일식이 라디오에 이상한 일을 하는 이유

2023년 10월과 2024년 4월의 미국 일식 동안 수백 명의 라디오 아마추어가 전파를 이용할 것입니다. 그들의 목표는 과학자들이 달이 태양을 차단할 때 무선 신호에 어떤 일이 일어나는지 조사하도록 돕는 것입니다.

Todd Baker의 취미 생활을 자유롭게 해주는 것은 그의 뒷마당에 있는 거대한 타워입니다. 더듬이가 빽빽이 들어찬 30m(100피트) 구조물은 근처의 많은 성숙한 나무보다 더 높습니다. 인디애나 출신의 산업용 컨베이어 벨트 판매원인 Baker는 자신의 이름뿐만 아니라 무선으로 자신을 식별하기 위해 사용하는 짧은 문자와 숫자의 순서인 W1TOD라는 호출 부호도 사용합니다. 그는 아마추어 라디오 또는 햄 라디오 커뮤니티의 회원입니다.

그는 시민 밴드나 CB 라디오 등 그가 수년에 걸쳐 사용해 본 다양한 라디오 시스템을 언급하며 "내가 그 일을 해왔습니다"라고 말합니다. "커뮤니케이션은 나에게 정말 멋졌습니다."

이제 그는 천체 시민 과학에도 손을 대고 있습니다. 10월 14일, 그와 수백 명의 다른 아마추어 라디오 애호가들은 금환 일식이 아메리카 대륙을 횡단하는 동안 의도적으로 전파를 채울 것입니다 . 그들은 뉴펀들랜드에서 멕시코까지 개기 일식이 보이는 내년 4월에 다시 그 일을 할 것입니다.

왜? 일식은 무선 전송에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며 Baker는 우주 사건이 무선 방송에 어떤 영향을 미치는지 모니터링하기 위해 고안된 대규모 실험에 참여할 계획입니다.

스크랜턴 대학교에서 일식 방송에 참여할 아마추어 무선 장비 세트 중 하나(제공: Byron Maldonado)

인디애나폴리스 남쪽 고속도로 외곽에 있는 3헥타르(7.25에이커) 부지에서 Baker는 다양한 방향을 가리키는 뾰족한 안테나 컬렉션을 통해 미국 전역은 물론 훨씬 더 먼 곳까지 전송할 수 있습니다. 그는 자신의 목소리를 지구 반대편으로 전달했으며 유럽과 심지어 13,000km(8,000마일) 떨어진 뉴질랜드의 동료 아마추어 라디오 애호가들과 대화를 나누었습니다.

Baker의 정원에 있는 안테나 중 하나는 특별히 각도가 있어서 처음에는 땅에 낮게 유지되는 무선 신호를 전송한다고 그는 말합니다. 그러나 결국 그 신호는 우주로 향하게 될 것입니다. Baker는 "전리층에 도달하면 펄쩍 뛰고 튕겨 나올 것"이라고 말했습니다.

전파가 일부 대기 상층부에서 의도적으로 반사되는 이 현상은 무선 통신원이 통신할 수 있는 거리를 크게 확장합니다. 이것은 "하늘파동 효과"라고 ​​불리며 1901년에 최초의 라디오 방송이 대서양을 건너 전송된 방식입니다 .

이는 지구의 곡률을 극복할 수 있다는 것을 의미합니다. 무선 전송은 약 80~650km(50~400마일)의 고도에 있는 지상과 전리층 사이를 오가며 위아래로 지그재그로 이동할 수 있습니다. 전자기파의 형태로 전송되는 사람의 목소리는 이 효과에 의존하는 장거리 방송 중에 문자 그대로 하늘에 닿는다고 말할 수 있습니다.

"지구 반대편에서 무선 신호를 수신할 수 있다는 사실은 정말 놀라운 일입니다."라고 배스 대학교 무선 과학 교수인 Cathryn Mitchell이 ​​말했습니다.

정말 놀라운 점은 하늘파 효과가 안정적이지 않다는 것입니다. 그리고 과학자들은 아직도 이를 완전히 이해하지 못하고 있습니다. 전리층 이 이상해요. 그것은 변동하고, 이리저리 움직이고, 팽창하고 수축하며, 획일적이지 않습니다. Mitchell은 이곳이 때로는 파도 자체로 가득차 있다고 말합니다. 이는 일출과 일몰 동안 잔물결이 일어나며 마치 연못에 돌을 던지는 것과 같습니다.

태양의 존재 여부는 이에 대한 이유 중 하나입니다. 낮에는 햇빛이 대기 가스에 부딪혀 이온화되어 전자를 생성하기 때문에 전리층이 두꺼워집니다. 밤에는 충돌이 줄어들고 전리층의 하층이 사라집니다. 야간에 얇아지는 현상으로 인해 전파가 훨씬 더 멀리 이동할 수 있습니다. 전자가 지구를 향해 반사되기 전에 전파가 더 높은 고도에 도달하기 때문입니다. 이것이 바로 사람들이 오랫동안 이른 시간에 먼 곳에 있는 라디오 방송국을 수신 할 수 있었던 이유입니다 .

