Liceo Scientifico Statale “Duca degli Abruzzi”
Gorizia, 11 Marzo 2006
Osservazione delle Meteore con tecniche Radio:
Un’ introduzione
Massimo Devetti, IV3NDC
Associazione Radioamatori Italiani
Sezione di Gorizia
Meteore o “Stelle Cadenti”
Meteoroidi: classificazione
Micrometeore:
massa < 10-7 g
Meteore:
10-7 g < massa < 103 g
Meteoriti:
massa > 103 g
Il 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
Tecniche di osservazione delle meteore
• Visuale
• Fotografica
• Telescopica
• Video
• Radio
Osservazione delle meteore:
Tecnica Visuale
Osservazione delle meteore:
Tecnica Visuale
Osservazione delle meteore:
Tecnica Fotografica
Osservazione delle meteore:
Tecnica Telescopica e Video
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.
Suddivisione dello spettro radio
3 KHz – 30 KHz
VLF
30 KHz – 300 KHz
LF
300 KHz – 3 MHz
MF
3 MHz – 30 MHz
HF
30 MHz – 300 MHz
VHF
300 MHz – 3 GHz
UHF
3 GHz – 30 GHz
SHF
30 GHz – 300 GHz
EHF
Fino a frequenze di alcune decine di MHz, le comunicazioni radio
a lunga distanza sono consentite da un nota proprietà degli strati
di gas ionizzato:
un’onda elettromagnetica incidente (da direzione opportuna) un
volume a sufficiente densità di ionizzazione, può essere diffusa,
rifratta o riflessa.
Strati di tale natura esistono nella ionosfera terrestre.
Struttura della Ionosfera
“Riflessioni” di onde e.m. sulla Ionosfera
Su frequenze più alte, l’eventuale possibilità di trasmissione a grande
distanza è demandata a fenomeni propagativi di natura diversa,
presenti su base regolare o, più tipicamente, occasionale:
• Diffusione Troposferica ( Tropo Scatter )
• Super-Rifrazione Troposferica
• Rain Scatter e Snow Scatter
• Propagazione Trans-Equatoriale
• Diffusione Ionoferica
• Riflessione su strato E-sporadico
• FAI – Scatter
• Diffusione da Aurore Boreali
• Diffusione da Meteore ( Meteor Scatter )
Diffusione Troposferica: cenni
Se il volume “illuminato” dalle antenne delle stazioni ricevente
e trasmittente contiene elementi di discontinuità, dovuti a
turbolenze atmosferiche, si verifica il fenomeno dello
Scattering ovvero diffusione, sparpagliamento di una certa
aliquota di potenza incidente in tutte le direzioni, tra cui anche
la direzione utile al collegamento.
Rifrazione Troposferica: cenni
β
ε
2
α
ε1
Legge di Snell per due mezzi omogenei
(di uguale permeabilità magnetica relativa)
( Sin β ) / ( Sin α) =
ε1 /
ε
2
Modello semplificato di atmosfera stratificata- ε decrescente con la quota
ε5
ε4
ε3
ε2
ε1
Passaggio al limite - Modello (più realistico) con ε decrescente linearmente rispetto alla quota
(Modello detto di Atmosfera Standard)
Riflessione su strato E-sporadico: cenni
E
Direzione dei venti ionosferici
Strato iperdenso
W
Diffusione da Aurore Boreali: cenni
Meteor Scatter
Il passaggio di un meteoroide in atmosfera lascia una scia, più o
meno densa e persistente, di gas ionizzato.
Tale volume di spazio è in grado quindi di diffondere o riflettere le
onde radio ad essa incidenti, anche su frequenze relativamente
alte, fintantochè la densità di ionizzazione rimane su valori
sufficientemente elevati.
A causa della ricombinazione tra ioni ed elettroni liberi (peraltro
facilitata dall’azione dei venti ionosferici) infatti, la densità di
ionizzazione della traccia meteorica permane solo per un certo
intervallo di tempo ad un valore tale da garantire la riflessione su
una certa frequenza.
Per un intervallo di tempo che può andare da frazioni di secondo
ad alcuni minuti, la traccia ionizzata lasciata da una meteora è in
grado quindi di creare le condizioni per la propagazione di onde
radio a grande distanza, anche su frequenze VHF-UHF ove ciò
normalmente non avviene.
