ICARA 2012 - Colle Leone (TE), 27-28 ottobre 2012
Radiometeore, oggi
Giovanni Aglialoro,
IV3GCP
Massimo Devetti,
IV3NDC
Osservazioni del Flusso Meteorico
con tecniche radio
Un Meteoroide, a causa del campo gravitazionale terrestre, entra nella
nostra atmosfera a velocità di decine di km/s.
Appena esso incontra strati gassosi sufficientemente densi, si riscalda
per attrito, evaporando in superficie ( processo di ablazione ).
Gli atomi così liberatosi collidono con gli atomi di gas circostante.
L’elevata energia (in particolare cinetica) associata al Meteoroide si
trasforma quindi in:
-Radiazione nello spettro visibile
-Aumento di temperatura
- Ionizzazione delle particelle
circostanti
Il flusso meteorico “normale” (Meteore Sporadiche) presenta
variazioni giornaliere e stagionali.
Oltre a ciò, in certi periodi dell’anno l’orbita terrestre interseca
“Streams” ad alta densità di Meteoroidi (Sciami di Meteore).
Quali sono le tecniche osservative applicabili al
flusso meteorico?
Visuale
Fotografica
Telescopica
Video
Radio
Le osservazioni delle Meteore con tecniche radio si
basano sul principio del Meteor Scatter
Il passaggio di un meteoroide in atmosfera lascia una scia di gas ionizzato che
diffonde o riflette (per un certo intervallo di tempo, proporzionale al quadrato della
lunghezza d’onda incidente) le onde radio ad essa incidenti, su frequenze ove
normalmente non è possibile la ricezione oltre l’orizzonte radio.
Sintonizzandosi su una frequenza ove irradia un trasmettitore noto (il cui segnale
normalmente non è ricevibile), il passaggio di una meteora è segnalato da un eco
del segnale proveniente dal trasmettitore considerato.
L’osservazione con tecniche radio permette di svincolarsi da
una serie di limitazioni, proprie delle precedenti metodologie:
• Imprecisione dell’osservatore umano
• Impossibilità di osservazioni diurne
• Dipendenza dalle condizioni climatiche
• Inquinamento luminoso
• Dinamica strumentale (osservazione delle sole meteore visibili)
Le osservazioni radio, pur soffrendo di una serie di altre
limitazioni, costituiscono tuttavia uno dei metodi più
efficaci per lo studio delle meteore, e sono adatte in
particolare a sessioni osservative su lungo periodo.
Meteor Back Scatter Observations
(Radar Meteorici Attivi)
Meteora
Antenna Radar
Forward Meteor Scatter Observations
Meteora
D
Trasmettitore
Ricevitore
A differenza della tecnica precedente, tipica dell’ambito
accademico e professionale, la tecnica osservativa basata sul
Forward Meteor Scatter è alla portata dei ricercatori amatoriali,
qualora si utilizzi un trasmettitore preesistente. Questo tuttavia
deve essere scelto sulla base di opportune specifiche.
Caratteristiche del Trasmettitore Ideale per F.M.S.O.
• Sufficientemente distante da non essere normalmente ricevibile
via Tropo ( typ. D>600 Km )
• Non troppo distante da non consentire lo Scattering meteorico,
per motivi geometrici ( D<2200 Km )
• Frequenza di trasmissione nota e non interferita da altre
emittenti
• Operante in continuità senza interruzioni di servizio
• Segnale trasmesso di caratteristiche invarianti nel tempo ( es:
portante non modulata )
• Frequenza operativa che non permette forme propagative tali da
consentire la ricezione (ad eccezione del M.S.): Gamma VHF
• Potenza di trasmissione sufficientemente elevata, Radiation
Pattern dell’antenna non sfavorevole
Frequenza operativa scelta: 55,052 MHz
(Portante Video DR1, Fyn, Denmark)
Fino all'anno 2010
Country
Denmark
Video
(MHz)
Audio
(MHz)
City
55.0521
60.0521
Fyn
Station
DR 1
Video ER
P (W)
25,000
Questo trasmettitore TV presentava caratteristiche ottimali
- distanza dalla stazione ricevente ( ~ 1100 Km )
Audio
ERP (W)
Coordinates
o
o
r
t 10-29E
1,250 ai
d
t 55-17N
t
i
y
i
n
v
o di:
a
in termini
a
t
n
e
s
- potenza di uscita (25 KW ERP, Pattern omnidirezionale)
- operatività ( h24 tutto l’anno )
- immunità alle interferenze (non vi sono altri trasmettitori su freq. vicine)
/
u
d
i
o
(
M
H
z
)
HAAT (m)
221
Osservatorio Radio-meteorico
del Liceo Scientifico di Gorizia: configurazione fino al 2010
ANT. 4 el. Yagi
Acquisition
Reduction
& Analisys
ANT. Preamp.
