13-Ottobre-2019

Premetto che userò il termine “meteora”, in modo magari improprio, per indicare ciò che si disegna sullo spettrogramma o che si ascolta in audio.
E’ chiaro che scientificamente, la meteora è intesa come l’evento ottico aereo, prodotto dal meteoroide che si disintegra per attrito. Ma dato che la riflessione del segnale radar, è proporzionalmente correlata a quello che accade fisicamente al meteoroide, posso tranquillamente permettermi di dire che una meteora, l’ho vista in cielo, ascoltata con la radio mentre la osservavo dal vivo e vista successivamente sullo spettrogramma scattato dal PC. Quindi, abbino al fenomeno ottico in cielo, il suo suono ed il suo relativo spettro di frequenze su un grafico, perchè sono espressioni diverse dello stesso evento.

Come tutti, alle prime esperienze, sono partito qualche anno fa, con l’ascolto delle meteore, utilizzando una radio SSB, sintonizzata sulla frequenza del radar Graves (in USB, appena sotto ai 143.050MHz).
Se ne possono ascoltare molte, ad ogni ora, ogni giorno dell’anno. Solitamente piccole e comuni.

Collegando poi, la radio ad un PC, quest’ultimo ci permette di osservare lo spettro delle frequenze di ciò che riceviamo, rendendo l’analisi degli eventi più approfondita. (SpectrumLab è un ottimo software gratuito reperibile in rete, ma si possono usare anche programmi di audio editing come Audacity).

Iniziando con una normale radio SSB, ci si trova a ricevere solo quello che la radio ci mette a disposizione con la sua banda passante, che è di circa 3kHz. Ciò che riceviamo, è quindi confinato in questa piccola finestra.
Un esempio, sono le seguenti immagini, che mostrano tre meteore di taglia normalissima:

In queste immagini, trovate sull’asse orizzontale, il tempo, mentre su quello verticale, la frequenza.
Nel caso di oggetti che si muovono velocemente, la frequenza ci fornisce una indicazione relativa della velocità, grazie allo spostamento doppler, che il moto del meteoroide produce sull’onda RF incidente.
Detto in altri termini, più la scia della meteora è alta, sulla scala delle frequenze, più il copro sarà veloce.

Nelle immagini sopra, si vedono meteore che hanno una scia doppler di qualche centinaio di Hz.

Quando si son viste centinaia di meteore con questo sistema, comincia a trasparire che non si stia vedendo tutto quello che c’è da vedere.
Già con rilevamenti di questo tipo:

si vede chiaramente, che la meteora va fuori scala.

Nel tempo, mi sono quindi reso conto, che limitarsi ad una banda di soli 3kHz, era troppo restrittivo. Volevo catturare meteore più grandi, più rare, più veloci… insomma, più belle. Inoltre mi interessava capire fino a quale doppler massimo si potessero spingere.
Per fare questo, ho dovuto mollare la radio seria, per passare ad una economica chiavetta SDR, che offre la possibilità di lavorare su bande passanti molto più ampie.
Purtroppo la sensibilità di una radio, è nettamente superiore a quella di una chiavetta, ma soprattutto, la radio è immune a molti disturbi da saturazione, per segnali forti su frequenze limitrofe, che invece sono un vero dramma per le chiavette SDR. Queste ultime andrebbero filtrate bene, per evitare di ricevere distorsioni e prodotti spuri che possono contaminare le ricezioni.
Nonostante queste restrizioni sulla qualità della ricezione, avere una banda passante più grande, è paragonabile ad avere una vista più acuta, che permette di vedere cose che prima non immaginavamo.

