Trái đất được tắm trong một dòng hạt năng lượng phát ra từ Mặt trời. Gió mặt trời này lên xuống và chảy xuống, đôi khi phát nổ trong một vụ phun trào khối vành nhật hoa, ném hàng tỷ tấn plasma vào không gian, tác động đến từ quyển của Trái đất. Kết quả là các cực quang sáng và đẹp, vẻ huy hoàng rực rỡ của chúng là xác nhận trực quan duy nhất của chúng ta về mối liên hệ giữa Trái đất và Mặt trời này.
Tôi đã tìm cách thiết lập kết nối với Mặt trời nếu không thì không có sẵn ở vị trí vĩ độ thấp hơn của tôi ở Vương quốc Anh. Đó là lúc tôi nghĩ đến việc chế tạo một từ kế.
Gió mặt trời không chỉ tạo ra cực quang mà trong quá trình bị từ trường bảo vệ của chúng ta làm chệch hướng, nó còn in dấu ấn của nó lên bong bóng bảo vệ của chúng ta.
Điều này có thể được phát hiện tại bất kỳ điểm nào trên hành tinh của chúng ta bằng từ kế, từ kế thu nhận dấu hiệu từ tính khi nó dao động theo cường độ, tốc độ và hướng từ tính của plasma đi qua.
Từ kế có thể được mua thương mại, nhưng tôi quan tâm đến việc chế tạo một cái.
Sơ đồ cơ bản của thiết kế là cảm biến từ tính có độ nhạy cao, bộ phát siêu âm, bộ chuyển đổi tần số siêu âm thành âm thanh và máy tính có card âm thanh và phần mềm phân tích phổ âm thanh Spectrum Lab để ghi dữ liệu.
Trung tâm của thiết lập này là cảm biến từ tính. Được gọi là cổng thông lượng, những cảm biến này có thể cực kỳ nhạy cảm và hoàn toàn phù hợp để đo những nhiễu loạn nhỏ trong từ trường cục bộ do thời tiết không gian gây ra.
Cảm biến tôi đã sử dụng cung cấp tần số đầu ra thay đổi tùy theo cường độ của từ trường.
Ngoài việc phản ứng với từ trường, tần số đầu ra cũng thay đổi theo nhiệt độ, vì vậy cảm biến phải được đặt trong môi trường ổn định về nhiệt độ.
Cảm biến của tôi được chôn trong vườn của tôi khoảng 0,5m dưới bề mặt. Nó cũng được bảo vệ bởi lớp vỏ chống thấm nước làm từ ống nước có đường kính 40mm được gắn với các đầu bịt kín bằng dung môi phù hợp.
Cảm biến được định vị gần như bằng phẳng hoàn hảo trên một nền bê tông đổ và chỉ dọc theo hướng từ đông-tây của Trái đất.
Nó cũng được đặt cách xa bất kỳ từ trường đi lạc nào có thể được tạo ra bởi dây cáp và thiết bị điện cục bộ.
Nguồn điện của cảm biến fluxgate cũng phải ổn định để tránh đọc sai, do đó, nguồn điện của tôi được liên kết với bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính để chuyển đổi 9V DC từ máy biến áp nguồn thành nguồn 5V DC ổn định.
Khi chỉ hướng đông-tây, đầu ra từ cảm biến fluxgate là một chuỗi xung sóng vuông +5V ở tần số trong khoảng 60-70kHz, cao hơn đáng kể so với tần số hoạt động của bất kỳ card âm thanh máy tính tiêu chuẩn nào.
Vì vậy, tôi đã chuyển sang thiết bị dành cho động vật học và kết nối đầu ra của cảm biến từ tính với máy dò dơi bằng bộ phát đầu dò siêu âm.
Máy dò dơi được thiết kế để chuyển đổi tiếng kêu siêu âm của dơi thành tần số âm thanh mà chúng ta có thể nghe thấy.
Thông thường, điều này được thực hiện bằng một quá trình gọi là heterodyning, trong đó tần số tham chiếu có thể điều chỉnh được tạo ra bên trong được trộn với tín hiệu đầu vào siêu âm khác nhau từ con dơi để tạo ra âm thanh có thể nghe được ở tần số bằng với sự khác biệt giữa tần số đầu vào và tần số tham chiếu.
Đối với các mục đích của từ kế, sự chênh lệch tần số này phải được điều chỉnh thành một âm thanh duy nhất có thể được ghi lại bằng thẻ âm thanh tiêu chuẩn của máy tính.
Tôi thấy 3-4kHz là một phạm vi phù hợp. Ưu điểm khác của việc sử dụng máy dò dơi là đầu ra âm thanh có độ trung thực tốt, nghĩa là việc phân tích dữ liệu tiếp theo có thể được thực hiện ở độ phân giải cao.
Tôi đã sử dụng một máy dò có bộ tạo dao động tinh thể bên trong để đạt được độ chính xác và giảm thiểu bất kỳ sự lệch tần số nào.
Máy dò này thường được cung cấp năng lượng bởi một bộ pin, nhưng vì nó chỉ cung cấp thời lượng pin dưới 24 giờ, nên các pin này đã được đổi chỗ để lấy nguồn DC ổn định khác từ máy biến áp nguồn 9V.
