[Logo]
Международный год Астрономии - 2009
Минская группа наблюдателей "Infinity"
  1. Что такое "радионаблюдение метеоров"?
  2. Классификация методов радионаблюдений метеоров
    3. Радионаблюдения метеоров в FM-диапазоне
    1. Выбор FM-станции
  4. Радионаблюдения с использованием ТВ-передатчиков

    Что такое "радионаблюдения метеоров"?


         Прежде всего о том, что подразумевают под фразой "радионаблюдения метеоров". Радионаблюдения метеоров -- это фиксирование  приёмником пролёта метеора за счёт приёма электромагнитного сигнала. На первый взгляд совершенно непонятно, как связаны эти два явления -- пролёт метеора и появления некоего сигнала (читай -- радиоволны). Но из дальнейшего объяснения это станет понятно.

         Дело в том, что при попадании метеоритного тела в атмосферу Земли, он вызывает сильное разогревание окружающего слоя воздуха. Разогревание это настолько сильное (температура может достигать нескольких тысяч градусов по Цельсию!), что происходит ионизация, т.е. выбивание электронов из атомов и молекул газов, входящих в состав атмосферы (прежде всего азота N и кислорода O). В результате этого вдоль пути следования метеора в атмосфере формируется плазменный след, который с течением времени расширяется. Часть этого следа, наиболее "горячую", мы и видим как след метеора, за доли секунды (редко -- дольше) пролетающего по небу.В связи с тем,что в результате пролёта метеора формируется облако плазмы, т.е. высоко ионизированного газа, и исходя из того факта, что плазма является как бы "зеркалом" для радиоволн определённой длинны волны, в своё время возникла идея использовать для наблюдения метеоров радиометод. Каким образом? Да тем самым, каким определяют присутствие в небе самолётов и прочих летающих объектов -- путём радиолокации. Посылая радиосигнал в определённом направлении, можно принимать его отражение от следа метеора. Принцип довольно прост и существует насколько вариантов его реализации.

         «Ещё в начале 30-х годов XX в. в различных странах было замечено, что имеется связь между ионизацией земной атмосферы и метеорными явлениями (радиоинженер и любитель астрономии Н.А. Иванов в СССР, М.Нагаока в Японии, А.М. Скеллетт в США и др.). Но в ту пору учёные, занимающиеся наблюдениями и теоретическими вопросами метеорной астрономии, не имели достаточных связей со специалистами по распространению радиоволн.

         Но время шло, техника развивалась, и в 1945 г. Дж. Хей и Г. Стюарт в Великобритании впервые смогли применить радиолокационную аппаратуру для наблюдений метеоров. С этого момента и ведётся отсчёт истории развития радионаблюдений метеоров. Систематически наблюдения этим методом проводятся с 1946 г.» (П.Б. Бабаджанов, «Метеоры и их наблюдение», М., 1987).



    Классификация методов радионаблюдений метеоров


         А теперь, уподобившись Карлу Линнею, произведём некоторую классификацию видов радионаблюдений метеоров:

    • Использование единого приёмно-излучающего комплекса.
         Этот способ применяется учёными, проводящими научные исследования метеорных потоков методами радиоприёма. Суть метода в следующем: берётся один УКВ-передатчик, как правило, мощностью в несколько кВт, антенна которого направляется в выбранный участок неба. Этот передатчик посылает непрерывный или импульсный сигнал. А приёмники, разнесённые в радиусе нескольких километров, принимают отражённый сигнал. Этот метод доступен только профессионалам, т.к. применяется дорогостоящая аппаратура.
    • Использование приёмного комплекса, регистрирующего сигнал от удалённой радиостанции.
         Именно этот метод используют любители астрономии, наблюдающие метеоры при помощи радиометода. Ультракороткие волны (УКВ) распространяются, а следовательно, и принимаются только в зоне прямой видимости передающей антенны. Обычно эта зона не превышает 100-150 км от антенны передатчика. А что же происходит с излучёнными УКВ-волнами? Они просто уходят в космос. Но если на пути этих волн в отмосфере возникнет "плазменное зеркало" -- след метеора, -- то волны от него отразятся и их сможет принять приёмник, который находится за пределами прямой видимости передающей антенны, т.е. в "мёртвой зоне" приёма от данной антенны (см. рис.1.).