Pian piano, ho iniziato a ricevere le meteore con campionamenti della chiavetta sempre più alti. Ho cominciato con 8kHz. Sono passato a 11kHz, poi a 16, poi a 22… ma vedevo che c’era sempre qualcosa che andava al limite della scala. I test duravano mesi, perchè facevo rilevazioni continue, ma più alzi la banda passante alla ricerca di qualcosa di speciale, più questo evento speciale, diventa raro. Occorre quindi portare pazienza e raccogliere dati di ore e ore di monitoraggio.
Da 22 sono passato a 32kHz, ma ancora vedevo cose andare oltre. Mi sono portato a 48kHz, ma non bastava. Alla fine mi sono spinto a 96kHz di campionamento, che corrispondono ad una banda passante di circa 48kHz utili. A questo livello, i files generati dalle registrazioni quotidiane, cominciavano a diventare pesanti. Si parla di circa 8GB di dati al giorno, che dovevo passarmi a mano, per estrapolare le meteore interessanti.
Ad un certo punto, mi sono trovato nella condizione di dovermi togliere il peso di questo immenso lavoro di analisi manuale, che non potevo lasciar andare in accumulo per troppo tempo, dato che ogni giorno, i dati aumentavano. Ho trovato aiuto in SpectrumLab, che mi ha permesso di utilizzare un suo linguaggio di programmazione, per automatizzare il processo.
Così facendo, evito una gran mole di lavoro, ma perdo sicuramente una discreta fetta di eventi “tenui”, che non sorpassano il livello di segnale necessario al sistema automatico, per far scattare il trigger della registrazione. Essendoci una soglia da passare, occorre impostarla non troppo bassa, altrimenti ci si ritrova con molte registrazioni inutili che catturano disturbi, picchi impulsivi, rumore del vicinato, interferenze, ecc ecc. .

Sul forum di HamRadioSpace, è presente un thread dedicato proprio a questo tema della configurazione di SpectrumLab, per l’autocattura delle meteore.

Nel periodo delle perseidi 2019, ho anche passato un periodo a lavorare con un campionamento a 192kHz, per avere 96kHz di banda passante. Ho fatto questo ultimo passo, per verificare in un momento di alta attività meteorica, se potesse apparire qualcosa ancora più veloce, che superasse il limite intorno ai 40kHz di doppler, che pareva essere un po’ il punto massimo, in mesi e mesi di registrazioni.

Ad oggi, non ho mai rilevato meteore con un doppler superiore a quello di questa immagine, che resta il record imbattuto su migliaia di eventi catturati in automatico:

Salire con la banda passante, mi ha permesso di vedere meteore che normalmente non sono rilevabili con la normale radio e non sono ascoltabili in audio, perchè generano un doppler abbondantemente fuori dalla banda udibile umana.

Un altro esempio di questi proiettili iperveloci, è quello di questo shot:

La meteora di quest’ultima immagine, è breve, ma estremamente veloce: è da notare che la scala laterale delle frequenze, arriva fino a oltre 45kHz. Non è più quella delle prime immagini. Se la paragoniamo alla quarta immagine di questo articolo (quella fuori scala per intenderci), questa meteora occuperebbe tutta quell’immagine. E ovviamente, non sarebbe rilevabile con una radio classica.

La meteora, oltre a formare la scia doppler verticale, può lasciare in molti casi, una traccia residuale, dopo la sua distruzione.
Questo fenomeno, lo si nota quando si crea un ispessimento del segnale fisso del radar, cosa che evidenzia l’apparizione di uno strato ionizzato permanente, che riflette la radiofrequenza del radar, a doppler nullo. Questa nube ionizzata, può permanere in alcuni casi, anche decine di secondi e passare anche il minuto. I collegamenti in meteor scatter, sfruttano principalmente questo momentaneo specchio di riflessione, per poter portare a compimento il QSO.
In queste 2 immagini, viene mostrata la stessa meteora, con la seconda immagine di zoom:

Si vede chiaramente, una gran bella scia di circa 15kHz di doppler.
Facendo attenzione alla riga bassa orizzontale del segnale del radar (intorno ai 500Hz), si può altrettanto vedere che la meteora produce una specie di nube, mentre ancora si sta disintegrando, e poi, rimane per alcuni secondi un’ amplificazione del segnale orizzontale del radar, dovuto proprio al residuo ionizzato della polverizzazione del meteoroide.

