Enric Fraile.
De todas las técnicas de estudio de meteoritos, quizás la observación a través de técnicas de radio sea una de las menos practicadas en nuestro país. Existen diferentes observatorios y agrupaciones de alrededor del mundo que aprovechando la IONIZACIÓN que producen los meteoros al entrar en la atmósfera terrestre, registran señales de radio procedentes de estaciones terrenas conocidas.
Esta técnica permite observar partículas de 0,002 cm. De radio o 10-7 gramos que son totalmente desintegradas al atravesar la atmósfera y que no son observables visualmente. También proporciona datos de las corrientes meteóricas prescindiendo de la época del año y la hora del día en que estas se producen.
1. Introducción.
La dispersión debida a la ionización provocada por las estelas meteóricas proporciona un procedimiento de comunicación en ondas decamétricas y métricas. Se han explotado circuitos de telecomunicaciones bidireccionales de forma experimental entre 30 y 100 MHz., a distancias de hasta 1300 Km. La comunicación aprovecha las ráfagas de propagación durante la aparición de estelas meteóricas y admite velocidades de datos de hasta 100 baudios como media sobre varios minutos [1].
Este fenómeno fue descubierto alrededor de 1928 cuando Heising detecto regiones ionizadas de la atmósfera, aunque los primeros ECOS de meteoritos no se obtuvieron hasta que Skellet, Schoffner y Goodal utilizaron técnicas de radar durante las Leónidas. Desde entonces y hasta 1961 que Mckinley escribe el primer libro sobre la comunicación por ráfagas de meteoritos, las noticias y experimentos se suceden.
Hasta esta época no fue posible la observación diurna de meteoritos y se descubrieron un gran número de lluvias, El fenómeno continua hoy siendo estudiado por un cierto número de agencias independientes, entre las que cabe destacar: Stanford reserch Institute, The National Buro of Standars, Canadian Phisics Laboratoty entre otros.
Las técnicas de observación de meteoritos por radio (TOMR) para los aficionados, siguen un método similar a la técnica del radar pero mucho más simples. Mientras que en un radar el transmisor y el receptor se encuentran en un mismo emplazamiento, TOMR está compuesto por un sistema receptor local y un transmisor que suele ser una estación de frecuencia modulada o televisión conocida y situada por lo menos a 500 Km de distancia del receptor.
2. Efecto de Ionización.
Los meteoros que entran en contacto con partículas de la atmósfera, convierten la energía cinética de su movimiento en calor, evaporizando átomos de la capa del meteorito. La colisión de estos átomos con las partículas de la atmósfera producen calor, luz y ionización en la dirección de la traza del meteorito. Las señales recibidas por TOMR son básicamente de dos formas "subdensas" y "superdensas", la mayoría de las señales son producidas por reflexiones subdensas éstas se caracterizan por su baja densidad de electrones (< 1014 electrones/metro) y que corresponden a partículas no visibles más pequeñas que 0.04 cm. de radio y masa cercana a 1 mg
Figura 1. La combinación de más de 25 factores inciden en la traza ionizada que produce un meteorito en la capa "E" de la atm?sfera entre los 80 y los 120 Km de altura.
La potencia recibida Pr(t), después de la dispersión en las estelas subdensas viene dada por (Mckinley) como sigue:
(ecuaci?n 1)
donde
Como puede observarse en la formula, solo algunos de estos parámetros son constantes, por lo que la potencia recibida variará considerablemente de una a otra reflexión.
En la figura (2) se presentan las curvas de la pérdida básica de transmisión deducidas de la ecuación 1 para q= 1014 electrones/metro. Como el ángulo b puede tomar cualquier valor entre 0o y 90º, se muestran únicamente estos dos extremos.
3. Frecuencia óptima.
Aunque las señales de radio que pueden utilizarse están comprendidas entre el segmento de los 30 a los 200 MHz. Por debajo de los 30 MHz. La ionosfera puede reflejar estas señales independientemente de que existan o no zonas ionizadas por meteoritos. Además se ha demostrado que en ciertos momentos, la rotación de Faraday de las señales de radio linealmente polarizadas reflejadas por meteoros, reducirá seriamente la capacidad de recepción a estas frecuencias. Por encima de los 100 MHz. Las señales se atenúan rápidamente, por lo que cuando se elija la frecuencia, se tiene que tener en cuenta el peso de todos estos factores.
