24° Symposium di Terni e Orvieto
16 e 17 maggio 2009
Progetto Radiometeore:
Osservazione di Sciami Meteoritici con
Tecniche Radio
Liceo Scientifico
Duca degli Abruzzi
GORIZIA
Giovanni Aglialoro ,
Massimo Devetti ,
Sezione ARI di Gorizia
IV3GCP
IV3NDC
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
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Obiettivi
Rilevare la presenza di meteore e le variazioni
dell’attività meteoritica con l’uso di tecniche radio, a fini
didattici e scientifici.
Classi 5C , 5D
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Utilizzando un opportuno sistema radio ricevente connesso a un PC, si
acquisiscono in continuità dati relativi all’ingresso di meteore
nell’atmosfera. Per stimare e interpretare l’attività meteorica in un
determinato intervallo temporale, gli allievi elaborano (con foglio di
calcolo) i dati ricevuti producendo tabelle e grafici.
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Meteore o “Stelle Cadenti”
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
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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.
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Le osservazioni delle Meteore con tecniche radio si basano
sul noto 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) 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.
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Meteor Back Scatter Observations
Meteora
Radar
Meteorici
Attivi
Antenna Radar
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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 trasmettitori preesistenti. Questi tuttavia
devono essere scelti sulla base di specifiche opportune.
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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<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, direttività
dell’antenna non sfavorevole
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Frequenza operativa scelta: 55,052 MHz
(Portante Video DR1, Fyn, Denmark)
Country
Video (MHz)
Audio (MHz)
City
Station
Video ERP
Audio ERP
Coordinates
Denmark
55.0521
60.0521
Fyn
DR 1
25,000
1,250
10-29E /
55-17N
Questo trasmettitore TV presenta caratteristiche ottimali in termini di:
- distanza dalla stazione ricevente ( ~ 1100 Km )
- potenza di uscita (25 KW ERP, Pattern omnidirezionale)
- operatività ( h24 tutto l’anno )
- immunità alle interferenze (non vi sono altri trasmettitori su freq. vicine)
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
HAAT (m)
221
Osservatorio Radio-meteorico
del Liceo Scientifico: configurazione attuale
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
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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;
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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);
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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).
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Software di acquisizione
10 Hz Sampling
AGC (Open Loop)
AUDIO
Autocorrelation
Algorithm
PWR
PWR>PwrThr ?
YES
K > KThr ?
NO
PwrThr= NoiseFloor
+ ΔPwr
NO
No Meteor Detection
YES
Meteor Detection
No Signal / No Meteor Detection
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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.
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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)
…un breve clip del sistema in azione…
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Esempio di file generato
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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
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•
•
•
•
•
•
•
•
<- 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
(.hr)
-125 dB
2 dB
55
8 * 0.1 sec
DR1
55.052
4elYagi
65Degs
355Degs
5Degs
2dB
12dB
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
(riporta i conteggi del numero
di echi ad intervalli regolari di
20 minuti)
Esempio di file generato (.raw)
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•
•
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
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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)
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.
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Verifica del flusso meteorico giornaliero
Uncorrected Total Counts - 3/4 Oct 2007
500
450
400
RHR (Counts/Hour)
350
Conteggi
300
250
Linea di tendenza
200
150
100
50
Oct. 3
0
12
13
14
15
Oct. 4
16
17
18
11
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
19
20
21
22
23
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
Local Time
Osservazioni su base continuativa
Il generico conteggio rileva il flusso giornaliero di meteore sporadiche, con sovrapposti eventuali sciami
Uncorrected RHR - 8/14 Oct. 2007
700
Total counts
600
RHR (Counts/Hour)
500
400
300
200
100
0
Local Time
12
Oct. 9
Oct.14
18
0
6
12
18
Oct. 10
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
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 sciami: Liridi 2007
Uncorrected Total Meteor Counts 19/04/07 - 24/04/07
1000
900
800
RHR (Counts/Hour)
700
600
500
Total Meteors
400
300
200
100
0
12
1
April 19
18
0
13
6
12
25
18
April 20
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
0
37
6
12
49
April 21
18
0
61
6
Local Time
12
73
April 22
18
0
85
6
12
97
18
April 23
0
109
6
12
121
April 24
Osservazione di sciami: Liridi 2007
Approximate Observability Function - Gorizia to Fyn - Lyrids 2007
1
0.9
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).
0.8
Efficiency %
0.7
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
Local Time
Tale funzione dipende principalmente
dall’altezza del Radiante dello sciame rispetto
l’orizzonte, e dalla direzione reciproca (in
Azimut) tra stazione Trasmittente, Ricevente
e Radiante, in funzione del tempo.
