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24° Symposium di Terni e Orvieto 16 e 17 maggio 2009 Progetto Radiometeore: Osservazione di Sciami Meteoritici con Tecniche Radio Liceo Scientifico Duca.

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1 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, IV3GCP Massimo Devetti, IV3NDC Sezione ARI di Gorizia

2 Amateur Radio Station IV3RZM Liceo Scientifico Duca degli Abruzzi piazza Divisione Julia GORIZIA QTH: 45° N - 13° E World Wide Locator: JN65TW Region 1 - CQ zone: 15 - ITU zone: 28 Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

3 Obiettivi Rilevare la presenza di meteore e le variazioni dellattività meteoritica con luso di tecniche radio, a fini didattici e scientifici. Classi 5C, 5D Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

4 Utilizzando un opportuno sistema radio ricevente connesso a un PC, si acquisiscono in continuità dati relativi allingresso di meteore nellatmosfera. Per stimare e interpretare lattività 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

5 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. Lelevata energia (in particolare cinetica) associata al Meteoroide si trasforma quindi in: -Radiazione nello spettro visibile -Aumento di temperatura - Ionizzazione delle particelle circostanti

6 Il flusso meteorico normale (Meteore Sporadiche) presenta variazioni giornaliere e stagionali. Oltre a ciò, in certi periodi dellanno lorbita terrestre interseca Streams ad alta densità di Meteoroidi (Sciami di Meteore). Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore Quali sono le tecniche osservative applicabili al flusso meteorico? Visuale Fotografica Telescopica Video Radio

7 Losservazione con tecniche radio permette di svincolarsi da una serie di limitazioni, proprie delle precedenti metodologie: Imprecisione dellosservatore 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

8 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 lorizzonte 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. Le osservazioni delle Meteore con tecniche radio si basano sul noto principio del Meteor Scatter Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

9 Meteor Back Scatter Observations Radar Meteorici Attivi Antenna Radar Meteora

10 Forward Meteor Scatter Observations Meteora TrasmettitoreRicevitore A differenza della tecnica precedente, tipica dellambito 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. D Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

11 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 dellantenna non sfavorevole

12 Frequenza operativa scelta: 55,052 MHz (Portante Video DR1, Fyn, Denmark) 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 lanno ) - immunità alle interferenze (non vi sono altri trasmettitori su freq. vicine) CountryVideo (MHz)Audio (MHz)CityStationVideo ERPAudio ERPCoordinatesHAAT (m) Denmark FynDR 125,0001, E / 55-17N 221 Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

13 Osservatorio Radio-meteorico del Liceo Scientifico: configurazione attuale ANT. 4 el. Yagi ANT. Preamp. f = MHz RX CONVERTER LO 94 MHz IF = MHz VHF RECEIVER AUDIOAGC A / D BOARD Acquisition Reduction & Analisys Data & Plots ATT Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

14 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;

15 Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore Caratteristiche tecniche del sistema Linea di discesa coassiale: 15 m di RG213 Step Attenuator: 50, 0, dB; Up converter: 2x BF981 + mixer SBL1, G = 20 dB, NF = 1,5 dB, Oscillatore Locale 94 MHz, uscita 40 mW (+16 dBm);

16 Caratteristiche tecniche del sistema Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore 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

17 Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore Software di acquisizione Rileva gli echi causati dallingresso 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 unaumento di potenza ricevuta è dovuto a segnale utile (eco meteorico) o a rumore. Lanalisi del segnale audio permette anche, entro certi limiti, un filtering nei conteggi (echi dovuti ad altri trasmettitori, sufficientemente lontani in frequenza, non vengono conteggiati).

18 Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore Software di acquisizione AGC (Open Loop) PWR PWR>PwrThr ? No Signal / No Meteor Detection PwrThr= NoiseFloor + ΔPwr NO YES Autocorrelation Algorithm AUDIO K > KThr ? NO Meteor Detection To counter 10 Hz Sampling No Meteor Detection YES

19 Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore 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 allinizio 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 lattenuazione sulla catena di ricezione) vanno scelti nell ottica del miglior compromesso tra Sensibilità ed Immunità ai disturbi.

