UNIONE ASTROFILI ITALIANI -- SEZIONE METEORE (UAI-sm)

Registrare i segnali radio dalle meteore

Diego Valeri Per svincolarmi dalle condizioni meteorologiche e dalle nottate osservative, nel 2002 ho costruito una piccola stazione radio per registrare le meteore e mettere in evidenza l'andamento radio, almeno degli sciami principali. Dopo essermi ben documentato sulle possibilita' di captare i segnali radio, nel giro di alcuni mesi ho reso attiva una vera e propria stazione, in localita' Contigliano, vicino a Rieti, che mi ha permesso di "ascoltare" il fenomeno, legato ai transiti dei meteoroidi nell'atmosfera e di confrontare i dati ottenuti con quelli di altri osservatori radio.

Qualche parola sul meccanismo di interazione dell'onda radio con la meteora I meteoroidi costituiscono delle nubi di detriti, orbitanti intorno al Sole su traiettorie che vengono continuamente perturbate dalla gravitazione e dalla radiazione solare. Queste nubi colpiscono l'atmosfera della Terra ogni volta che, nel suo moto di rivoluzione, questa ne intercetta l'orbita. I processi di ablazione, che il meteoroide subisce durante il transito in atmosfera, portano a delle modificazioni fisico-chimiche, con emissione di calore, di luce e con formazione di plasma. Quest'ultimo e' uno stato della materia associato alla separazione di carica elettrica, dovuto all'aumento della temperatura, nell'ordine delle migliaia di gradi. Cio' comporta che gli atomi di un gas possano scindersi in cationi (l'atomo che perde elettroni) ed elettroni liberi, distribuendosi entrambi sulla traiettoria della meteora. E' ancora idea diffusa ritenere che la luce (visibile ad occhio nudo), emessa dalle meteore, sia dovuta ai processi di ricombinazione elettronica riguardanti i gas atmosferici eccitati precedentemente durante il transito ipersonico dell'oggetto in atmosfera. In realta', la radiazione emessa nella banda del visibile deriva quasi completamente dai processi di ablazione e solo una parte trascurabile deriva dal contributo atmosferico. Generalmente il meteoroide vaporizzato lascia dietro di se', per una frazione di secondo o piu', una colonna di plasma, con un'oscillazione propria, parametro importante per la riflessione della radiazione. La regitrazione dei segnali radio dalle meteore sfrutta i segnali che, irradiati da una emittente radio-televisiva verso la ionosfera, vanno a intercettare quell'area nota col nome di piano dell'eco. Qualsiasi oggetto (meteora inclusa), che si trova a transitare in prossimita' di questo piano, riflette l'onda elettromagnetica, inviata dal trasmettitore. Ogni eco radio indica percio' il passaggio di qualcosa. Non tutte le riflessioni avvengono, ma solo quelle in funzione della lunghezza d'onda scelta nell'ascolto. Come registrare i segnali radio delle meteore, nella banda FM? Il radio-astrofilo, per operare in questa affascinante branca dell'Astronomia, deve disporre di un semplice scanner, operante tra gli 87.5 e i 108.0 MHz, collegato ad un'antenna, e capace di captare il segnale gratuito di un trasmettitore radiofonico, distante tra i 500 e i 2000 km. Il termine scanner e' impiegato per i ricevitori, che hanno la possibilita' di settare (e quindi captare) una determinata frequenza e operare in un range di frequenze prestabilite. La classica radio dell'auto o dell'HiFi di casa sono degli scanner economici, operanti in FM. Prima di tutto e' necessario scegliere delle frequenze libere da emittenti, da disturbi, eccetera, caratterizzate dal classico rumore di fondo omogeneo e quindi sintonizzare lo scanner sulla radio frequenza scelta. L'antenna da utilizzare e' del tipo Yagi a 3 o 4 elementi. Nel mio caso si tratta di un'antenna autocostruita, ma sono adeguate allo scopo anche quelle commerciali, operanti nella banda FM. Le frequenze utili per il MFS (Meteor Forward Scatter, in pratica la tecnica per ascoltare le meteore) sono comprese tra i 40 e i 150 MHz. Le frequenze minori sono riflesse dalla ionosfera, mentre quelle maggiori non interagiscono a sufficienza con la meteora. Come si vede, la banda FM è centrale rispetto all'intervallo utile per indagini di MFS. Esistono numerose stazioni radiofoniche in Italia e non (operanti nell'intervallo suddetto) da cui sfruttare il segnale. Nel sito http://www.monitor-radiotv.com/guidartv.htm sono riportate le frequenze della radio presenti sul territorio nazionale. Scelta la lunghezza d'onda di lavoro, si orienta l'antenna verso un'opportuna zona di cielo. Intuitivamente, si suppone che la migliore zona di ricezione sia quella lungo la direttrice che collega la stazione ricevente con quella trasmittente. In realta', e' necessario spostare di un dato angolo (azimut) l'antenna rispetto alla direzione suddetta, in base alla distanza dal ripetitore.