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
16
17
18
19
20
21
22
23
Osservazione di sciami: Liridi 2007
Predicted Peak: Apr 22, 22.30 UT (source: IMO)
Uncorrected Meteor Counts - Lyrids 2007
1000
Lyrids Shower
900
800
Peak
RHR (Counts/Hour)
700
600
Normal daily rate
Total Meteors
Underdense
Overdense
500
400
300
200
100
0
12
18
1
April 19
0
13
6
12
18
25
April 20
0
37
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
6
12
0
6
49 18
61
April 21 Local Time
12
73 18
April 22
0
85
6
12
97 18
April 23
0
109
6
12
121
April 24
Osservazione di sciami: e-Aquaridi 2007
Peak predictions: May 5, 19 UT (I. Yrjola)
Uncorrected Hourly Counts - e-Aquarids 2007
1200
Total Meteors
Underdense
Overdense
1000
RHR (Counts/Hour)
800
600
400
200
0
12 18 0 6 12 18 0
6 2
May
May 3
6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0
May 4
May 5
May 6
May 7
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Local Time
6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0
May 10
May 11
May 8
May 9
Osservazione di sciami: e-Aquaridi 2007
Approximate Observability Function - Gorizia to Fyn - eAquarids 2007
1
0.9
0.8
Efficiency %
0.7
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
Local Time
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Osservazione di un Outburst: a-Aurigidi 2007
Predicted Peak: Sept. 1, 11.33 UT ± 20 min. (Jenniskens/Lyytinen)
Uncorrected Hourly Counts / a-Aurigids 2007
900
AUR Outburst
Underdense
Total
Overdense
800
Uncorrected RHR (counts/hour)
700
600
500
400
300
200
100
0
8
12
18
29 Aug.
0
6
12
18
0
30 Aug.
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
6
12
18
31 Aug.
0
6
12 18
1 Sept.
0
6
12
18
2 Sept.
0
6
12
3 Sept.
18
0
6 9
Time UT
4 Sept.
Osservazione di un Outburst: a-Aurigidi 2007
Conteggi ad intervalli di 20 minuti per maggiore risoluzione
Uncorrected counts - 20 min. intervals - Sept. 1st
350
Underdense
Total
Overdense
300
RHR (counts/20 min)
250
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Local Time (UT +2)
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
14
15
16
17
18
19
20
21
22 23
24
Osservazione di un Outburst: a-Aurigidi 2007
a-Aurigids 2007 - Duration Distribution
900
800
700
600
d> 25 s
10 s <d< 25 s
5 s <d< 10 s
1 s <d< 5 s
0.5 s <d< 1 s
d< 0.5 s
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 Time)
18 19 20
21 22 23
Sept 1, 2007
Bright Meteors
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Duration classes (s)
Osservazioni di sciami: Liridi 2009
Observed peak: Apr. 22, 8.25 UT (source: IMO)
Lyrids 2009 - Raw Total Counts
300
250
RHR (counts/hour)
200
Radio
150
100
50
0
20.4
Apr 10
21.4
22.4
23.4
24.4
25.4
26.4
27.4
28.4
29.4
Solar Longitude (J2000)
Visual
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
30.4
31.4
32.4
Apr 22
33.4
34.4
35.4
36.4
37.4
38.4
39.4
40.4
Apr 30
Ottimo accordo tra le nostre misure e quelle
pubblicate da altri osservatori, ma…si può sempre
migliorare!!
To Do List:
• 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
• Totale automatizzazione delle procedure di acquisizione e plotting, remotizzazione,
conteggi disponibili in real-time via web…
• And more…
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Conclusioni
Il monitoraggio (almeno “qualitativo”) dell’attività meteoritica con
tecniche radio è alla portata di ogni radioamatore attrezzato in VHF.
Va ricordato che ottenere osservazioni accurate (soprattutto se si vuole
determinare il Profilo di Attività di uno sciame) non è semplice, per
tutta una serie di motivi, e richiede una attenta caratterizzazione del
sistema ricevente.
Il costo di un sistema di rilevazione del flusso meteorico quale quello
descritto è comunque molto limitato; le attrezzature sono facilmente
reperibili / autocostruibili.
Già diversi gruppi di amatori nel mondo (RMOB, Global MS Net)
collaborano con ricercatori professionisti nella raccolta ed analisi dei
dati inerenti il flusso meteoritico.
L’osservazione radio delle Meteore (ed in generale dei fenomeni
dell’Alta Atmosfera) resta uno degli ultimi campi della Radioastronomia
ove i Radioamatori possono offrire un contributo importante!
Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore
Links
International Meteor Organization: www.imo.net/radio
Radio Meteor Observing Bulletin : www.rmob.org
IARA: www.iaragroup.org/meteore/
MMMonVHF: www.mmmonvhf.de
Frequenze TV europee: www.ukwtv.de
Liceo Scientifico di Gorizia: www.isisalighieri.go.it/duca/iv3rzm.htm
Massimo Devetti [email protected]
Giovanni Aglialoro [email protected]
Un ringraziamento …
alle classi 5D, 5C (a partire dal 2005) e in particolare a
Gabriele Brajnik, (IV3EZM), Chiara Corriga, Chiara Pizzol, Simone Kodermaz,