Наблюдения с Земли
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Наблюдения
Астрономические наблюдения

Радионаблюдения за метеорами

    Быстрый научно-технический прогресс предоставляет каждому любителю астрономии стать полноценным радионаблюдателем метеоров. После прочтения интереснейшей статьи канадского наблюдателя М. Бошата «Слушая музыку метеоров» («Небо и Человек», февраль 1999, №50). Как указал М. Бошат для проведения наблюдений не нужно использовать дорогостоящее оборудование - достаточно бытового радиоприёмника УКВ или FM-диапазона и может быть, простейшего компьютера. Моя радиометеорная система в городе имеет следующие элементы: обычная дипольная антенна с общей длиной штырей 1.4 метра, которая направлена на восток (штыри сориентированы по направлению север-юг), бытовой приёмник «Tecsun» R9702 с цифровой настройкой частоты соединён с компьютером «Pentium-1» (тактовая частота процессора 90 МГц). Я использовал нецельные металлические штыри, а латунные трубки, по-видимому, не влияющие на принимаемый сигнал. Общая длина штырей равна половине длины волны и рассчитывается по формуле: L=300/2F,
    где F - выбранная частота наблюдений. С помощью Интернета я нашёл список частот FM-радиостанций, вещающих в некоторых крупных городах. Большинство FM-станций вещает круглосуточно, но для надёжности лучше настраиваться на станции, вещающие на одинаковых частотах, тогда при окончании вещания одной станции наблюдения не прекращаются. Выбор городов обуславливался предположением наличия множества радиостанций. имеющих мощные передатчики. Я решил сделать антенну для наблюдений на частоте 107.4 М Гц, поскольку на этой частоте вещает три FM-станции и данная частота свободна от вещания местных радиостанций и они «не лезут» в эфир. Антенну я укрепил за окном, на расстоянии около 0,5 м. от стены здания, на высоте около 3 м над землёй. Для соединения антенны с приёмником я использовал коаксиальный 50-омный кабель, припаяв один конец центральной жилы к одному из штырей (любому), а другой конец к антенне приёмника. Оплётку кабеля припаял одним концом ко второму штырю, а вторым к «минусу» приёмника в отсеке для батареек для надёжного заземления. Из школьного курса физики известно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, поэтому, длину проводника следует как можно меньшить. У меня, к пример, длина кабеля, соединяющего антенну и радиоприёмник всего 2 метра. Перед тем как соединить приемник с компьютером, я решил проверить работает ли система. Первые экспериментальные прослушивания радиофона показали небольшие часовые числа (4-6 в час) хорошо различимых музыкально-речевых сигналов метеоров. Я заметил, что проезжающие за окном грузовые машины создают тяжёлые, стрекочущие помехи. Иногда в эфире раздаются короткие щелчки, скорее всего связанные с электробытовыми помехами в доме (включение-выключение электробытовых приборов). Возможно, что близость антенны к стене здания приводит к отражению волн на антенну и слабые сигналы гасятся. Высота антенны над землёй также, по-видимому, имеет большое значение на число фиксируемых сигналов. т.е. чем выше антенна, тем более «низкие» метеоры (пролетающие на низких высотах, болиды(?)) можно фиксировать. Далее, приёмник запитывается адаптером, имеющим выходное напряжение 3 V, однако, при данном способе возникают наводящие токи, которые, наверное, могут гасить слабые сигналы (если выключить звук у приёмника, то будет слышен приглушённый гул адаптера), поэтому, лучше запастись батарейками. Низкая численность сигналов может объясняться несовершенством РМС, фиксирующей лишь радиояркие метеоры. ярче +2-0 величины, а также многочисленными электробытовыми помехами, низкой чувствительностью приёмника.
    Итак, после проверки работоспособности моей РМС, я решил подключить приёмник к компьютеру. тем более что было бы довольно соблазнительно автоматически регистрировать и распознавать метеорные сигналы. По совету знакомого радиоэлектронщика я приобрёл два штекера, имеющих по три контакта для фиксации концов медных проводов (во многих инструкциях по работе с различными программами для регистрации метеорных аудиосигналовуказывается соединение приёмника и компьютера 50-омным коаксиальным кабелем, но я не имею представления как это сделать). Выход на наушники в приёмнике я соединил с входом на звуковую карту компьютера. Из множества программ для фиксации метеорных аудиосигналов, я решил выбрать программу R_Meteor, созданную португальскими специалистами для любительских наблюдений аудиоспектров. Перед началом автоматических наблюдений метеоров, я решил выяснить «слышит» ли компьютер сигнал с радиоприёмника и влияет ли уровень сигнала радиошума, поступающего на звуковую карту. Во время экспериментальных наблюдений была замечена зависимость вида аудиоспектра от особенностей слышимости эфира на различных частотах. При этом интенсивность сигнала «чистого» радиофона интерпретировалась на спектрограмме степенью яркости цвета. Наиболее интенсивные сигналы имеют ярко-жёлтый цвет, средней интенсивности красный и ярко-красный цвет, слабые сигналы тёмно-красные. Плотность распределения элементов и их интенсивность можно "отрегулировать" с помощью изменения громкости сигнала на приёмнике. При настройке на частоту местной FМ-станции вид спектра изменялся: появлялись яркие вертикальные полосы ярко-красного и жёлтого цвета. Чтобы понять, как примерно должен выглядеть аудиоспектр метеора, я решил при полной громкости приёмника на 1-2 сек. «коснться» частоты известной FМ-станции, а затем настроиться на рабочую частоту. В результате такой имитации музыкально-речевого сигнала на дисплее появилась хорошо заметная, вертикальная полоса. Тогда я начал патрульные наблюдения с целью фиксации таких вертикальных полос или картины весьма похожей на имитационную. В ночь с 13 на 14 декабря 2002 г. примерно в 01,38,30 я наблюдал на частоте 107.4 МГц от несущей частоты слабый вертикальный штрик по-видимому, являющийся спектром метеора. Следующий, предположительно, метеорный аудиоспектр я получил в ОЗ-31 белорусского времени, наблюдая с перерывами.


