El presente trabajo aún esta en plena fase de investigación y desarrollo por lo que solo debe ser tenido en cuenta como un avance de los primeros resultados obtenidos
Ya en los años 30, los primeros pioneros de las radiocomunicaciones habían notado que las trazas meteóricas eran capaces de reflejar ondas de radio, sin embargo, no fue hasta la década de los 50 cuando se empezó a investigar el fenómeno más detenidamente. Cuando un meteoro impacta con la atmósfera, empieza a desintegrarse al encontrar las capas más densas de esta, a una altura variable entre los 120 y 80 kilómetros de altura, que corresponde con la capa ionosférica E, la cual afecta principalmente por el día a las comunicaciones por radio.
Esta desintegración en la capa E provoca por parte del meteoro un aumento brusco de la ionización, por lo que momentáneamente y durante un breve periodo de tiempo, se produce una reflexión de ondas de radio por parte de la capa E afectada.
La capa E es la responsable de la reflexión ionosférica en frecuencias de HF (3-30 MHz) y VHF (30-300 MHz), por tanto son estas frecuencias en las que vamos a poder hacer estudios meteóricos vía radio.
Como ya hemos dicho, se trata de recibir reflexiones meteóricas por parte de la traza ionizada que deja un meteorito cuando se desintegra en la atmósfera, por tanto, es indispensable contar con un transmisor funcionando en una frecuencia apropiada gracias al cual podamos observar esas reflexiones, ya que el meteorito por si mismo, no produce ningún tipo de ondas de radio en estas frecuencias.
Este transmisor debe estar situado lo suficientemente lejos como para que sus señales no nos lleguen por línea visual directa, pero al mismo tiempo lo suficientemente cerca como para que un meteorito a la altura de 120 Km. (aproximadamente) tenga en su horizonte tanto al transmisor como a nosotros. Esta distancia máxima se encuentra en torno a los 2400-2500 Km., aunque los mejores resultados se obtienen con transmisores en el rango de los 1000-1500 Km.
En condiciones normales, nosotros no podremos recibir ninguna señal del transmisor, ya que sus señales se escapan al espacio y no llegan a nuestro receptor. Solo oiremos ruido.
Sin embargo, si un meteorito se hace presente en la zona común transmisor receptor, provocara un aumento de la ionización y durante unos breves instantes seremos capaces de recibir las señales del transmisor. Este es el mecanismo por el cual se pueden detectar meteoritos vía radio.
Como ya hemos dicho, las mejores frecuencias para realizar observaciones son las de las bandas de HF y VHF, desde 3 MHz hasta 300 MHz, sin embargo, no podemos utilizar cualquier transmisor en cualquiera de estas frecuencias. El transmisor que seleccionemos debe cumplir otros requisitos, además de su distancia a nosotros.
La reflexión meteórica por lo general es débil, por lo que es muy conveniente que el transmisor seleccionado sea muy potente y así poder detectar meteoritos más débiles. El mecanismo de reflexión de la capa E funciona mejor a bajas frecuencias, sin embargo, cuanto más baja sea la frecuencia, más problemas podemos encontrar, ya que la capa E tiene una ionización natural, que puede enmascarar completamente las reflexiones de meteoritos, por lo que no podemos bajar demasiado en frecuencia.
Por todas estas razones, en la practica se encuentra que las frecuencias más apropiadas para los estudios meteóricos son las comprendidas entre los 40 y 90 MHz aproximadamente. Dentro de este rango de frecuencias, los transmisores más potentes que nos podemos encontrar son:
Emisoras de radiodifusión (TV y radio)
Radares trans-horizonte
Otros servicios más exóticos
Los receptores que se deben usar han de ser muy sensibles, lo cual prácticamente descarta receptores portátiles o de bolsillo. Hay principalmente dos tipos de receptores, los receptores de AM/FM y los receptores de SSB (Single Side Band). Los receptores de AM y FM son sensibles a señales moduladas en amplitud y frecuencia respectivamente, mientras que los receptores de SSB no disponen de demodulador: La señal recibida por la antena se convierte directamente desde una frecuencia de radio a una frecuencia de audio (traslación de frecuencias). Estos últimos son los ideales, pues aparte de disponer en general mucha mayor sensibilidad (solo limitada por el ruido), aportan la ventaja de poder medir con total precisión la frecuencia de la señal, y por tanto, poder calcular el Doppler de la misma.
Existen en el mercado receptores que disponen de ambos modos, también denominados receptores multimodo o de comunicaciones, que disponen tanto de conversión SSB como de demoduladores de AM y FM, por lo que la flexibilidad a la hora de detectar meteoritos con ellos es máxima, ya que podemos utilizar muchas más señales para nuestro estudio y seleccionar la que mejor resultado nos de.