    Рис.1. Схема, поясняющая отражение радиоволны от следа метеора в "мёртвую зону" приёма.

         Как же использовать этот эффект? Очень просто: приёмник настраивается на частоту мощной, но удалённой УКВ-станции (например, общевещательные станции в FM-диапазоне), находящейся за 300 - 1600 км. Сигналы станции не должны быть слышны в динамике приёмника, т.е. он не должен их принимать! Это и понятно -- мы находимся далеко за пределами прямой видимости передающей антенны, и из-за кривизны земноё поверхности УКВ-волны не доходят до нашего приёмника. В динамике приёмника в это время слышны лишь шумовые сигналы. Но вот на пути радиоволн пролетел метеор -- и часть потока излучения от передающей антенны отразилась на следе. Когда приёмник примет этот отражённый сигнал, мы и слышим на короткое время (от 0,1 с до нескольких секунд) "кусочек" эфира радоистанции -- музыку или речь. Это т.н. музыкально-речевой сигнал (МРс). Именно МРс служат источником информации о пролёте метеора и о некоторых его характеристиках, которые можно извлечь из анализа МРс.

    Радионаблюдения метеоров в FM-диапазоне


    Выбор FM-станции

    Первое, что нам надо -- это карта окружающих нас FM-станций. Идём на сайт www.fmlist.org, на котором размещается информация о всех AM и FM передатчиках мира. Кликаете по ссылке "fmscan.org" (в середине страницы).



    Затем на новой странице -- "expert mode" --> "FM" (справа, посередине и немного вверх), и попадаете на страницу с настройками карты.


    Вверху видим надпись:

    FMMAP
    center:
    change location

    Кликаем по ссылке "change location". Попадаем на страницу поиска местоположения, где ЛАТИНИЦЕЙ набираем название своего города. Например для Минска получим:



    Если набранного города нет, то с той же страницы выбираем местоположение за счёт поиска вручную, либо введя координаты населённого пункта. После выбора пункта мы перескакиваем на страницу с настройками отображения карты FM-станций вокруг выбранного пункта.

    Кратко о настройках: Radius -- расстояние, до которого от нашего пункта будет строиться карта. Пишем 1800 км -- больше не нужно.

    Больше левое поле страницы нам неважно -- важно правое.

    pixels -- размер в пикселях будущей карты. 1000х1000 хватит вполне.

    concentrics -- значение в км, равное шагу в радиусах концентрических окружностей, центр которых находиться в вашем городе. Удобно для определения примерного расстояния до передатчика (станции). Советую брать не менее 50-100 км.

    Frequency -- диапазон частот. На карте будут показаны только те станции, которые вещают в указанном диапазоне.

    kW min. power -- минимальная мощьность передатчика в кВт. Советую ставить не менее 10 кВт.

    Под этой надписью идёт ряд элементов, которые будут отображаться на карте на месте расположение передатчика. Проставьте для всех маркеры-"птички" (location -- название населённого пункта, где стоит передатчик; frequency -- его частота; programmes -- название программа радио (типа, "Маяк" и т.д.); power -- мощность передатчика (в кВт); pol -- вид поляризации (h -- будет означать горизонтальная, v -- вертикальная).

    Жмём "Generate". Получаем карту распределения FM-станций в радиусе 1800 км от нашего города.


    Смотрим на карту. Видим в подписи на карте, например: Poznan 92,3h JEDYNKA (120)

    Это означает, что передатчик мощностью 120 кВт на частоте 92,3 МГц с горизонтальной поляризацией, вещающий станцию "JEDYNKA", расположен в познани, Польша.

    Далее. Прослушиваем свой FM-эфир и находим незанятые местными станциями "окна" в радио эфире, т.е. вы должны подобрать такую станцию, которая вещает из другого города, и в то же время в вашем городе эта частота должна быть свободной. Необходимо медленно, много раз прогнать весь FM-диапазон, помечая слышимые станции, определить незанятые ещё "окна". Такое сканирование лучше делать в разное время суток (утром, днём, вечером, ночью). На свободных частотах вы не должны слышать даже слабого сигнала или обрывков речи или музыки! Если вы живёте далеко от столиц и крупных городов, то вы найдёте эти "окна" легко. Для жителей Минска предлагаю заглянуть на страничку "Частоты FM-станций Минска", чтобы определить примерные границы "окон".