    Горизонтальная яркая линия почти в центре спектра радиофона представляет собой несущую частоту. Возможная причина низкого числа сигналов, распознаваемых компьютером - его электромагнитного излучение, гасящее слабые сигналы в радиоприёмнике, который находится на расстоянии около 0,5 м от компьютера. Кроме того, программа реагировала на резкое изменение электромагнитного поля при включении (выключении) электробытовых приборов заметной, яркой вертикальной полосой. Невозможность круглосуточной регистрации метеорных сигналов по программе R_Meteor, заставила меня обратиться по советy московского радионаблюдателя метеоров А.Феоктистова к программе М_Analizer, расположенной на сайте финского радиометеорщика likka Yrjola: http:llwww.sci.fil~OH51Y. Программа «А» предназначена для счёта всех метеорных сигналов, а версия «В» считает только наиболее интенсивные сигналы, т,е. радиояркие метеоры. Программа М_Analizer записывает дату наблюдений и число метеоров в файл с 10-минутным интервалом, а затем почасовым. В отличие от программы R__Meteor данную программу следует настроить. Для этого правым ползунком необходимо установить яркость «бегущего спектра» таким образом, чтобы была еле видна горизонтальная полоска - несущая частота. Перемещая правый ползунок вдоль шкалы необходимо «привести» полоску несущей частоты примерно в середину ширины спектра радиофона. На вышеуказанном сайте показаны примеры аудиоспектров метеоров, которые представляют собой разноцветные вертикальные чёрточки или вытянутые ромбовидные значки, иногда точки на полосе несущей частоты. Как и программу R Meteor я проверил М_Analizer на предмет «слышимости» сигнала с радиоприёмника. После положительного результата я начал оставлять компьютер включённым на ночь с запущенной программой, а чтобы сэкономить электроэнергию и сберечь монитор от преждевременного выгорания, я выключал его. При наблюдениях я применял приёмник «Sony» со шкальной настройкой частоты, поскольку «числовик» приобрёл позже. Наблюдения проводил на частоте примерно 105.5 МГц. Итак, программа фиксировала в основном не более 7 сигналов в час. Вид спектра не был уверенно похож на аудиоспектры метеоров. и представлял собои белые точки разной интенсивности, почти не выделяющиеся из общего фона. В ночь с 16 на 17 ноября с 2.00 до 03.00 белорусского времени программа отметила 12 сигналов. хотя с 1.00 до 02.00 и с 03.00 до 04.00 было зафиксировано в два раза меньше сигналов. Любопытно, что созвездие Льва в указанный интервал времени имело азимут, очень хорошо совпадающий с направлением антенны, тогда я решил, что программа фиксирует Леониды и с большим интересом стал ожидать ночи максимума Леонид. Увы, результаты наблюдений не показали максимума - не более 3 сигналов в час. Тогда я решил запустить программу... без приёмника и каково же было моё удивление, когда я получил от 0 до 9 сигналов в час. Тогда я начал создавать искусственные помехи - включал и выключал свет в комнате, работал на компьютере и во всех случаях програм регистрировала помехи и, скорее всего их считала. Помехи появляются в виде вертикальных цветных полосок (не путать с метками времени на спектре радиофона). Таким образом, я сделал вывод, что применять программу в условиях города невозможно и прекратил эксперименты.
    Низкое число метеорных сигналов заставило меня наладить наблюдения в 10 км за городом, на даче. Вторая радиометеорная система (РМС-2) первоначально представляла собой дипольную антенну из двух медных трубок общей длиной 1,7 м., для наблюдений на частоте 88 МГц. Антенну я сориентировал на север. Высота антенны над землёй около 2 м. Приёмник - магнитола «SONY». Длина кабеля не более 2,5 м. Вечером, 14 декабря 2002 г., после установки РМС-2 я начал первые наблюдения максимума Геминид в радиодиапазоне. Первое прослушивание радиофона за городом повергло в шок - большое число хорошо слышимых музыкально-речевых сигналов. Тогда я решил записывать радиошум на диктофон «SANYO», чтобы в дальнейшем спокойно расшифровать фонограммы и провести параллельные визуальные наблюдения, поскольку погода благоприятствовала тому. Результаты моих наблюдений Геминид в ночь с 14 на 15 декабря 2002 г. показаны на нижеследующем рисунке:


    N - общее число сигналов за 10 минут, приходящееся на середину 10-минутного интервала. «Окна» на графике интервалы наблюдений меньше 10 минут (я решил не экстраполировать численность метеорных сигналов с меньших интервалов времени). На графике просматривается общее увеличение численности метеорных сигналов к 20.00 белорусского времени (18.00 по всемирному). Возможно, это увеличение метеорной активности связано с метеорами потока Геминид. Радиант Геминид восходит на широте пункта наблюдения примерно между 17 и 18.00 местного времени, поэтому после 17.30 - 18.00 можно ожидать увеличения метеорной активности в северном, северо-восточном секторе неба, что и отражает график, Созвездие Близнецы кульминирует примерно после полуночи, поэтому, антенна, направленная на север (южный сектор неба экранируется домом) должна "фиксировать" меньшее число метеорных сигналов Геминид, что также хорошо заметно на графике. Общее число сигналов метеоров в ночь с 14-15.12.2002:

Интервал UT N общ.

14.25-15.11 22
15.13-16.00 28
16.10-16.57 64
16.58-17.45 58
17.52-18.39 66
18.43-19.30 66
19.31-20.19 39
20.18-20.29 12
20.46-21.20 47
21.24-22.11 68
22.13-23.01 31

    Суммарное наблюдательное время составило 7 ч. 49 минут. Зафиксирован 501 музыкально-речевой сигнал метеоров, т.е. в среднем каждую минуту фиксировался мрс. Длительность мрс определялась по электронным часам приблизительно. Доля сигналов с длительностью 3.5, 5, 7 сек. составила по 0.2 % и не заметна на гистограмме. Чтобы иметь возможность контролировать активность главных метеорных потоков на протяжении ночи, я сделал поворачивающуюся антенну на 90". дающую возможность фиксировать сигналы метеоров в противоположных секторах неба. На нижеследующем рисунке показано распределение мрс по длительностям (центральная жёлтая линия - реакция программы на работу компьютера). Однако, наблюдения показали большое число фиктивных музыкально-речевых сигналов, слышимых на всех «чистых» частотах. Такие сигналы не являются мрс метеоров, а возникают вследствие интерференции радиоволн в атмосфере Земли после заката (до восхода Солнца). Суть явления заключается в сложении электромагнитных волн в пространстве: солнечное радиоизлучение, распространяемое по касательной к поверхности Земли после (захода и до восхода) встречает на своём пути радиоволны многих радиостанций. Если интерферирующие волны имеют одинаковую длину волны, то интенсивность результирующего излучения зависит от сдвига фазы между соответствующими (электрическими и магнитными) полями составляющих волн, т,е. резулытирующие радиоволны уже беспрепятственно не уходят в космическое пространство, а отражаются в ионосфере на землю.


    Фиктивный мрс легко распознать: не наблюдается резкого усиления интенсивности сигнала, а интенсивность медленно нарастает, затем также медленно уменьшатся. Обычно слабые мрс метеоров, судя по моим наблюдениям, имеют продолжительность не более 1,5-2 сек., в основном 0,3-1 сек., тогда как продолжительность слабых фиктивных мрс может достигать более 10-15 секунд. Мне доводилось слышать фиктивные очень мощные мрс на протяжении почти полминуты. Интенсивность и частота фиктивных мрс, по-видимому, зависят и от высоты антенны, а может быть и от «высоты Солнца под горизонтом».
    Расшифровывать фонограммы с «метеорной музыкой» хоть и интересно (никогда не знаешь сигнал какой длительности и мощности услышишь), но довольно утомительно. А нельзя ли как-нибудь автоматизировать сей процесс? Тогда я решил подключить к компьютеру диктофон и запустить какую-либо программу детекции, например, R_Meteor. На рисунке внизу страницы показано распределение мрс метеоров, составленное по расшифрованной фонограмме наблюдений 08.12.2002 с 05.44 белорусского времени.