Dentro de la categoría de receptores de comunicaciones se puede incluir a los receptores de los equipos de radioaficionado
Aquí podéis oír algunos ejemplos de reflexiones:
Portadora de video de televisión en 49 MHz, receptor de SSB
Portadora de video de televisión en 55 MHz, receptor de SSB
Emisora de FM comercial en 92 MHz, receptor de FM
Emisora de FM comercial en 102 MHz, receptor de FM
De esta forma es muy fácil hacer conteos de meteoros, y obtener algo similar a lo que seria la ZHR pero en radio. De esta forma se estudia la actividad de las grandes lluvias, y las lluvias diurnas, aquellas que por tener el radiante sobre el horizonte de día, no pueden ser observadas visualmente. No se debe pensar en que las medidas son equivalentes: La zona del cielo que se observa en radio es mucho menos que la que se observa visualmente, y en radio es muy fácil detectar meteoritos que visualmente tendrían magnitud 10 o 12: Lluvias que en el visible pasan desapercibidas, en radio pueden ser autenticas tormentas.
La desintegración del meteoro en la atmósfera no es instantánea, transcurre un tiempo, no mayor de 3 o cuatro segundos, durante los cuales, la geometría de la reflexión puede dividirse en dos zonas bien diferenciadas: La reflexión de la cola del meteoro y la reflexión de la cabeza del meteoro.
El meteoro en si es demasiado pequeño como para reflejar ondas de radio, sin embargo, delante de el, se crea un frente de choque, de gases ionizados o plasma según algunos investigadores, que es capaz de reflejar ondas de radio. La reflexión de la estela es estacionaria. Se queda detrás del meteoro y no se mueve, excepto movida por los vientos de la ionosfera. La onda de choque, se mueve con el meteoro, delante de el, a una velocidad de varios Km. por segundo. Esto hace que la reflexión de la cabeza del meteoro contenga un Doppler más que apreciable y fácilmente medible.
Esta es una reflexión típica del Doppler de un meteoro. El el se puede apreciar el sonido descendente producido por la cabeza del meteoro y la reflexión producida por la cola del meteoro. (pulsar en la imagen para oírlo)
La geometría de la reflexión del meteoro es tal y como se ve en la figura superior. El Doppler observado por el receptor es combinación de las velocidades relativas transmisor-meteoro y meteoro-receptor. Cuando ambas son iguales, no hay Doppler. Si dibujamos en una grafica la función Doppler respecto al tiempo, nos encontraremos con una recta, pero esto no es completamente cierto. Solo estamos observando una parte ínfima de la función completa. Antes de que el meteoro entre en la atmósfera , no podemos detectarlo y después tampoco, pues ya no existe. Para ver la curva completa que haría un Doppler podemos echar mano al Doppler que producen los aviones cuando vuelan entre un transmisor y nosotros. Su curvas de Doppler son idénticas a las de los meteoros, solo cambian las escalas (ya que los aviones vuelan mucho más despacio que los meteoros)
En el caso de un meteoro, solo observamos una parte ínfima de la curva, en los alrededores del punto donde el Doppler vale cero: Por eso nos parece una recta.
Para nuestros propósitos, hemos caracterizado el Doppler como la variación de la frecuencia de la señal reflejada por segundo, esto nos da una idea de la pendiente que tiene la curva al pasar por el valor cero:
Una vez caracterizado el Doppler, ¿nos puede dar alguna información adicional? Sabiendo las posiciones del transmisor, del receptor, el momento de la caída del meteorito y la frecuencia de observación, es posible determinar desde que dirección del espacio provenía ese meteorito. El problema es que la solución a la ecuación no es única:
Como se puede ver, la solución costa de dos círculos diametralmente situados en la bóveda celeste. Según esto, el meteorito anterior pudo ser una Orionida, una Bootida, una Alfa Cisnida o incluso pertenecer a alguno de los radiantes del sur. ¿Como solucionar esta indeterminación?
Mi compañero de fatigas, Jean Marie Polard, vive en Bélgica, y tiene una suerte especial en el estudio de los meteoros.
Identificando las diferentes señales que recibía se dio cuenta de que tenia dos señales prácticamente en la misma frecuencia, provenientes prácticamente de la misma dirección, por lo que era capaz de detectar reflexiones de ambas señales sin cambiar la sintonía del receptor y sin reorientar la antena.