f = 55.05 MHz
A/D
BOARD
ATT
AUDIO
RX
CONVERTER
AGC
VHF
RECEIVER
IF = 149.05 MHz
LO
94 MHz
Data & Plots
Caratteristiche tecniche del sistema
Antenna: Yagi 4 elementi
f0 = 55 MHz, G = 6,5 dBd;
HPBW (a -3dB) =65°;
LNA: MosFet BF981,
G = 16 dB, NF = 1 dB;
Caratteristiche tecniche del sistema
Linea di discesa coassiale: 15 m di RG213
Step Attenuator: 50 Ω, 0,1 - 40 dB;
Up converter:
2x BF981 + mixer SBL1,
G = 20 dB, NF = 1,5 dB
Oscillatore Locale 94
MHz, uscita 40 mW
(+16 dBm);
Caratteristiche tecniche del sistema
Ricevitore IF: Yaesu FRG 9600 (uscita
audio, uscita AGC);
Scheda A/D: 8 bit Flytec FPC010
Computer: PC Pentium 133 MHz con
Windows 98 !
Software:
Automatic Meteor Counting System
Software di acquisizione
Rileva gli “echi” causati dall’ingresso di un meteoroide in
atmosfera e li associa ad eventi, che vengono registrati su
file di testo.
Il sampling combinato dei segnali AGC (Open Loop) e Audio
permette di determinare se un’aumento di potenza ricevuta è
dovuto a segnale utile (eco meteorico) o a rumore.
L’analisi del segnale audio permette anche, entro certi limiti,
un filtering nei conteggi (echi dovuti ad altri trasmettitori,
sufficientemente lontani in frequenza, non vengono
conteggiati).
Software di acquisizione
10 Hz Sampling
AGC (Open Loop)
AUDIO
Autocorrelation
Algorithm
PWR
PWR > PwrThr ?
YES
PwrThr =
NoiseFloor + ΔPwr
K > KThr ?
NO
NO
No Meteor
Detection
No Signal / No Meteor Detection
YES
Meteor Detection
To counter
Software di acquisizione
Il coefficiente di Autocorrelazione K assumerà valore elevato solo se la
potenza del segnale audio è concentrata, in termini di spettro, attorno alla
frequenza del “Tono Audio” che ci aspettiamo di ricevere dal trasmettitore
lontano.
I Parametri NoiseFloor , ΔPwr e KThr sono impostabili all’inizio della
sessione di osservazione. Il loro valore definisce la “Sensibilità”
(Magnitudine Limite) del sistema di rilevazione e conteggio di eventi
meteorici.
In base alla tipologia di osservazione da effettuare (Meteore Sporadiche,
Sciami Minori, Sciami Maggiori o Meteor Storms) i parametri sopraccitati
(come l’attenuazione sulla catena di ricezione) vanno scelti nell’ ottica del
miglior compromesso tra Sensibilità ed Immunità ai disturbi.