전리층의 기이함은 대규모 조사가 필요합니다. 일식은 일식의 변동에 따라, 그리고 편리한 시간, 즉 낮 시간에 무슨 일이 일어나는지에 대한 우리의 이해를 테스트하기 위해 많은 사람들을 한자리에 모을 수 있는 완벽한 기회를 제공합니다. 또한 일식은 이온화 활동에 영향을 미치는 방식 측면에서 야간과 동일하지 않습니다. 달이 드리우는 그림자는 특별합니다. 즉, 지구 표면을 빠르게 가로질러 이동하는 점 모양입니다. 따라서 일식이 진행되는 동안 과학자들이 관찰하고 싶어하는 전리층에 예상치 못한 일이 발생할 수 있습니다.

라디오의 규칙

다른 "햄" 라디오 아마추어를 찾으려면 QSZ.com과 같은 사이트가 일종의 전화번호부 역할을 합니다. 연결 후 운영자는 때때로  방송국에 대한 엽서와 같은 QSL 카드를 서로에게 보냅니다 . (QSL은 "전송 수신을 확인합니다"라는 코드입니다.)

Ham 라디오의 열렬한 팬인 Todd Baker는 미국의 종말론 준비자들부터 러시아와의 전쟁에 휘말린 우크라이나 시민에 이르기까지 전파를 통해 많은 인물들을 만났습니다. 하지만 정치나 종교를 피하는 것은 암묵적인 규칙이다. Baker는 "어떤 사람들은 그렇게 합니다. 저는 그것을 피하려고 노력합니다."라고 말합니다. "미국 대통령이나 부통령의 의견에 동의하지 않거나 동의하더라도 여전히 존중받아야 할 직위입니다."

하지만 대화가 전부는 아닙니다. 미국에서는 일부 아마추어 자원봉사자들이 긴급 상황 시 지방 당국에 지원을 제공합니다 . 일식이 진행되는 동안 그들은 교통 문제, 휴대폰 문제 및 기타 딸꾹질을 추적합니다.

HamSCI라는 시민 과학 집단에 회원이 가입한 아마추어 "햄" 라디오 커뮤니티에 들어가 보세요 . 다가오는 두 번의 미국 일식이 다가옴에 따라 수백 명의 자원 봉사자들이 방송을 시작하여 자신의 경험을 추적하고 과학자들과 공유할 수 있습니다. 베이커는 자원봉사자 중 하나입니다. "그들은 신호가 어떻게 오고 가는지 듣고 싶어합니다"라고 그는 설명합니다. "다른 때는 태양을 껐다가 다시 켤 수 있는 능력이 없습니다."

실험을 주도한 사람은 HamSCI를 설립한 펜실베니아 스크랜턴 대학의 우주 물리학자이자 전기 기술자인 Nathaniel Frissell입니다. Zoom을 통해 그는 전리층에 대해 아직 배울 것이 너무 많은 이유를 설명합니다. 그는 나에게 아래 땅을 깔끔하게 보호하고 있는 곡선의 퍼지 층으로 묘사된 전리층을 특징으로 하는 애니메이션을 보여주었습니다. "이 전리층이 얼마나 매끄러운지 아시나요? 실제 생활에서 전리층은 그렇게 매끄럽지 않습니다."라고 그는 말합니다. 더 나은 표현을 원하기 때문에 일시적인 덩어리와 융기가 있지만 과학자들은 아직 예측을 잘하지 못합니다.

다가오는 월식 동안 자신의 호출 부호가 W2NAF인 Frissell은 다른 소스 중에서 개별 햄 라디오 운영자, 이벤트 중에 매우 민감한 전송 장비를 사용할 계획인 자원봉사자, 공공 라디오 활동을 추적하는 온라인 데이터베이스로부터 데이터를 수집할 것입니다. . 이는 표준 학술 도구만으로는 불가능할 규모의 실험이라고 그는 강조합니다. 충분히 넓은 영역에 걸쳐 수행할 수 있는 작업이 충분하지 않기 때문입니다. 다가오는 실험은 2017년 미국 상공의 개기 일식 동안 유사한 노력을 따른 것입니다. Baker도 여기에 참여했습니다. 그는 지역 신문에 자신의 사진을 계속해서 게재했습니다.

HamSCI 프로젝트를 이끄는 과학자 Nathaniel Frissell과 그의 학생 두 명인 Veronica Romanek 및 Simal Sami(제공: Byron Maldonado)

예를 들어 군사 또는 재난 대응 작전 중에 정확하게 표적화된 무선 통신이 생사를 가를 수 있기 때문에 전리층을 이해하는 것이 중요합니다. 라디오 운영자가 성공적인 방송을 위해 전송을 가장 잘 설정하는 방법을 아는 것은 매우 중요합니다. 또한 영국 과학 기술 시설 협의회의 일부인 Rutherford Appleton Laboratory에 기반을 둔 RAL Space의 Ruth Bamford는 전리층 변화가 때때로 위성에 영향을 미친다고 말합니다.

