Mūsdienu ģeofizikas zinātnē pašlaik vērojama atjaunota interese par geomagnētiskā lauka Sq-komponentu (Saules mierīgās diennakts ģeomagnētiskas variācijas) ilgtermiņa dinamiku un tas nav nejauši. Zinātniskā kopiena ir atzinusi, ka Sq-variācijas ir daudz vairāk nekā tikai “fona diennakts svārstības” magnetometru datos. Tās ir kļuvušas par atslēgu tādu procesu izpratnei, kas iepriekš tika uzskatīti par savstarpēji nesaistītiem: no Saules–Zemes mijiedarbības līdz klimata tendencēm un jonosfēras dinamiskajai evolūcijai.

1. Sq-variācijas kā unikāls ilgtermiņa rādītājs jonosfēras un termosfēras stāvoklim. Sq-komponentes rodas jonosfēras E apgabala strāvu ietekmē, tādēļ tās tieši atspoguļo:

• Plazmas vadītspēju.
• Termosfēras vēju dinamiku (Zemes atmosfēras augšējo slāni aptuveni 80–600 km augstumā, kur temperatūra kļūst ļoti augsta Saules ultravioletā un rentgenstarojuma absorbcijas dēļ).
• Saules ultravioletā starojuma līmeni.
• Atmosfēras paisumu struktūru Zemes augšējā atmosfērā.

Tas padara Sq-variācijas par dabisku augšējās atmosfēras stāvokļa arhīvu, ko, izmantojot magnētisko observatoriju datus, var pētīt vairāku desmitgažu mērogā. Mūsdienās, paātrinoties klimata un atmosfēras pārmaiņām, Sq-līkne ir kļuvusi par būtisku instrumentu ilgtermiņa tendenču izsekošanai.

2. Pieaugoša interese par Saules–Zemes mijiedarbību un kosmosa laikapstākļiem kā globālu “ģeotelpu”: mūsdienu infrastruktūra - satelīti, navigācijas sistēmas un elektrotīkli - ir ļoti jutīga pret spēcīgiem geomagnētiskiem traucējumiem. Sq-variācijas:

• Kalpo kā bāzes līnija magnētiskā lauka mierīgajam stāvoklim.
• Ļauj konstatēt slēptas izmaiņas Saules vējā.
• Palīdz novērtēt jonosfēras strāvu normālā ritma traucējumu biežumu un intensitāti.

Sq-komponentu ilgtermiņa dinamika parāda, kā Zemes un Saules mijiedarbība mainās desmitgažu mērogā, aptverot Saules aktivitātes ciklus.

3. Pieeja gadsimtu aptverošiem magnētiskajiem datiem: observatoriju arhīvu (Griničas, Potsdamas, Irkutskas, Mihņevo u. c.) digitalizācija ir pavērusi iespēju:

• Analizēt Sq-variācijas vairāk nekā 100 gadu periodā.
• Salīdzināt dažādu Saules ciklu laikmetus.
• Pētīt lielu ģeofizikālu notikumu (piemēram, supervētru) ietekmi.

Tas ir radījis pilnīgi jaunu pētniecības virzienu – vēsturisko geomagnētisko klimatoloģiju.
 

Šis piemērs demonstrē Saules mierīgās diennakts (Sq) geomagnētiskā lauka variāciju ilgtermiņa attīstību, balstoties uz Bulgārijas geomagnētiskās stacijas Panagjurishte datiem (Bulgārijas Zinātņu akadēmijas Ģeofizikas institūts, Sofija, Bulgārija). Dati (1. attēls) atspoguļo 2025. gada geomagnētiskā lauka variāciju laikrindas atsevišķām geomagnētiskā lauka komponentēm (X, Y, Z), kā arī kopējai geomagnētiskā lauka indukcijai, izmantojot mūsdienīgus augstas precizitātes magnetometrus, kas ražoti Dānijā un Kanādā.