Procedura di osservazione
1. Accensione del sistema ed eventuale setup
2. L’acquisizione è automatica; ogni 24 ore vengono generati 2 file (formato testo)
contenenti i dati acquisiti secondo diverse modalità; i file vengono aggiornati ogni 20
minuti
3. Trasferimento dei file al PC dedicato all’analisi; elaborazione con appositi tool (es.:
fogli Excel)
…una breve clip
del sistema in
azione
Esempio di file generati
(riporta i conteggi del numero di
echi ad intervalli regolari di 20 min)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Quiet Signal
Trigger Size
Audio Threshold
Max Ping Duration
Transmitter ID
Frequency MHz
RX Antenna
Antenna Beamwidth
Beam Azimuth
Beam Elevation
Minimum RX NF
Attenuation
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
<- MID TIME UT ->
<------ COUNT ------->
DA MO YR HR MN SC FALSES PINGS METEOR
======== ======== ====== ====== ======
19 4 7 11 7 59
2329
125
139
19 4 7 11 27 59
1806
116
127
19 4 7 11 47 59
1926
111
126
19 4 7 12 7 59
1408
171
181
19 4 7 12 27 59
1085
150
161
19 4 7 12 47 59
803
108
113
19 4 7 13 7 59
823
102
108
19 4 7 13 27 59
595
150
159
19 4 7 13 47 59
1038
120
127
19 4 7 14 7 59
598
131
137
19 4 7 14 27 59
418
122
128
19 4 7 14 47 59
501
124
135
19 4 7 15 7 59
360
112
118
19 4 7 15 27 59
646
97
107
19 4 7 15 47 59
602
100
109
19 4 7 16 7 59
620
95
106
19 4 7 16 27 59
737
62
72
19 4 7 16 47 59
637
47
54
-125 dB
2 dB
55
8 * 0.1 sec
DR1
55.052
4elYagi
65Degs
355Degs
5Degs
2dB
12dB
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
dd
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
mm
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
yy
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
hh
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
mm
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
ss
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
59
tot
dur
1941
1540
1220
1256
1080
958
762
526
627
674
565
629
1109
953
678
1056
1126
1498
1163
1285
1858
1836
1694
2151
met
392
455
394
400
334
232
177
142
135
279
221
240
302
344
270
390
404
436
392
435
497
538
481
495
05
met
307
390
330
328
278
186
143
119
110
257
190
202
250
302
236
344
352
375
329
382
433
456
414
425
1
met
45
39
42
49
31
18
16
11
18
8
19
26
27
26
23
27
27
30
39
25
33
50
40
47
5 10 25long
met met met met
34
5
1
0
21
5
0
0
21
1
0
0
22
1
0
0
25
0
0
0
26
2
0
0
16
2
0
0
11
1
0
0
6
0
1
0
13
1
0
0
12
0
0
0
12
0
0
0
23
2
0
0
15
1
0
0
11
0
0
0
18
1
0
0
25
0
0
0
29
1
1
0
23
1
0
0
27
1
0
0
26
3
1
1
29
2
1
0
25
0
2
0
18
2
1
2
(raggruppa gli echi
in classi di durate,
su base oraria)
Esempio di elaborazione dati
Andamento giornaliero del flusso meteoritico
Source:
METEOR SCIENCE AND ENGINEERING,
D.W.R. McKinley 1961
Tale flusso ha variazioni stagionali e giornaliere, legate principalmente all’altezza del
punto di Apice celeste rispetto all’orizzonte: tale punto corrisponde alla regione di
atmosfera avente la massima probabilità di intercettare meteore. L’andamento del flusso
è in prima approssimazione sinusoidale, con massimo nelle prime ore nel mattino e
minimo in prima serata. Più intuitivamente, basta notare che proprio nelle ore mattutine
l’osservatore si trova sulla zona della Terra orientata nel verso di avanzamento del moto
orbitale terrestre; tale posizione consente di intercettare un maggior numero di
meteore, con la massima velocità relativa tra Terra e meteoroidi.
Verifica del flusso meteorico giornaliero
UncorrectedTotal Counts- 3/4Oct 2007
500
450
400
350
Conteggi
RHR(Counts/Hour)
300
250
Lineadi tendenza
200
150
100
50
Oct. 3
0
12
11
13
14
15
Oct. 4
16
17
18
19
20
21
22
23
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
Local Tim
e
Osservazioni su base continuativa
Il generico conteggio rileva il flusso giornaliero di meteore sporadiche,
con sovrapposti eventuali sciami
UncorrectedRHR- 8/14Oct. 2007
700
Total counts
600
500
RHR(Counts/Hour)
400
300
200
100
0
Local Tim
e
12
Oct. 9
Oct.14
18
0
6
12
18
Oct. 10
0
6
12
Oct. 11
18
0
6
12
Oct. 12
18
0
6
12
Oct. 13
18
0
6
12
Oct.14
Osservazione di un Outburst: a-Aurigidi 2007
Predicted Peak: Sept. 1, 11.33 UT ± 20 min. (Jenniskens/Lyytinen)
UncorrectedHourlyCounts/ a-Aurigids2007
900
AUROutburst
Underdense
Total
Overdense
800
700
UncorrectedRHR(counts/hour)
600
500
400
300
200
100
0
8 12 18 0
29Aug.