Figura 2. Al aumentar la frecuencia mayor es la pérdida básica de transmisión para estelas subdensas con q = 1014 electrones/m y menor la distancia de recepción.
El segmento de Televisión comprendido entre los 47 y 68 MHz es el ideal para este tipo de experiencias. Las características de las señales radiadas de TV quedan definidas por el Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones (CCIR).
BANDA I
CANAL
Frecuencia Canal MHz
Portadora Video MHz
Portadora Sonido MHz
Portadora Color MHZ
E2
47-54
48.250
53.75
52.68
E3
54-61
55.250
60.75
59.68
E4
61-68
62.250
67.75
66.68
Todos los componentes que intervienen en una señal compuesta de Televisión son realmente complejos y no son motivo de estudio de este articulo, pero es interesante conocer los que afectan a las TOMR quedando resumidos como:
Anchura de banda nominal del radiocanal para la banda I : 7MHz.
Separación de la portadora de sonido con relación a la de Imagen : +5,5 MHz ± 0,001 MHz.
Relación entre las potencias radiadas aparentes de la imagen y del sonido: 20/1 a 10/1.
Como se ha podido ver, el segmento de radio situado entre los 40 y los 100 MHz. Se muestra como idóneo para desarrollar sistemas de observación de meteoritos por radio. El primer paso para el diseño de un sistema eficaz pasa por escoger una señal que sea capaz de ser detectada; Hay que centrarse en las estaciones de Radiodifusión o Televisión que transmiten con alta potencia y periodos de 24 horas, Para observatorios situados cerca de centros remisores habrá que descartar las estaciones de Radiodifusión de Frecuencia Modulada (87,5 MHz a 107 MHz.) por estar situadas en un segmento sobrepoblado generando un alto nivel se señales interferentes que pueden enmascarar el resultado final. Solo en lugares alejados de estos centros podrá escogerse alguna de estas estaciones.
Si escogemos una señal de televisión de la banda I nos tendremos que centrar en la portadora de Vídeo ya que se trata de la señal emitida con más potencia de todas las que la componen.
4. Diseño de un sistema TOMR.
Conociendo los efectos de reflexión de señales de radio sobre zonas ionizadas por meteoros, así como las frecuencias idóneas en que estas se producen, pasará a diseñar un sistema capaz de recibir estas señales.
Para ello me guiare del sistema que tengo operativo desde el pasado mes de Abril de 1997 y descrito en mi web
Figura 3. Diagrama de bloques de un sistema de Observación de Meteoros por radio.
Los componentes reflejados en la Figura 3 que componen un sistema son:
4.1. Antena.
La antena es uno de los elementos más importantes del sistema, una antena con ganancia y ajustada específicamente en la frecuencia de trabajo es necesaria para conseguir buenos resultados.
La antena más común usada en estos sistemas es la Yagi, construida para conseguir una ganancia cerca de las 10 dB S/N, debe estar dirigida en dirección de la señal que deseamos escuchar y a ser posible introducirle una elevación de unos 30 grados; de esta forma conseguiremos eliminar las señales recibidas por diferentes aperturas de propagación (Tropo, F.A.I. etc).
La antena deberá instalarse como mínimo a dos longitudes de onda de altura, siendo su polaridad, la misma que la de la señal a escuchar, normalmente horizontal.
4.2. Preamplificados.
El preamplificador no es un elemento imprescindible de la estación, aunque un buen preamplificador de bajo ruido y buena ganancia ayudaran a recibir mayor número de reflexiones.
4.3. Conversor receptor.
Es necesario disponer de un receptor adecuado capaz de sintonizar las frecuencias escogidas, las caracterásticas principales de este receptor deben ser.
· Buena sensibilidad, cercana 0.25mV a 1º dB S+N/N.