Un estudio más detallado demostró que las señales de TV que estaba recibiendo provenían de Praga y de Budapest. Aquí hay un pequeño ejemplo de lo que recibe Jean Marie en esa frecuencia durante una lluvia de meteoritos (pulsar en la imagen para oír):
En este breve fichero se pueden detectar 5 reflexiones meteóricas provenientes de 3 transmisores de TV distintos. ¿Se podría producir una reflexión que fuese detectable simultáneamente en dos transmisores?
Pues ocurrió. Durante la lluvia de las gemínidas del año 2002, Jean Marie detecto esta reflexión (12-dic-2004, 18:16 UTC, 49.7396 MHz)
En ella se puede detectar el mismo meteoro reflejado simultáneamente por el transmisor de Praga y por el de Budapest. Lógicamente, los Dopplers respectivos son diferentes, por lo que, ¿Que ocurre si intentamos resolver las posibles direcciones en el firmamento que producen ese Doppler para Praga y el otro Doppler para Budapest? El resultado es el siguiente:
El resultado es dos parejas de círculos que solo tienen cuatro puntos en común: Lógicamente el radiante del meteoro ha de ser uno de ellos a la fuerza. Dos de ellos quedan automáticamente descartados por encontrarse debajo del horizonte en el momento de la observación, y de los dos que nos quedan, uno de ellos da como resultado una orbita hiperbólica mientras que el restante da como resultado una orbita elíptica. ¿Adivináis cual es el radiante verdadero de esta Gemínida?
Unos días después, Jean Marie detecto ya no una reflexión doble, sino una reflexión triple (aun muchísimo más difícil de que se produzca) donde dos de los transmisores involucrados volvían a ser los de Praga y Budapest (15-Dic-2002 18:43 UTC 49.7396 MHz):
La solución en este caso es:
Al igual que en el caso anterior, los dos posibles radiantes del hemisferio sur estaban debajo del horizonte en el momento de la observación, y de los dos que quedan, el del cisne-cefeo da una orbita hiperbólica mientras que el de géminis la da nuevamente elíptica.
Los dos radiantes obtenidos se resumen en el siguiente mapa, donde también se ha dibujado la posición del radiante de las Gemínidas durante el mes de Diciembre:
Geminida 1: 7h30m +36°15’
Triplete : 7h35m +41°30’
Teniendo la posición del radiante, y estimando la velocidad de entrada del meteorito, podemos calcular los elementos orbitales de ambos meteoritos, y podemos compararlos con los de Phatethon, que es el asteroide progenitor de esta lluvia:
Y también podemos dibujarlas, para hacernos una idea mucho más precisa:
Aunque no lo parezca, aun queda mucho por hacer en este campo. Ahora mismo, el software que hemos creado para calcular los radiantes los calcula por el método de fuerza bruta, esto es, empieza a tirar meteoritos por todo el cielo hasta encontrar los que dan el Doppler buscado. Esto es muy poco eficaz a la hora de encontrar cual es el radiante de un meteoro.
Otro paso importante seria realizar la transformación del método al caso un transmisor - dos receptores. Los transmisores de TV son las señales más apropiadas para realizar estudios meteóricos de este tipo, sin embargo, en los últimos años casi todos los países europeos han empezado a migrar los transmisores de TV en VHF a nuevas frecuencias de UHF, donde ya no son útiles para el estudio meteórico. Los transmisores de TV en VHF son una especie en vía de extinción.
También seria deseable contar con más observaciones. En un año de observaciones solo se han detectado dos ecos dobles con los transmisores conocidos involucrados en ellos. Los ecos dobles son escasísimos, raros y solo se dan con circunstancias propicias, como las de Jean Marie. Hacen falta más casos para afinar el método y poder así llegar a establecer un modelo matemático que evite el calculo por fuerza bruta.
Por ultimo, también seria deseable poder tener herramientas o modelos que sean capaces de eliminar la deceleración atmosférica producida por el meteoro. Cuando este entra en la atmósfera, se frena, esto provoca una disminución de la velocidad que a su vez provoca un Doppler cada vez menor al esperado. Esta deceleración se presenta en los gráficos como una concavidad de una línea que debería ser recta. En el siguiente grafico se ha reproducido el espectrograma del triplete, pero con la escala cambiada, para que el efecto de la deceleración atmosférica sea más evidente. Esta deceleración afecta a la hora de calcular la inclinación del Doppler, dando valores menores que los reales, y por tanto, llevando el radiante más lejos de su posición real (es por esto precisamente que el radiante del triplete esta sensiblemente más al norte que el otro)
Todo esto no hubiese sido posible sin la colaboración de:
Madrid, 9 de Marzo del 2004