6 12 18
30Aug.
0
6 12
18
31Aug.
0
6
12 18
1Sept.
0
6
12 18
2Sept.
0
6
12 18
3Sept.
0
Tim
eUT
69
4Sept.
Osservazione di un Outburst: a-Aurigidi 2007
a-Aurigids2007- DurationDistribution
900
800
700
600
d>25s
10s<d<25s
5s<d<10s
1s<d<5s
0.5s<d<1s
d<0.5s
Total Counts
500
RHR(Counts/Hour)
400
300
200
100
0
0 1 2
3 4 5
6 7 8
9 10 11
12 13 14
15 16 17
Hours(Local Tim
e)
18 19 20
21 22 23
Sept 1, 2007
Bright M
eteors
Durationclasses(s)
Osservazione di sciami: Funzione di Osservabilità
Approxim
ateObservabilityFunction- GoriziatoFyn- Lyrids2007
1
0.9
0.8
0.7
Efficiency%
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Local Tim
e
Tale funzione dipende principalmente dall’altezza del
Radiante dello sciame rispetto l’orizzonte, e dalla
direzione reciproca (in Azimut) tra stazione TX, RX e
Radiante, in funzione del tempo.
In prima approssimazione, il massimo di “Efficienza
Radio” si ha per un altezza del radiante
sull'orizzonte pari a 45°, e quando la direzione del
Radiante è ortogonale alla direzione di tratta radio.
17
18
19
20
21
22
23
La rilevazione, e la
successiva
“estrazione” di un
determinato sciame
dal flusso giornaliero
si effettua una volta
nota la Funzione di
Osservabilità, relativa
allo sciame
considerato (oltre che
funzione del tempo e
della geometria di
tratta).
Osservazioni di sciami: Liridi 2009
Lyrids 2009 - Raw Total Counts
300
250
RHR (counts/hour)
200
150
100
50
0
20,4 21,4 22,4 23,4 24,4 25,4 26,4 27,4 28,4 29,4 30,4 31,4 32,4 33,4 34,4 35,4 36,4 37,4 38,4 39,4 40,4
Solar Longitude (J2000)
Apr
Apr 30
Apr 22
10
[M. Sandri, M. Devetti, G. Aglialoro – 2009]
Calcolo del Profilo Radio
Sottrazione
Del
Background
(Meteore
Sporadiche)
Correzione
per altezza
del Radiante
Correzione per
direzione
(Azimuth) del
Radiante
29,896974
30,019008
30,141042
30,263076
30,38511
30,507144
30,629178
30,751212
30,873246
30,99528
31,117314
31,239348
31,361382
31,483416
31,60545
31,727484
31,849518
31,971552
32,093586
32,21562
32,337654
32,459688
32,581722
32,703756
32,82579
32,947824
33,069858
33,191892
33,313926
33,43596
33,557994
33,680028
33,802062
33,924096
34,04613
34,168164
34,290198
34,412232
34,534266
34,6563
34,778334
34,900368
35,022402
35,144436
35,26647
35,388504
35,510538
35,632572
Corrected RHR (Meteor / Hour)
Profilo di Attività Finale
2009 LYR Radio Activity Profile
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Solar Longitude (J2000.0)
29,896974
30,019008
30,141042
30,263076
30,38511
30,507144
30,629178
30,751212
30,873246
30,99528
31,117314
31,239348
31,361382
31,483416
31,60545
31,727484
31,849518
31,971552
32,093586
32,21562
32,337654
32,459688
32,581722
32,703756
32,82579
32,947824
33,069858
33,191892
33,313926
33,43596
33,557994
33,680028
33,802062
33,924096
34,04613
34,168164
34,290198
34,412232
34,534266
34,6563
34,778334
34,900368
35,022402
35,144436
35,26647
35,388504
35,510538
35,632572
Corrected RHR (Meteor / Hour)
Confronto con osservazioni visuali
nel “radio” (by Cosmic Noise team)
2009 LYR Radio Activity Profile
180
160
140
120
100
Ottimo accordo tra
osservazioni
visuali e radio
80
60
40
20
0
Solar Longitude (J2000.0)
LYR 2009
Maximum
according to IMO:
Apr. 22, 09 UT
(Λsol = 32° 245)
visuale (dati IMO)
La postazione di rilevamento…
Amateur Radio Station
IV3RZM
Liceo Scientifico Duca degli Abruzzi
piazza Divisione Julia 5 - 34170 GORIZIA
QTH: 45° 56’ 17’’ N - 13° 37’ 04’’ E
World Wide Locator: JN65TW
Region 1 - CQ zone: 15 - ITU zone: 28
Il Progetto Radiometeore al
Liceo Scientifico Duca degli Abruzzi
di Gorizia
Rilevare la presenza di meteore e le variazioni
dell’attività meteoritica con l’uso di tecniche radio,
a fini didattici e scientifici.