    Если же найти "окна" не удаётся, то дело хуже. Но не надо отчаиваться, если эфир окажется забитым под завязку. Многие станции перестают вещать после полуночи - возможно, найдутся окна хотя бы в ночное время! К тому же, в это время меньше городских помех... После этого тщательно проинспектируйте наличие мощных передатчиков в найденных частотных диапазонах в радиусе около 500 км.

    Нашли окна? Отлично. Теперь ищем на карте станцию, частота которой попадает в эти ваши "окна". Удалённость станции от вас не должна быть МЕНЕЕ 400-600 км. Нашли станцию, настроили приёмник на частоту этой удалённой станции и слушаем. Часы перед глазами, секундомер в руке. Как только на фоне шума услышите КОРОТКОЕ (0,5 - 2 с) появление музыки или речи -- засекаете начало и конец этого МРс (музыкально-речевого сигнала) и отмечаете время, когда он возник. Вот, в принципе, и всё на начальном этапе. Потом можете строить гистограммы распределения числа сигналов по их длительности. Если сигнал слишком короткий, чтобы засечь его длительность, просто отмечаете время его появления.


    Радионаблюдения с использованием ТВ-передатчиков


    Почему ТВ-передатчики лучше, чем FM (которые любители используют более часто при радионаблах метеоров)? Есть несколько причин:

    1. FM-диапазон забит под завязку местными станциями, и сложно найти "окно" для приёма удалённой станции.
    2. МРс (музыкально-речевой сигнал), сам по себе, является плохим сигналом для построения распределения числи сигналов по их длительности (в основном за счёт того, что естественные паузы в речи или музыке будут "обрезать" длительность сигнала), что приведёт к искажению вида распределения (первым на это указал Pova).
    3. Частота ТВ-станции более стабильна.
    4. АМ-сигнал легче детектировать и обрабатывать.
    5. ТВ-передатчики на порядок мощнее FM-передатчиков.

    Но есть и свои трудности -- приём ТВ-сигнала в наушниках будет слышиться не как музыка или речь, а как появление некоторого тона определённой частоты. Но это и неважнро -- с использованиеа АМ-сигнала ТВ-каналов открываются возможности в анализе скорости метеоров по эффекту Доплера, построения разных распределений параметров сигналов...

    В общем, использование ТВ-сигнала -- это следующий шаг от дилетанства к... любительству.




    Полезная литература:

    1. РАДИОНАБЛЮДЕНИЕ МЕТЕОРОВ ЛЮБИТЕЛЬСКИМИ СРЕДСТВАМИ. Том 1. Теоретические аспекты, "фолиант", составленный Lupus'ом.
    2. Бабаджанов П.Б. "Метеоры и их наблюдение", M., 1987, (*pdf, 1,9 MB).

    Статьи:

    1. "Аппаратура для радиоастрономических наблюдений"
    2. "Приемные антенны для радиоастрономических наблюдений в любительских условиях. (краткое пособие)"
    3. "Прибор настройки антенн для радиоастрономических наблюдений"
    4. "Results of forward-scatter radio echo observations in 2000", M. Ueda, K.Maegawa, (*pdf, 419 kB)
    5. "Automated Meteor Detection and the Leonid Shower", A. MALLAMA, F. ESPENAK, 1991., (*pdf, 126 kB)
    6. "Radio Observations of Meteors: the 2004 Perseid Meteor Shower", Ken Tapping., (*pdf, 300 kB)


    Полезные ссылки:
    1. Сайт Ilkka Yrjölä, один из самых содержательных сайтов по радионаблюдениям метеоров. Сайт на английском языке.
    2. Latest results of IAP radars -- данные по параметрам ионосферы, тропосферы и мезосферы (графики, гистораммы -- как Real-Time, так и архивы). Радары расположены в Норвегии и Германии.
    3. Radio Meteor Observing Bulletin
    4. FM Radio Detection of Meteors - Technical Details
    5. Radio Meteor Observatory's On Line
    6. The Ghost of Fireballs Past
    7. The American Meteor Society: Radio Meteor Project
    8. The American Meteor Society: Radio Meteor Project, An Audio Gallery of Radiometeor Events



    © Lupus, Pova, Selestia
    Updated: 10.02.2008