Với máy dò được thiết lập, tôi đã sẵn sàng ghi dữ liệu và để làm điều này, tôi đã sử dụng phần mềm miễn phí có tên là Spectrum Lab, do Wolfgang Buescher viết.
Điều này cho phép luồng dữ liệu được hiển thị dưới dạng biểu đồ liên tục trong ngày.
Phần mềm cũng có thể gửi dữ liệu tần số đo được đến ổ cứng máy tính theo các khoảng thời gian đã chọn trước, cùng với dấu thời gian và ngày tháng, xây dựng cơ sở dữ liệu trong toàn bộ sự kiện địa từ.
Sau đó, cơ sở dữ liệu này có thể được xuất dưới dạng tệp CSV và được sao chép vào bảng tính Excel để phân tích thêm.
Có thể chọn bất kỳ khoảng thời gian nào giữa các sự kiện đã ghi; Tôi sử dụng nhịp một giây cho tác phẩm có độ phân giải cao và nhịp 150 giây cho tác phẩm có độ phân giải tiêu chuẩn.
Phân tích dữ liệu liên quan đến việc chuyển đổi tần số thành cường độ từ trường (chính xác hơn là mật độ từ thông tính bằng nano-Tesla) bằng cách sử dụng các hệ số chuyển đổi do nhà sản xuất cảm biến cung cấp, sau đó lập biểu đồ kết quả dưới dạng hàm của thời gian.
Hóa ra, từ kế của tôi cần một vài cải tiến để làm cho nó phù hợp hơn với dữ liệu chuyên môn, đặc biệt là kiểm soát nhiệt độ máy dò dơi tốt hơn.
Đầu ra từ máy dò bị ảnh hưởng đáng kể bởi các dao động nhiệt độ môi trường xung quanh nhỏ ảnh hưởng đến tần số đầu ra.
Chỉ khi máy dò được đặt trong môi trường xác định nhiệt độ (bên trong bình chân không, bên trong hộp mát được trang bị tấm sưởi vivarium ở nhiệt độ được kiểm soát) thì đầu ra mới đáp ứng các bài đọc chuyên nghiệp.
Đầu ra từ một thiết bị tương đối đơn giản như vậy phù hợp một cách đáng kể với dữ liệu được tạo bởi các trạm giám sát địa từ chuyên nghiệp như Eskdalemuir, do Cơ quan Khảo sát Địa chất Anh điều hành, và độ nhạy và độ phân giải của nó chắc chắn cạnh tranh thuận lợi cho người có sở thích với đầu ra từ các từ kế đắt hơn đáng kể.
Sau khi thiết lập từ kế tự chế, giờ đây tôi có kết nối đó với vũ trụ mà tôi đang tìm kiếm, với dữ liệu liên tục truyền vào PC của tôi, ghi lại dòng chảy lên xuống của gió mặt trời và thỉnh thoảng phóng ra khối lượng vành nhật hoa giáng xuống hành tinh của chúng ta.
Khi dữ liệu từ gió mặt trời va vào từ quyển của Trái đất đã được thu thập, có thể tạo một tệp âm thanh từ nó
Tiến xa hơn một bước với thuật toán trực tuyến, có thể chuyển đổi dữ liệu cường độ từ trường đầu ra thành âm thanh bằng giao thức MIDI (Giao diện Kỹ thuật số Nhạc cụ).
Trong quá trình này, mỗi giá trị cường độ trường được chuyển đổi thành giá trị MIDI đại diện cho một nốt nhạc cụ thể, sau đó được đưa vào phần mềm sản xuất âm nhạc để chuẩn bị bản âm thanh.
MIDI cho phép chỉ định bất kỳ nhạc cụ số hóa nào để phát nốt nhạc, mặc dù sở thích của tôi là sử dụng âm thanh gió tổng hợp để thể hiện gió mặt trời.
Trên thực tế, dữ liệu liên quan trực tiếp đến từ tính cục bộ, không phải gió mặt trời, tuy nhiên, việc nghe âm thanh được tạo ra bởi một phương pháp như vậy gợi cho người ta tưởng tượng dòng hạt đẩy từ trường bảo vệ của chúng ta, thỉnh thoảng đi vào để tạo ra cực quang thanh tao .
Sau khi dữ liệu về độ lệch từ do từ kế của tôi tạo ra được âm thanh hóa, nó có thể được đồng bộ hóa với video tua nhanh thời gian về cực quang để tạo ra trải nghiệm nghe nhìn tương tự như trải nghiệm này:
Mối tương quan giữa video do Kai-Maeius Pederson ở Tromsø, Na Uy tạo ra và âm thanh không hoàn hảo – có thể là do sự tách biệt về mặt vật lý giữa nó khi ghi âm ở Vương quốc Anh – tuy nhiên vẫn có một mức độ hài lòng.
Có thể tìm thấy nhiều dữ liệu địa từ được siêu âm hơn tại trang web của tôi.
Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 3 năm 2018 của Tạp chí BBC Sky at Night . Stuart Green là một nhà chụp ảnh thiên văn mặt trời. Xem thêm tác phẩm của anh ấy tại trang Flickr của anh ấy.