele a helymeghatározó mérések során. Magyarországon a Földmérési és Távérzékelési Intézet (FÖMI) Kozmikus Geodéziai Obszervatóriumában (KGO) a 2000-es évek eleje óta fejlesztik azt az állandóan üzemelő GNSS referenciaállomások hálózatán alapuló szolgáltatást, amely a felhasználói számára lehetővé teszi az akár cm-es pontosságú, valós idejű GNSS helymeghatározást. A GNSSnet.hu referenciaállomásokon végzett mérések alapján kiszámított, majd internetes és mobil távközlési úton a felhasználókhoz eljuttatott korrekciók szükségesek a műholdas navigációs rendszerek által nyújtott alappontosság javításához. A korrekciók számításánál egyebek mellett az ionoszféra modellezését is elvégzik.

A keddihez hasonló szokatlan űridőjárási jelenség hatása az ionoszféra modellezésének pontosságát is elronthatja egy rövid időre. Ez ideiglenesen csökkentheti a helymeghatározás pontosságát, vagy a vevők lassabban „találnak rá” a megfelelő műholdak jeleinek vételére. Az alábbi első ábra az ionoszféra modellezésének maradékhibáit mutatja az idő függvényében, a 2015. március 13-17. közötti időszakban. Jól látható a szokásos napi ciklus és a 17-én délután tapasztalt kiugró hibák.

A március 17-én bekövetkezett geomágneses vihar hatása az ionoszféra modellezésének maradékhibájára (méter egységben mérve), a GNSSnet.hu hálózat nyugati részén. (Természetesen az ország keleti részén is hasonló jelenség volt tapasztalható.)

Ez a grafikon már csak a március 17-ei értékeket mutatja. Az időt a vízszintes tengelyen világidőben (UT) olvashatjuk le; egy 1 órával kevesebb, mint a közép-európai zónaidő.

Magyarország térképén a színskála szemléletesen mutatja, hogy egy adott időpontban (jelen esetben március 17-én UT 17:59-kor) mekkora maradékhibát okozott az ionoszféra elégtelen modellezése. Minél nagyobb ez a hiba – főleg a megjelölt, az ország területén többé-kevésbé egyenletesen elosztott referenciaállomásoktól távolabb –, annál nehezebb a cm pontos valós idejű helymeghatározás a felhasználók számára: ha a hibák a színskálán elérik a sárgát és pirosat, az gondot okozhat a terepi mérésekben. Szerencsére március 17-én nem tartott hosszú ideig a zavar.

Összehasonlításul bemutatunk egy „normális” napra, március 16-ára vonatkozó térképet is, a napnak ugyanerre az időpontjára

(Képek: GNSSnet.hu)

A GNSSnet.hu szolgáltató központ honlapján egyébként számos, a fentiekhez hasonló, a korrekciók pontosságát, minőségét szemléltető ábra és grafikon lekérdezhető, akár időben visszamenőleg is.

Kapcsolódó cikkek:
Megkeserítheti életünket az éledező napaktivitás
Óriási méretű napfoltcsoport

Kapcsolódó linkek:
Sarki fény Magyaroroszágon, március 17-én éjjel (Időkép)
GNSSnet.hu – GNSS szolgáltató központ (FÖMI)