Meteor Scatter
Sintonizzando il ricevitore sulla frequenza di trasmissione di
un emittente lontana, normalmente non ricevibile, siamo in
grado di ricevere tale emittente per brevi intervalli di tempo.
Ciò avverrà ogni qualvolta il passaggio di una meteora crea
una traccia ionizzata, ad altezza e direzione opportuna rispetto
alla tratta tra le due stazioni.
Meteor Scatter
Tale fenomeno può essere utilizzato per effettuare collegamenti a grande
distanza, con modalità opportune, su frequenze ove non sono disponibili
altre forme propagative
Meteor Burst Communications
Ma, visto che la ricezione temporanea della stazione lontana segnala
anche l’entrata in atmosfera di un meteoroide, questa tecnica può
essere usata anche per il monitoraggio e l’osservazione delle meteore.
Meteor Radar Observations (o Back Scatter Observations)
Forward Scatter Meteor Observations
Meteor Back Scatter Observations
Meteora
Radar
Meteorici
Attivi
Antenna Radar
Forward Meteor Scatter Observations
Meteora
D
Trasmettitore
Ricevitore
A differenza della tecnica precedente, tipica dell’ambito
accademico e professionale, il Forward Meteor Scatter è alla
portata dei ricercatori amatoriali, qualora si utilizzi trasmettitori
preesistenti. Questi tuttavia devono essere scelti sulla base di
specifiche opportune.
Caratteristiche del Trasmettitore Ideale per F.M.S.O.
• Sufficientemente distante da non essere normalmente ricevibile
( typ. D>600 Km )
• Non troppo distante da non consentire lo Scattering meteorico,
per motivi geometrici ( D<2300 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, direttività
dell’antenna non sfavorevole
Caratteristiche degli echi ricevuti
Nella maggior parte dei casi viene scelto un trasmettitore
televisivo in VHF Banda I, sintonizzando la frequenza di Portante
Video.
In tal caso gli “echi” ricevibili sono costituiti da note di tonalità
costante, che compaiono randomicamente con durata e ampiezza
variabile.
Una volta note le caratteristiche del sistema trasmittente e
ricevente, le tipologie di echi e le loro caratteristiche dipendono
solo da parametri legati al meteoroide che lo produce.
48.250 MHz Navacerrada (ESP)
49.750 MHz Minsk (BLR) + various East EU
Recorded 05/03/2006
Recorded 05/03/2006
Echi Ipodensi ( “Pings” )
Tracce da Micrometeore;
Echi da Diffusione (Scattering)
Echi Iperdensi brevi ( “Short Bursts” )
Tracce da Meteore di dimensioni maggiori;
Echi da Riflessione/Diffusione
Echi Iperdensi lunghi ( “Long Bursts” )
Tracce da Meteore di dimensioni considerevoli;
Echi da Riflessione Speculare con eventuali interferenze
Meteore Sporadiche e Sciami
Nell’atmosfera terrestre entra in continuazione un’enorme quantità di
materiale solido proveniente dallo spazio esterno. Il numero di tali
meteoroidi è inversamente proporzionale alla loro massa. Tale attività
meteorica “di fondo” è sempre presente, in maggiore o minor misura, e
le meteore ad essa associate vengono dette “Sporadiche”.
Oltre a ciò la Terra, nel suo moto orbitale, viene periodicamente ad
intersecare degli Sciami di Meteore ( Meteor Streams ), ovvero fasce a
densità di meteore molto maggiore, associate a orbite di comete. In tal
caso si verifica, per determinati periodi, un aumento, talvolta notevole,
del flusso meteorico rispetto al livello normale.
Terra
Meteor Stream
Orbita terrestre
Meteore Sporadiche e Sciami
Gli sciami noti sono centinaia: la maggior parte provoca un piccolo
aumento di flusso meteorico, spesso indistinguibile dal livello di fondo;
alcuni di essi, tuttavia, esibiscono periodicamente dei consistenti
aumenti di attività ( Outbursts ). Alcuni sciami invece presentano
regolarmente una attività meteorica considerevole, e sono per questo
i più noti. Il nome dello sciame è associato alla costellazione ove si
trova il cosiddetto Radiante, ovvero il punto della volta celeste ove,
per effetto prospettico, sembrano partire le scie luminose note come
“Stelle Cadenti”, provocate dalla combustione delle meteore nel loro
ingresso nell’atmosfera terrestre.