· Buena selectividad, ha ser posible ajustable de 6 kHz a 500 Hz.
· Buena relación frente a señales imagen, bajo ruido del receptor y diferentes filtros tanto de baja frecuencia como de frecuencia intermedia siempre ayudan.
· Posibilidad de anular el Control Automático de Ganancia (AGC).
La mayoría de equipos utilizados por los Radioaficionados cumplen de sobras estas condiciones, aunque en algunos casos el receptor se utiliza como equipo de frecuencia intermedia y se añada un conversor que convierte la frecuencia escogida a un equipo de recepción normalizado.
4.4. Separador Integrador.
Dependiendo del equipo de recopilación de datos que utilicemos se hará necesario disponer de un separador/integrador que convierta la señal de audio del receptor a una señal analógica o digital capaz de ser detectada por el ordenador.
4.5. Conversor Analógico/Digital.
La señal detectada por el receptor es introducida al ordenador mediante un canal de la placa conversora A/D. Actualmente también se están utilizando placas de audio tipo "Sound Blaster" para registrar directamente las señales recibidas.
4.6. Ordenador Personal.
Hoy en día la utilización de un Ordenador Personal esta al alcance de cualquiera de nosotros, es suficiente un equipo XT sin disco duro para iniciarse a la detección de meteoritos por radio. No es necesario explicar que cuanto más potente sea el ordenador utilizado, mejores resultados podremos obtener dependiendo del programa que utilicemos para ello.
El sistema Receptor TOMR varia según los elementos de que se disponen, pero en general, se acercan bastante al descrito anteriormente.
5. Resultados.
Los resultados que podemos obtener con las TOMR dependerá en gran medida del Software que utilicemos como colección de datos. A pesar de que no existe ningún estándar de Software, un sistema eficaz debe ser capaz de obtener los siguientes datos:
· Duración de la reflexión en segundos.
· Inicio de la reflexión en horario (UTC) dd/mm/aa mm/ss/dd,
· Fin de la reflexión en horario (UTC). dd/mm/aa mm/ss/dd,
· Intensidad de la señal,
· Desplazamiento de frecuencia del inicio de la reflexión en Hz,
· Tiempo en alcanzar el máximo de intensidad en ms,
· Intervalo de tiempo entre reflexión y reflexión,
Adem?s este aplicativo, introduciendo los algoritmos de calculo necesario, tendría que poder proporcionar información como:
· Velocidad del meteorito,
· Altura de la reflexión,
· Densidad del meteorito,
· Determinación de enjambres,
· Discriminación de elementos perturbadores como ruidos atmosférico o industrial, diferentes aperturas de propagación (Troposférica, esporádica E, FAI etc).
5.1. Resumen mensual.
Los resultados expuestos aquí han sido obtenidos utilizando las técnicas de observación de meteoros por radio, estos resultados son relativos, dependiendo siempre del sistema receptor y software utilizado y no pueden tomarse como referencia de un ZHR total, las casillas indican el número de reflexiones obtenidas en un intervalo de una hora y estas dependen de los umbrales marcados en el sistema.
Todos estos datos han sido tomados semanalmente y entre ellos pueden variar de semana en semana pero sirven para ver la evolución de los radiantes, la actividad esporádica o detectar algún posible OUTBURST.
5.2. Detección de máximos.
De la tabla anterior que corresponde al mes de enero de 1998 se puede ver claramente la evolución de la lluvia de las Cuadrántidas. Si la representamos en un grafico veremos:
Figura 4. Máximo de las Cuadrántidas 1998.
6. Conclusiones.
La posibilidad de obtener datos durante las 24 horas del día durante 365 días al año, utilizando Técnicas de Observación de Meteoros por Radio. Puede llegar a convertirse en una herramienta que genere resultados continuados y fiables y que junto a los resultados de otras técnicas de observación, ayuden a la comprensión del comportamiento de los enjambres de meteoros.
Referencias
[1] Comunicaciones mediante la propagación por impulsos Meteóricos, Cuestión 41/6 del CCIR, 1990, Informe 251-5
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