Un’altra cosa che può succedere di vedere/sentire, se si ha una banda troppo stretta, è la parte di residuo post distruzione, che la meteora lascia dietro di se, senza vedere effettivamente la meteora, perchè questa era troppo veloce e si è bruciata prima di arrivare ad una velocità sufficientemente bassa per avvicinarsi al segnale del radar.
Per meglio capire, queste 2 immagini dello stesso evento, ci vengono in aiuto:

Si vede una bellissima e veloce meteora che parte da quasi 30 mila Hz, per poi esplodere sopra i 10mila. Lasciando una traccia sulla frequenza del radar.
Ora, ipotizziamo di essere con la nostra radio amatoriale, in SSB, con i suoi 3kHz di banda passante. Questo spettacolo di meteora, lo vedremmo solamente come quella riga orizzontale, un po’ più colorata e lo sentiremmo in audio come un soffio soffocato, causato da quel picco ionizzato a 2000Hz. Non vedremmo nulla della splendida scia doppler e la sua esplosione, perchè sarebbero tutti eventi fuori scala, fuori dalla portata della radio.

La stessa sorte sarebbe accaduta per esempio a queste 2 meteore, che sarebbero state tagliate fuori, lasciando passare solo una intensificazione della linea del radar:

In questa ultima immagine, sempre per far notare e percepire la grandezza dei fenomeni, si possono osservare, prima della meteora grande, un po’ più alla sua sinistra, due piccole meteore, che sono del tipo comune, come quelle catturate nelle prime 3 immagini di questo articolo. Questo confronto, mette bene in evidenza che stiamo parlando di differenze corpose, sia di intensità, sia di velocità, sia di grandezza.

Altre meteore che trovo stupende dal punto di vista scientifico, spesso non rilevabili con bande troppo strette, sono quelle che esplodono. Qui ve ne mostro un altro paio:

Queste hanno velocità molto alte, come si nota dalla frequenza. L’ultima addirittura, permette di vedere che prima di esplodere, sviluppa un moto rotatorio. Infatti, se fate caso, la scia, assume un andamento sinusoidale prima del boom.

Su migliaia di meteore catturate, quelle rotanti (o meglio, con marcata rotazione), sono un’altra rarità.
Vi mostro a seguito, la più bella di questa tipologia, che è presente pure nel mio archivio online, per chi volesse analizzarne anche l’audio. A fine articolo troverete dove poter andare a curiosare, se vi interessa:

Concludendo, vi invito solo a pensare per un attimo, guardando la seguente immagine:

a quante cose sono implicate in un’ apparentemente insignificante apostrofo verde-rosso, su uno sfondo nero: effetto doppler, velocità estreme, riflessioni di segnali debolissimi, tarature di sistemi di ricezione, corpi che vagano in un universo enorme pieno di misteri, che stiamo studiando da quando esistiamo. Fisica, meccanica, chimica (ogni meteora ha un comportamento basato sulla sua costituzione chimico-fisica). Insomma siamo di fronte alla realtà che ci circonda. Una realtà spesso ricca di curiosità e misteri intriganti.

Come avevo accennato sopra, una piccola parte di meteore catturate, l’ho archiviata, per tener traccia storica, almeno delle cose un po’ più particolari.
Questo elenco di files (immagini e audio), lo potete trovare nel mio drive di google, che è accessibile attraverso la mia pagina di Qrz posta in firma.

Spero con questo articolo, di aver instillato un po’ di curiosità a qualche altro lettore che, come me, nutre lo stesso tipo di passioni.
Buon divertimento con le vostre ricezioni e, se catturate qualcosa di spettacolare, tenetemi aggiornato 😉

Un 73 a tutti.
IU2EFA – William
www.qrz.com/db/IU2EFA