Laika–frekvences spektru aina 2–48 stundu diapazonā gandrīz pilnībā ir atkarīga no diviem faktoriem: jonosfēras dinamo (regulārām strāvām) un magnetosfēras–jonosfēras mijiedarbības (magnētiskajām vētrām) (2. attēls). Datu analīze ietvēra trīs posmus: magnetogrammu attīrīšanu no traucējumiem un trokšņu pīķiem; interpolāciju un filtrēšanu (izmantojot Batervorta joslas filtru, kas nodrošina minimālus malas efektus un gandrīz nerada “viltus zvana” artefaktus); kā arī laika–frekvences viļņu spektru konstruēšanu, izmantojot Morleta vilnīša funkciju.

Galvenā rezonanse (24 stundas): spilgtākā un biezākā sarkanā josla visās komponentēs. To izraisa globālā strāvu sistēma jonosfēras E slānī (100–120 km augstumā). Saules starojums jonizē gāzi Zemes dienas pusē, savukārt augstkalnu vēji pārvieto šo plazmu pāri magnētiskajam laukam, veidojot milzīgus strāvu virpuļus. Bulgārija atrodas salīdzinoši tuvu ziemeļu Sq-virpuļa fokusam, tādēļ diennakts svārstības šeit ir ļoti izteiktas.

Harmonikas (12 un 8 stundas): skaidri redzamās joslas pie 12 stundām un nedaudz vājāk — pie 8 stundām atbilst pusdiennakts un 8 stundu termiskajiem atmosfēras paisumiem. Atmosfēra sasilst nevienmērīgi, radot “paisuma viļņus”, kas modulē jonosfēras vadītspēju un izraisa šīs harmonikas.

Filtrēto geomagnētiskā lauka datu viļņu spektrs 2–48 stundu periodu joslā, kas paredzēts Saules mierīgās diennakts variāciju harmoniku izdalīšanai 2025. gadam geomagnētiskā lauka komponentēm X (ziemeļu virzienā), Y (austrumu virzienā), Z (vertikāli) un F (kopējā geomagnētiskā lauka indukcija). Periodu skala ir stundās. Līnijas spektros norāda spektrālās jaudas maksimumu periodus un to pārejas.

Šajā piemērā magnētisko variāciju galvenā enerģija koncentrējas 24 stundu, 12 stundu un 8 stundu harmonikās. Ir redzams, kā geomagnētiskie traucējumi izraisa Saules mierīgās diennakts variāciju periodu izkropļojumus, jo īpaši traucējot jonosfēras elektrisko strāvu struktūru. Mierīgas Saules periodos spektrālo maksimumu līnija saglabājas stabila pie 24 stundām. Magnētiskās vētras ietekmē spektrs kļūst “piesārņots” ar intensīvu īsperioda troksni, dominējošā enerģija pārbīdās, un maksimumu līnija strauji krītas līdz 12, 8 vai pat 4 stundām. Jo vairāk šādu sašķeltu posmu parādās spektrālajā karkasā, jo traucētāka ir geomagnētiskā vide.

X-komponente (ziemeļi–dienvidi): maksimumu līnija šeit “lūst” daudz biežāk, un fona troksnis starp harmonikām ir lielāks. X-komponente ir vērsta pola virzienā un ir ļoti jutīga pret ekvatoriālo gredzena strāvu. Jebkura magnētiskā vētra, pat neliela, ievieš būtisku ieguldījumu X asī, pārspējot lokālos jonosfēras efektus.

Baltijas reģions ir ļoti jutīga zona jonosfēras traucējumiem. Šeit ir izteikti sezonālie un platuma grādu efekti, tādēļ lokāli geomagnētiskā lauka novērojumi ir būtiski. Metodoloģijas, kas iegūtas no Bulgārijas geomagnētiskā monitoringa, tiks izmantotas Latvijas AlphaLab magnetometra datu analīzei Irbenē, VSRC radioastronomijas observatorijā, kalpojot kā pirmie soļi Latvijas kosmosa laikapstākļu monitoringa sistēmas izveidē.

Minētās aktivitātes īstenotas pētniecības pieteikuma “Pētījumi par kosmosa laika apstākļiem 25. Saules cikla laikā, kas novēroti gar “Strūves ģeodēzisko loku””, Nr. 1.1.1.9/LZP/1/24/048, ietvaros. Pieteikums tiek īstenots projekta Nr. 1.1.1.9/1/24/I/001 ietvaros ar Eiropas Reģionālās attīstības fonda līdzfinansējumu.