Meteore Sporadiche e Sciami
Il flusso di meteore sporadiche ha variazioni diurne e stagionali:
è legato a vari fattori, il principale è l’altezza del punto di Apice rispetto
l’orizzonte: esso è il punto che identifica la regione di atmosfera avente
massima probabilità di intercettare meteore; l’altezza dell’Apice ha
variazioni giornaliere e stagionali, e con esse il Meteor Flux.
L’ andamento è circa sinusoidale, con massimo nelle prime ore del
mattino e minimo nella prima serata. Stagionalmente, il massimo è in
settembre e il minimo in Febbraio.
Il flusso associato agli sciami invece ha un andamento legato
all’intersezione con l’orbita del relativo Stream, e alla struttura dello
Stream stesso. L’attività di sciame è rilevabile per periodi anche di
parecchi giorni, mentre il picco ( o i picchi ) di flusso possono avere
durate che vanno da frazioni di ore ad alcuni giorni.
Meteor Flux
Time
Meteore Sporadiche
Gli sciami principali
SCIAME
Quadrantidi
Liridi
η - Aquaridi
Arietidi
ζ -Perseidi
δ-Aquaridi S
Perseidi
Orionidi
Leonidi
Geminidi
PICCO (indicativo)
3 Gennaio
22 Aprile
5 Maggio
7 Giugno
9 Giugno
28 Luglio
12 Agosto
20 Ottobre
17 Novembre
13 Dicembre
ZHR Max, Typ
120
15
60
40
40
20
80
20
>20
100
Cosa si può osservare con sistemi radio?
Osservazioni su singolo meteoroide:
• Quota di Ablazione
• Velocità di impatto
• Posizione spaziale e direzione di arrivo
• Composizione chimica del meteoroide
• Massa del meteoroide
Acquisizione di forma d’onda e spettro di un
singolo eco, con uno o più sistemi riceventi.
Cosa si può osservare con sistemi radio?
Osservazioni su grandi numeri di meteoroidi:
• Monitoraggio flusso Sporadiche
• Monitoraggio attività sciami noti e non
• Monitoraggio Outbursts e sciami periodici
• Determinazione parametri dello sciame ( Curva di attività, RHR/ZHR,
Velocità media, Distribuzione di massa, Parametri orbitali, anomalie,
struttura dello stream….)
Osservazioni continuative o comunque su lungo periodo,
generalmente con un singolo sistema ricevente.
Conteggio del numero di echi; acquisizione della loro
frequenza e caratteristiche. Approccio statistico.
Esempi di risultati osservativi
Esempi di risultati osservativi
Esempi di risultati osservativi
Esempi di risultati osservativi
Esempi di risultati osservativi
Esempi di risultati osservativi
Schema di un sistema osservativo FMS: Il costruendo
osservatorio meteorico… al Liceo Scientifico di Gorizia
Reduction &
Analisys
Acquisition
ANT. 4 El. Yagi
ANT. Preamp.
A / D BOARD
F= 55.05 MHz
AUDIO
RX
CONVERTER
VHF
RECEIVER
IF 149 MHz
AGC
Riduzione e correzione:
-Dead Time
-(Sottrazione Sporadiche)
- Funzione Osservabilità
(efficienza geometrica)
LO 94 MHz
Data & Plots
Elaborazione
Under Construction…
Per chi volesse saperne di più…
International Meteor Organization:
http://www.imo.net
American Meteor Society:
http://www.amsmeteors.org
Meteor Observing Bulletin:
http://www.meteorobs.org
SkiYmet Meteor Radar:
http://www.iap.kborn.de/radar/Radars/Skiymet
Meteor Showers List:
http://comets.amsmeteors.org
Global MS Net:
http://aio.arc.nasa.gov/leonid/Global-MS-Net/
Meteors & Propagation:
http://www.vhfdx.de
http://www.qsl.net/dk3xt
http://www.Kolumbus.fi/oh5iy
Per eventuali Info:
[email protected]