20 Procedura di osservazione 1.Accensione del sistema ed eventuale setup 2.Lacquisizione 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 allanalisi; elaborazione con appositi tool (es.: fogli Excel) …un breve clip del sistema in azione… Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

21 Esempio di file generato (.hr) Quiet Signal -125 dB Trigger Size 2 dB Audio Threshold 55 Max Ping Duration 8 * 0.1 sec Transmitter ID DR1 Frequency MHz RX Antenna 4elYagi Antenna Beamwidth 65Degs Beam Azimuth 355Degs Beam Elevation 5Degs Minimum RX NF 2dB Attenuation 12dB DA MO YR HR MN SC FALSES PINGS METEOR ======== ======== ====== ====== ====== (riporta i conteggi del numero di echi ad intervalli regolari di 20 minuti) Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

22 Esempio di file generato (.raw) tot long dd mm yy hh mm ss dur met met met met met met met (Raggruppa gli echi in classi di durate, su base oraria) Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

23 Andamento giornaliero del flusso meteoritico Source: METEOR SCIENCE AND ENGINEERING, D.W.R. McKinley 1961 Tale flusso ha variazioni stagionali e giornaliere, legate principalmente allaltezza del punto di Apice celeste rispetto allorizzonte: tale punto corrisponde alla regione di atmosfera avente la massima probabilità di intercettare meteore. Landamento 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 losservatore 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

24 Verifica del flusso meteorico giornaliero Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

25 Osservazioni su base continuativa Il generico conteggio rileva il flusso giornaliero di meteore sporadiche, con sovrapposti eventuali sciami Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

26 Osservazione di sciami: Liridi 2007 Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

27 Osservazione di sciami: Liridi 2007 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). Tale funzione dipende principalmente dallaltezza del Radiante dello sciame rispetto lorizzonte, e dalla direzione reciproca (in Azimut) tra stazione Trasmittente, Ricevente e Radiante, in funzione del tempo. Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

28 Osservazione di sciami: Liridi 2007 Predicted Peak: Apr 22, UT (source: IMO) Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

29 Osservazione di sciami: e-Aquaridi 2007 Peak predictions: May 5, 19 UT (I. Yrjola) Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

30 Osservazione di sciami: e-Aquaridi 2007 Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

31 Osservazione di un Outburst: a-Aurigidi 2007 Predicted Peak: Sept. 1, UT ± 20 min. (Jenniskens/Lyytinen) Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

32 Osservazione di un Outburst: a-Aurigidi 2007 Conteggi ad intervalli di 20 minuti per maggiore risoluzione Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

33 Osservazione di un Outburst: a-Aurigidi 2007 Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

34 Osservazioni di sciami: Liridi 2009 Observed peak: Apr. 22, 8.25 UT (source: IMO) Visual Radio Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

35 Ottimo accordo tra le nostre misure e quelle pubblicate da altri osservatori, ma…si può sempre migliorare!! 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… To Do List: Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

36 Conclusioni Il monitoraggio (almeno qualitativo) dellattività 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. Losservazione radio delle Meteore (ed in generale dei fenomeni dellAlta Atmosfera) resta uno degli ultimi campi della Radioastronomia ove i Radioamatori possono offrire un contributo importante! Symposium Terni 2009 – Progetto Radiometeore

37 Links International Meteor Organization: Radio Meteor Observing Bulletin : IARA: MMMonVHF: Frequenze TV europee: Liceo Scientifico di Gorizia: Massimo Devetti Giovanni Aglialoro Un ringraziamento … alle classi 5D, 5C (a partire dal 2005) e in particolare a Gabriele Brajnik, (IV3EZM), Chiara Corriga, Chiara Pizzol, Simone Kodermaz,


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