예를 들어, 태양 플레어는 전리층을 확장시켜 지구 궤도를 도는 위성의 항력을 증가시킵니다. 즉 위성이 땅으로 떨어지지 않도록 더 높은 고도로 다시 올려야 할 수도 있습니다.

전리층에서 전파를 반사시키는 것은 끊임없이 변화하는 거대한 에테르 물질의 바다를 탐사하는 것과 같습니다. Bamford는 "이것은 매우 어려운 일입니다."라고 말합니다. "거기 태양과 함께 변화하는 거울이 있습니다."

Bamford는 라디오 자원봉사자들을 칭찬합니다. 그녀는 1999년 영국에서 보기 드문 개기 일식이 있을 때 스스로 비슷한 도움을 요청했습니다. 다음 개기 일식은 2090년까지 발생하지 않습니다. 1999년에 자원 봉사자들은 일식 동안 신호 강도의 변화를 추적했으며 많은 사람들이 상당한 급증을 기록했습니다. 무선 전송이 낮에 평소보다 훨씬 더 멀리 잠시 동안 이동할 수 있는 방법을 보여줍니다. Bamford와 그녀의 동료들은 또한 대중에게 스페인 방송사가 사용하는 주파수에 맞춰 가정용 라디오를 튜닝하도록 요청했습니다. 일반적으로 이 방송국은 낮 동안 국내 라디오에서 들을 수 없었지만 영국의 수백 명의 사람들은 일식이 왔다 갔다 할 때 방송이 페이드 인되었다가 다시 사라지는 것을 들었다고 보고했습니다. 전리층에 대한 우리의 불완전한 이해를 고려하면,

조용한 전파

Ham 라디오는 영국 과 호주를 포함하여 세계 여러 지역에서 쇠퇴하고 있는 것으로 보입니다 . 그리고 코로나19 대유행이 일본과 같은 곳에서 햄 라디오 르네상스를 촉발했지만 , 미국에서의 전망은 좋지 않다고 그곳의 햄 라디오 운영자의 인구 통계를 연구한 미셸 톰슨은 말합니다. 그녀는 "우리는 순조롭게 나아가고 있다"고 말하면서 주 전역의 면허 보유자 수가 비슷한 수준이거나 약간 감소하고 있음을 지적했습니다. 게다가 취미는 덜 다양해졌습니다. 적어도 성별 표현 측면에서 그녀는 이렇게 덧붙입니다. "여기서 우리는 일종의 문제에 봉착했습니다. 라디오는 당연하게 여겨지는 것 같습니다."

아마추어 라디오 연구 및 개발에 참여하는 비영리 조직인 Open Research Institute의 CEO인 Michelle Thompson은 "아마추어 라디오는 이를 위한 매우 좋은 수단입니다."라고 주장합니다. Thompson의 콜사인은 W5NYV입니다.

일식 동안 전송을 하는 무선 통신사는 일종의 거대한 "분산 수신기" 역할을 할 것이라고 그녀는 제안합니다. 그리고 무선 장비가 향상됨에 따라 이와 같은 실험이 수행될 때마다 전리층에서 발생하는 변화에 대해 더 미세한 발견을 할 수 있는 기회가 더 많아집니다.

10월 월식은 금환형(왼쪽)이 될 것이며 이는 달이 태양을 완전히 가리지 않는다는 것을 의미하지만 2024년 4월에 아메리카 대륙에서는 개기 일식이 예상될 수 있습니다(오른쪽)(제공: Nasa)

베이커는 다가오는 일식의 결과를 읽기를 고대하고 있습니다. 데이터는 하루 중 특정 시간에 성공적인 방송을 만드는 능력을 향상시킬 수 있다고 그는 제안합니다. 많은 햄 라디오 운영자는 이러한 기술을 연마하고 싶어합니다. Baker는 매우 낮은 전력의 신호를 사용하여 장거리 전송을 수행하는 등의 과제를 스스로 해결하는 것을 즐깁니다. 또는 휴일에는 휴대용 안테나를 나무에 던지고 명승지에서 방송할 수도 있습니다.

매력은 부분적으로 다음에 일어날 일에 대한 불확실성입니다. 라디오를 켜고, 신호를 전리층에서 반사시키고, 가상으로 먼 거리에 있는 낯선 사람과 마주치는 일에는 스마트폰 앱으로 연락처에 메시지를 두드리는 것과 비교할 수 없습니다. Thompson은 "이것은 예정되지 않은 의사소통이며, 완전히 우연적이고 기회주의적인 것입니다."라고 말합니다. 그녀는 방송을 통해 많은 친구를 사귀었습니다. 심지어 그녀는 일본에서 열린 한 컨퍼런스에서 연구를 발표하게 되었습니다.

전화를 받는 것과는 달리 배를 타고 바다로 나가는 것과 비슷하다고 그녀는 설명합니다. 당신이 가고 있는 곳에 도달하려면 자연의 큰 힘, 날씨, 심지어 보이지 않는 대기의 난류까지도 이해하고 주의를 기울여야 합니다.

"매일 모험을 하게 됩니다"라고 그녀는 말합니다. "누구와 대화할 수 있을지 전혀 알 수 없습니다."