Osservazione di radio meteore

Ogni giorno un numero elevatissimo di piccoli frammenti rocciosi e/o metallici (meteoroidi e polveri) provenienti dallo spazio interplanetario entrano nell’atmosfera terrestre a velocità ipersoniche, comprese tra gli 11 e i 72 km/s.

Ciò li porta collidere violentemente con le molecole e gli atomi che costituiscono la parte alta dell’atmosfera terrestre.
A tali velocità, ogni singola collisione di una molecola atmosferica con il meteoroide libera mediamente un’energia dell’ordine del centinaio di Joule, sufficiente a ionizzare e ad eccitare gli atomi meteorici e quelli atmosferici.
Mentre il meteoroide attraversa zone sempre più dense dell’atmosfera terrestre, la sua temperatura superficiale può raggiungere le diverse migliaia di gradi.
Ciò ne causa la fusione e l’evaporazione: questo fenomeno, denominato ablazione, porta rapidamente alla distruzione parziale o completa del meteoroide.
L’emissione luminosa di tipo transiente che ne risulta prende il nome generico di meteora.
La presenza di una scia di atomi ionizzati ed elettroni liberi rende questo fenomeno rilevabile e studiabile attraverso tecniche radar.

Oltre all'osservazione visuale, esiste un altro modo di "vedere" le meteore, ovvero non solo nel visibile ma anche nelle frequenze radio, attraverso il fenomeno di riflessione chiamato anche meteorscatter.  

Il fenomeno di riflessione avviene quando la meteora a circa 80-90 Km di altezza entra nell'atmosfera e crea una zona ionizzata (per lo piu' cilindrica) direttamente proporzionale alla potenza della stessa.
Non tutte le meteore possono essere viste con questo metodo, infatti per una legge della fisica (che i giocatori di biliardo conoscono bene...) vengono riflesse solo le meteore dove l'angolo incidente dell'onda radio emessa dal trasmettitore, rispetto al tracciato della meteora, e' uguale a quello riflesso verso il ricevitore.
E’ possibile studiare via radio il fenomeno meteorico installando la parte passiva (quella ricevente) di un radar bi-statico in modo da sfruttare un potente trasmettitore radio commerciale o militare come parte attiva. 
L’osservazione dei segnali radio riflessi dalle tracce meteoriche avviene sintonizzando il ricevitore sulla frequenza del trasmettitore che “illumina” costantemente una vasta porzione di cielo.
Quando il canale ionizzato prodotto da un meteoroide riflette o diffonde obliquamente le onde radio incidenti, queste possono raggiungere il ricevitore e produrre un eco radar.
Il fenomeno, che dura da frazioni di secondo a qualche secondo, si studia nel dominio del tempo e della frequenza (analizzando l’evoluzione dello spettro associato alla riflessione radio) utilizzando adatti programmi (Echoes).
Misurando l’intensità del segnale ricevuto e il suo spostamento Doppler in frequenza si ricavano importanti informazioni sul movimento della sorgente.
Questo sistema è alla portata di tutti: è sufficiente avere un buon ricevitore VHF operante sulla stessa frequenza del trasmettitore, un’antenna e un personal computer.

Gli ingredienti per fare questo tipo di osservazioni sono i seguenti: cercare su una frequenza radio non modulata, utilizzare una antenna tarata su questa frequenza, rilevare il segnale riflesso con una radio sintonizzata sulla frequenza scelta precedentemente e far elaborare questo segnale audio da un particolare software (analizzatore di spettro) per poter visualizzare i segnali ricevuti.
Ho quindi predisposto un piccolo sistema ricevente, composto da:
- antenna di tipo Yagi a 2 elementi, tarata sui 145 Mhz, puntata in direzione Francia (300° azimuth - 15 gradi di elevazione),

- radio SDR (Software Defined Radio), gestita da PC e sintonizzata sulla frequenza di 143,050 Mhz

- software (Echoes) per poter visualizzare il segnale ricevuto.