Alcuni allievi presentano l’attività
a ICARA 2007, Brasimone (BO)
IV3EZM, Gabriele
IV3NDC, Max
Sviluppi futuri
• Caratterizzazione completa del sistema ricevente: stima della Magnitudine
Limite in diverse condizioni, determinazione del valore ottimale di attenuazione
per il miglior compromesso sensibilità/accuratezza, ecc…
• Applicazione di algoritmi per la riduzione / correzione dei dati rilevati (Dead
Time, Sporadics subtr., Observability function…)  software per la stima del
profilo di attività dello sciame secondo i parametri del nuovo impianto
• Totale automatizzazione delle procedure di acquisizione e plotting,
remotizzazione, conteggi disponibili in real-time via web…
• Cambio di frequenza operativa: 143.050 MHz (Radar di Graves, French Space
Surveillance System) dato che …
Sviluppi futuri
•
Con lo Switch-Off della TV analogica, in buona parte d’Europa, si sono
chiusi quasi tutti i trasmettitori TV nelle basse VHF (banda I, 45-65 MHz), il
settore dello spettro più adatto alla ricezione di echi radio meteorici.
•
In alcuni paesi dell’Europa orientale la TV analogica è ancora in uso su
queste bande, ma i trasmettitori purtroppo non sono attivi durante la notte.
•
es.:
•
49.749.823 - 849 KN68
•
49.750.000
Kryvyi Rih, Ukraine
KO33 Minsk, Belarus
Il Radar bistatico di Graves (143.050 MHz)
•
E’ pertanto necessario orientarsi verso l’osservazione di altri sistemi
trasmittenti: tra questi, il più adatto per i nostri scopi sembra essere il radar di
Graves (French Space Surveillance System), un radar ad onda continua per
l’osservazione di satelliti nell’orbita terrestre.
Location: Broye-lès-Pesmes (Dijon) 47.348°N 5.515°E
WWLocator: JN27SI
Il Radar di Graves (143.050 MHz)
Il Radar di Graves (143.050 MHz)
TX sequence = 1,6 s
Il Radar di Graves: criticità
• Diagramma di Irradiazione tempo-variante (Phased Array):
anche la funzione di osservabilità dipende dal tempo (notevole
complicazione in fase di riduzione e correzione dei dati)
• Alcuni echi meteorici rischiano di essere “troncati” a causa
del beam steering: sottostima della durata dell’eco
• Impossibilità, in tante aree del nostro Paese, di applicare la
tecnica osservativa del Forward Scatter a causa della distanza
e della direzione di puntamento (in azimuth) del radar: uso dei
modelli di Back Scatter e Side Scatter
testi di riferimento, web-links, ringraziamenti …
D.W.R. McKinley, “Meteor Science and Engineering”, 1961
International Meteor Organization: www.imo.net
Frequenze TV europee: http://www.g0che.co.uk/tv_info.php
Make More Miles on VHF: www.mmmonvhf.de
Radar Graves: http://www.itr-datanet.com/~pe1itr/graves/
Liceo Sc. Duca degli Abruzzi di Gorizia:
www.isisalighieri.go.it/duca/iv3rzm.html
IV3GCP, Jan, [email protected]
IV3NDC, Max, [email protected]
Un ringraziamento …
a Gabriele Brajnik (IV3EZM), Marco Aglialoro,
Chiara Corriga, Chiara Pizzol, Simone Kodermaz;
alle classi 5D, 5C (dal 2005).