Di seguito e' riportata una tabella, che evita di dover calcolare l'elevazione e l'azimut dell'antenna. In pratica, scelta la distanza della stazione radio, si ricava direttamente l'elevazione dell'antenna e il rispettivo azimut sciftato ("off set).

Per chi volesse un calcolo piu' preciso, si possono utilizzare delle equazioni che definiscono in funzione della distanza della stazione (ottenuta su una carta geografica di opportuna scala o piu' precisamente risolvendo dei triangoli sferici in base alla coordinate geografiche) i valori dell'elevazione e dello schift dell'azimut dell'antenna. Se non si ha dimestichezza con le antenne, e' possibile calcolare gli elementi di questa, utilizzando il software gratuito Yagimax (345kb).

L'antenna Yagi a 4 elementi, autocostruita dall'autore

La mia strumentazione L'idea iniziale era di sfruttare la banda FM per la ricezione radio degli echi meteorici, ma dopo alcune prove sono dovuto passare a frequenze piu' basse (VHF), per eliminare i disturbi, le armoniche e le interferenze che si avevano su tutto l'intervallo FM. Abitando nel Lazio, a 10 km da Rieti, a 80 da Roma e a 30 da Terni, prendevo tutte le radio-emittenti e le uniche frequenze libere (107.8 MHz e 87.7 MHz) risultavano prive di un segnale di rimbalzo. Cosi' dall'estate 2002, opero nella banda VHF. Queste sono le caratteristiche del mio apparato "artigianale". Un'antenna Yagi a 4 elementi, calcolata per una frequenza di lavoro di 49,7396 Mhz, opportunamente orientata. Un apparato di ricezione VHF tarato. L'uscita e' collegata ad un piccolo analizzatore di spettro, allacciato alla seriale di un vecchio PC 486 40 MHz, o a un PC Pentium 133 MHz utilizzato normalmente per altri scopi. Il tutto viene messo in funzione per alcuni giorni (di solito da 3 a 5).

La stazione di ricezione degli echi radio e di elaborazione dei dati

Come elaborare gli echi radio? L'esame piu' semplice e intuitivo, che un astrofilo (e non), a digiuno di nozioni di radiotecnica, di elettromagnetismo, di fisica del plasma, puo' effettuare rigurda la distribuzione degli echi meteorici o, in parole semplici, il conteggio orario del numero di echi captati. Per poter confrontare grafici ottenuti da zone differenti e' necessario esprimere il tempo in ore di Greenwich, ossia in Tempo Universale, oppure in Longitudine Solare, riferita all'equinozio alla data (o al 2000,0). Utilizzando un qualsiasi programma per la creazione di grafici (ad esempio MS Excel), si riportano sull'asse X il tempo e sull'asse Y il numero orario di echi registrati. Sono possibili anche grafici a più dimensioni, ma sono complessi e richiedono variabili, quali l'altezza angolare media del radiante apparente, l'intensita' di ogni singolo segnale, il tipo di segnale, e cosi' via.

Sopra a titolo di esempio e' il grafico (FM) relativo alle Geminidi 2002, ricavato da tre giorni di monitoraggio, tra il 13 e il 15 dicembre 2002. Lo stesso risulta qualitativamente simile a quello ottenuto per le Geminidi 2002 dalla mia stazione amatoriale (VHF) di Contigliano. Link utili http://members.bellatlantic.net/~vze2n9fe/meteor/meteor.htm http://members.cox.net/fmdxweb/thomas.html http://solarsystem.estec.esa.nl/METEORS/leonids01/radioM.html

       

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