Echoes è un software di analisi spettrale radio per dispositivi RTL-SDR, progettato per scopi di scattering meteorico. Il suo obiettivo principale è analizzare e registrare la potenza totale dei segnali radio naturali e generare screenshot e output di dati tabulari (CSV, GNUplot) in presenza di particolari picchi in una ristretta gamma selezionata di frequenze.

La frequenza di lavoro (143,050 Mhz), e’ relativa al segnale emesso da un radar, denominato GRAVES, collocato in Francia nei pressi di Digione.

Si tratta di un potentissimo trasmettitore radio (della potenza di centinaia di Kw), gestito dall'aeronautica militare francese, che scansiona 180° di spazio da est a ovest, per mappare e catalogare gli oggetti che orbitano nello spazio intorno al nostro pianeta.

Rilevazione Radio

La rilevazione radio delle meteore si basa sulla ricezione della riflessione del segnale inviato dal trasmettitore da parte dlla scia meteorica. Quando l’onda radio inviata dal trasmettitore investe la traccia ionizzata meteorica, le particelle cariche della scia oscillano sotto l’influenza del campo elettrico dell’onda incidente, a causa di questa oscillazione queste particelle reirradiano l’onda elettromagnetica. Il processo di riemissione elettromagnetica è principalmente dovuto agli elettroni liberi. Dal punto di vista della riflessione radar, le scie meteoriche si possono dividere in due “categorie” : le scie ipodense e le scie iperdense.

Scie Ipodense

le scie ipodense corrispondono alle meterore più deboli, spesso non visibili ad occhio nudo, esse sono caratterizzate da una densità degli elettroni liberi relativamente bassa. In questo caso l’onda radio riesce a penetrare all’interno della scia e viene diffusa dai singoli elettroni. Il radio eco di una scia ipodensa è caratterizzato da un rapido fronte di salita ed un veloce decadimento esponenziale del segnale dovuto al rapido dissolvimento della scia ionizzata. Il segnale ha una durata complessiva pari a frazioni di secondo. Il software però non ha risoluzione temporale sufficiente ad evidenziare il decadimento esponenziale del segnale: la metora ipodensa avrà quindi una durata minima e sarà visualizzata nel grafico a cascata come un punto od una riga orizzontale luminosa.

Scie Iperdense

Quando la densità degli elettroni liberi presenti nella scia meteorica supera una certa soglia si parla di scia iperdensa. Le scie iperdense corrispondono alle meteore più brillanti visibili nel cielo. In una scia iperdensa gli elettroni liberi costituiscono una sorta di plasma e le onde radio vengono riflesse specularmente dalla superficie della scia ionizzata. Il radio eco ricevuto da una scia iperdensa ha in genere potenza più elevata rispetto ad una ipodensa e può durare anche svariati secondi.
Durante questo intervallo di tempo la potenza del segnale può subire variazione irregolari e modulazioni dovuti ai movimenti della scia a causa dei venti di alta quota e anche a causa di fenomeni di interferenza (oscillazioni di Fresnel). La meteora iperdensa produrrà quindi un radio eco con durata in genere superiore ad 1 sec. e sarà visualizzata nel grafico a cascata come una riga verticale luminosa.

RISULTATI
Ho effettuato alcuni giorni di test e poi ho cercato di acquisire il picco delle Perseidi (11 e 12 agosto 2024).
Questo il primo conteggio ottenuto:

I principali tassi di rilevazione sono intorno alle ore 02.00 UTC.

Di seguito alcuni segnali registrati:

di questa ultima meteora ho avuto la fortuna di avere un diretto riscontro visivo del passaggio attraverso UMA !
Il software permette l'analisi dei singoli eventi e la generazione di alcuni grafici molto interessanti.

CONCLUSIONI
I risultati ottenuti sono molto positivi.
L’antenna si comporta “egregiamente”, la catena di filtrazione fornisce al dispositivo SDR un buon segnale.
Il software Echoes permette l’acquisizione automatica di tutti gli eventi meteorici e produce ottimi report in formati facilmente trattabili con altri programmi di analisi dati.