    Сравнение расшифрованной фонограммы и аудиоспектра фонограммного радиошума показало низкую чувствительность программы R_Meteor при распознавании сигналов средней интенсивности, а слабые сигналы программа не распознала. Вероятные причины:
    некачественная запись на диктофон вообще:
    низкий уровень входящего сигнала на звуковую карту компьютера:
    реальная низкая «чувствительность» программы. Отмечу, что при таком способе обработки фонограмм радиошумов программа не различает музыкально-речевого сигнала метеора и фиктивного мрс, полученного в результате интерференции радиоволн в атмосфере. Подключив компьютерные колонки (SPK 202 с частотой воспроизведения 70 Гц- 18 КГц) к диктофону, а выход с колонок, под наушники соединив с входом на звуковую карту компьютера, я увеличил громкость наушников до максимума и получил довольно интенсивный, яркий спектр радиошума, который пришлось уменьшать программно. В результате подобного эксперимента программа снова не распознала слабые сигналы. Я считаю, что при записи радиофона на аудиокассету необходимо использовать чувствительный микрофон, а громкость приёмника установить на «максимум». Аналогичные эксперименты я провёл с программой Analizer, которая также не распознаёт слабые сигналы. Однако, удалось надёжно определить вид аудиоспектра метеорных сигналов (на рисунке подписаны моменты пролета радиометеоров по белорусскому времени).
    Любопытно, что программа «не распознала» чёткий мощный сигнал длительностью около 4 сек. в 05.48, так хорошо слышимый при расшифровке фонограммы с использованием компьютерных колонок, не «режущих слух» в отличие от прослушивания фонограмм на диктофоне. Возможно, что программа хорошо показывает спектр сигналов метеоров, но неправильно считает их численность. Правильная запись числа сигналов метеоров, по-видимому, зависит от качества фонограммы. При расшифровке фонограмм не стоит стараться услышать как можно больше сигналов - надо записывать в журнал наблюдений то, что слышно, а сомнительные сигналы помечать, описывая их особенности. Нежелательно, также, изменять громкость воспроизведения для разных интервалов прослушиваемой фонограммы. Лучше все аудиокассеты прослушивать при определённом среднем уровне громкости, поскольку, как мне кажется, существует некоторая зависимость между уровнем воспроизведения фонограммы и численностью метеоров: при низком уровне громкости вероятность услышать слабый сигнал уменьшается, а при достаточно высоком уровне воспроизведения существует вероятность интерпретации как фиктивных мрс, возникающих в результате интерференции радиоволн, так и слуховых галлюцинаций мрс, возникающих вследствие психофизических особенностей восприятия, так и реальными, очень слабыми мрс, но неуверенно классифицированными. По-видимому, опытный радионаблюдатель лишь в редких случаях сомневается в услышанном мрс метеора. Отмечу, что перед появлением мощных и средней интенсивности мрс метеоров почти всегда наблюдается на доли секунды короткий щелчок, затем - затишье радиофона и только затем следует резкий подъём интенсивности сигнала. У слабых сигналов такой особенности практически не наблюдается, поэтому классифицировать слабые сигналы порой затруднительно. Разумеется всё вышесказанное справедливо и для наблюдений в прямом эфире.
    В любительской метеорной радиоастрономии существуют, как мне кажется следующие методы наблюдений:
    прослушивание радиофона и фиксация услышанного на бумаге;
    запись радиошума на магнитофонную лентy;
    регистрация музыкально-речевых сигналов на бумаге с помощью самописца;
    запись радиошума на компьютер;
    визуальный контроль аудиоспектров метеоров по компьютерной программе, не предусматривающей запись результатов наблюдений в файл(ы);
    автоматическая регистрация и распознавание сигналов метеоров с помощью ЭВМ;
    радиолокация метеоров;
    Цели радионаблюдений метеоров могут быть следующие:
    наблюдение максимумов главных метеорных потоков с целью определения момента (интервала) максимальной активности, уровня максимальной активности;
    регулярные наблюдения радиометеорной активности спорадического фона с целью установления суточной и сезонной их вариаций;
    регулярные патрульные наблюдения радиометеорной активности (мониторинг) с целью поиска возможной непредсказуемой активности как известного, так и нового метеорного потока (ассоциации);
    иррегулярные патрульные наблюдения избранных секторов неба, в которых ожидается вспышечная активность;
    При регулярных радионаблюдениях метеоров методом записи радиошума на магнитную ленту возникает проблема накопления результатов наблюдений, поскольку каждая фонограмма записей мрс является документом, то возникает проблема сохранения большого объема информации, требующая больших финансовых затрат для приобретения магнитоносителей. При достаточно большом объеме данных, наблюдатель столкнётся с проблемой лимита времени для переноса информации с аудиокассет на жёсткий диск компьютера либо диски CD-R,CD-RW. При обработке наблюдений непонятно как приводить все данные к некому стандарту, наподобие зенитных часовых чисел метеоров при визуальных наблюдениях, ведь необходимо, как мне кажется, учитывать направленность, чувствительность антенны, высотy радианта изучаемого потока. Теоретически, при наблюдениях главного потока может произойти резкая активизация какого-либо малого потока и определить вспышечная активность какого потока наблюдается будет невозможно, при условии, если радианты потоков находятся на близком гловом У расстоянии. Как же оформлять радионаблюдения метеоров? Я использую следующую форму:
    Дата: (записывается день, месяц, год наблюдений. Если наблюдения ведуся с вечера и за полночь, то указывается двойная дата, например 15/16)
    Наблюдатель: ( Ф.И.О. наблюдателя)
    Пункт наблюдений: (Указывается название пункта наблюдений, страна, географические координаты,высота над ровнем моря)
    Приёмник: (Указывается модель приёмника, может быть некоторые его характеристики.)
    Антенна: (Отмечается тип антенны, указываются её направленность, можно указать её характеристики, высоту над землёй)
    Компьютер: (если используется)
    Метод наблюдений:
    Цель наблюдений:


    Выводы, комментарии и заключение об активности метеорного радиофона:
    N1, N2, N3 - численность мощных, средних и сигналов слабой интенсивности. т.е. еле слышимых. Отмечу, что разделение метеоров по категориям интенсивности сигнала очень субъективно и может зависеть от психофизиологических особенностей человека, а также его состояния в данный момент. Во время первых радионаблюдении метеоров я прослушивал радиофон на протяжении примерно 2-3 часов, отмечая в конце 3-х часового интервала какие-то кажущиеся сигналы на пределе восприятия, т.е. уставший наблюдатель может зачастую выдавать желаемое за действительное, поэтому, в конце каждого часа наблюдений желательно делать 10-15 минутные перерывы как при визуальных наблюдениях метеоров. Длительность музыкально-речевых сигналов метеоров определяется приблизительно или точно в зависимости от метода наблюдений.
    Преимущество радионаблюдении перед другими наблюдательными методами состоит в том, что наблюдения ведутся в любую погоду, невзирая на снег или дождь. Обычно с конца октября по февраль - начало марта на наших широтах устанавливается пасмурная погода с небольшим числом ясных ночей, поэтому радионаблюдения - единственная возможность узнать что же происходит на метеорном небе. Недостаток радионаблюдений перед, например, визуальными наблюдениями состоит в том, что теряется непосредственный контакт наблюдателя с небом, т.е. исчезает некая романтика наблюдений, невозможно, например, получить координаты радианта метеорного потока, изучить его смещение, определить структуру радианта и т.д. Возможно, имеет смысл проводить параллельные визуальные и радионаблюдения, чтобы вывести некую шкалу радиояркости метеоров по длительности мрс и его интенсивности в сравнении с визуальными данными.
    Наблюдения метеоров в радиодиапазоне предоставляет наблюдателям большое поле деятельности, однако, наблюдения «для себя», пожалуй, не имеют научной важности, поскольку не становятся достоянием профессионалов. Наблюдения метеоров в радиодиапазоне можно высылать в радиокомиссию Международной Метеорной Организации: radio@imo.net. Данные многих радионаблюдателей мира о ходе активности того или иного главного метеорного потока оперативно публикуются на сайте японской радиометеорной сети: http:llhomepage2.nifty.coml~baronlradio.htm Как указал М. Бошат в своей статье «эксперименты по вы работке стандартов проведения и обработки радионаблюдений метеоров ещё продолжаются, и вы тоже можете принять в них частие!»
Автор: Иван Сергей, seriv@rambler.ru. Адрес: 222310, ул. Мира 40-2, г. Молодечко, Беларусь 
Колесо интернет-магазин - nz wheels.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru