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LE TEMPESTE MAGNETICHE DI GIOVE

Premessa

tenuto conto della complessità dell'argomento scientifico trattato nell'articolo, ho ritenuto opportuno semplificare la lettura aggiungendo le immagini di alcune videoclips. Sono certo che, guardando la simulazione dei fenomeni descritti, il lettore avrà un quadro completo delle dinamiche che scatenano le tempeste magnetiche di Giove.

fig.a giove

Prima di entrare nelle dinamiche tecniche che consentono di osservare in banda radio le tempeste magnetiche di questo gigante gassoso, è opportuno approfondire la sua conoscenza. Dunque, Giove è il quinto pianeta del Sistema Solare, distante dal Sole 778.500.000 Km, pari a 5,20 U.A. (U.A. è acronimo di Unità Astronomica ed è l'unità di misura astronomica basata sulla distanza Terra/Sole, di 150.milioni di Km) ed il più grande di tutto il sistema planetario. Ha una massa di 317.938 volte quella della Terra, una gravità di 2,34 volte superiore alla gravità terrestre e compie il suo movimento di rivoluzione intorno al Sole in 11,8565 anni. Giove ha ben sette lune; ma le più note sono quelle scoperte da Galileo Galilei il 7 Gennaio 1610, i Satelliti Medicei: Europa, IO, Callisto e Ganimede. Osservato al telescopio, Giove mostra un'atmosfera assai turbolenta e colorata, organizzata in bande chiare e oscure, formate da nubi di cristalli di ammoniaca, idrogeno e solfuro di ammonio. Altro particolare visibile è la Grande Macchia Rossa, costituita da una enorme struttura meteorologica a circolazione anticiclonica, sopraelevata rispetto al resto dell'atmosfera gioviana, composta da fosforo rosso che ne determina il colore (Fig.a). Dei quattro satelliti medicei, il satellite IO è l'artefice delle tempeste elettromagnetiche di Giove. Grande come la Luna, IO dista da Giove ad una distanza uguale a Luna/Terra, un fattore questo che scatena paurose maree di lava sulla sua superficie, dovute al forte riscaldamento nell'interno, dando luogo ad un vulcanesimo dalle forme imponenti. Infatti sulla superficie di IO sono stati osservati una decina di vulcani attivi contemporaneamente, tra cui, il più imponente il vulcano Pele di 300 Km di diametro situato nell'emisfero sud. Ed a causa dell'intensa attività vulcanica, quando il satellite è al periastro, crea forti disturbi al campo magnetico gioviano, scatenando grandi tempeste magnetiche. Di questo aspetto, nel 1955, Bernard Burke e Kenneth Franklin ricercatori del Carnegie Institution of Washington, utilizzando un’antenna per la radio astronomia, chiamata Croce di Mills, scoprirono che il pianeta Giove emette intensi radio segnali a 22.200 MHz.

videoclip aAffascinato da questa scoperta, l'astronomo australiano, C. A. Shain, analizzò le registrazioni di Giove fatte tra il 1950 e il 1951 sulla frequenza di 18.300 Mhz. e trovò che Giove emetteva più rumore radio quando era rivolto verso la Terra. Per cui i radio segnali provenivano da sorgenti localizzate a determinate longitudini. Successivamente nel 1964 E. Keith Bigg scoprì una connessione tra le tempeste radio di Giove e la posizione orbitale del satellite IO quando al periastro.Pertanto le radiazioni, ovvero i burst, sono il risultato di violenti processi nell'atmosfera del pianeta, collegati al moto del suo satellite IO, ed hanno potenza tale da poter essere rivelata anche da dispositivi amatoriali [vedi simulazione della Videoclips A].

Vediamo come. Va detto che la magnetosfera di Giove contiene

particelle cariche provenienti dal satellite IO, congiuntamente al

vento solare intrappolato nelle linee del suo campo magnetico.
Inoltre una densa nuvola di elettroni forma un anello intorno

all’equatore magnetico di Giove. I vulcani di IO lanciano, con

grande potenza, gas elettricamente conduttori verso la zona

interna della magnetosfera gioviana. E, quindi l'energia per l'attività

vulcanica del satellite deriva probabilmente dalle forze di marea

sprigionate dall'interazione tra IO, Giove e altri due satelliti

naturali del pianeta, Europa e Ganimede.

A tal proposito sono stati rilevati due tipi distinti di radio segnali emessi da Giove, le emissioni di sincrotrone e le emissioni di ciclotrone. Il secondo tipo di emissione è molto intenso, tanto da poter essere rilevato anche con una piccola antenna. Però prima di passare più in dettaglio alle dinamiche, occorre comprendere il sistema di coordinate CML (Central Meridian Longitude) cioè un sistema di coordinate analogo al sistema di latitudine e longitudine terrestre. Il valore del CML è l’analogo delle linee di longitudine su Giove e aiuta a capire quale parte del pianeta è rivolta verso la Terra durante un’osservazione in banda radio.

Il sistema utilizzato dalla scienza ufficiale per determinare la longitudine di Giove è il System III. Tale sistema utilizza il campo magnetico di Giove come riferimento; e il motivo dell’uso di questa metodologia è che il campo magnetico è controllato dall’interno del pianeta e il moto dell’interno del pianeta, essendo costante, fornisce un tasso di rotazione vero, al contrario dell’utilizzo delle nubi che cambiano posizione con la latitudine.

Le particelle cariche che spiraleggiano intorno alle linee di campo magnetico gioviano producono la radiazione di ciclotrone. I segnali emessi sono chiamati DAM, che sono sono di due tipi: le onde decametriche, le quali sono emesse dalle zone vicino ai poli di Giove, e quelle decimetriche, che vengono emesse a latitudini basse. I radio segnali emessi si possono caratterizzare a seconda della loro durata, così elencati: gli “L burst” sono segnali di durata relativamente lunga e il loro suono assomiglia alle onde del mare che si infrangono sugli scogli; mentre gli “S burst” sono segnali di breve durata simili allo scoppiettio dei pop corn cotti in padella.

A quanto detto, va aggiunto che I radioastronomi hanno scoperto che i DAM di Giove sono originati da almeno tre sorgenti radio distinte e fisse rispetto alla rotazione del campo magnetico del pianeta.Tali sorgenti radio si possono ascoltare intorno alla frequenza di 20.100 MHz e sono chiamate A, B e C. Una quarta sorgente D è ascoltabile sui 15 KHz, a frequenze generalmente troppo basse per i ricevitori amatoriali! La rotazione delle sorgenti radio può essere individuata tramite il sistema di coordinate System III, che ruota nel senso di rotazione di Giove ogni 9h 55m 29s, applicando il seguente metodo:) Quando la sorgente A è orientata verso la Terra, però non vi è certezza che si verifichi una tempesta radio, perchè le barre longitudinali indicano soltanto la probabilità di rilevare un’emissione da A. La posizione orbitale di IO influisce sulla probabilità di ricevere segnali. Invece quando IO è in una posizione di fase angolare tra i 195° e 265° le probabilità di ricevere segnali radio aumentano, creando così una attività di tipo ;

b) Analogamente, quando la sorgente B è allineata con la Terra e la fase angolare di IO è compresa tra i 75° e 105° si avrà una attività di tipo ;


c) Infine quando la sorgente C è allineata con la Terra e la fase angolare di IO è compresa tra i 225° e 250° si ha una attività di tipo .

La complessa relazione tra la fase del satellite IO e l’allineamento delle radio sorgenti si può visualizzare nel diagramma IO-CML

I file audio li trovi qui :

http://radiojove.gsfc.nasa.gov/observing/sample_data.htm

Cliccare sull'icona dell'altoparlante che si trova sotto

JUPITER L-BURSTS

JUPITER S-BURSTS

I contorni colorati indicano la probabilità che una sorgente produca una tempesta radio. L’orientamento della sorgente è mostrato dall’asse delle ascisse. La fase di IO è mostrata sull’asse delle ordinate e la sua posizione orbitale intorno a Giove è tracciata sulle linee diagonali parallele. A conclusione, certo di rendere cosa utile, segnalo il sito del radiotelescopio Resau Decametrique di Nancay, in Francia:

http://realtime.obs-nancay.fr/dam/realtime_display/dam_realtime.php?lang=fr

il quale osserva l'attività solare e le tempeste magnetiche di Giove in banda decametrica, da 10 MHZ a 80 MHZ. Un utile confronto per chi si dedica a questa area di ricerca, ricca di soddisfazioni.

 

Giovanni Lorusso (IK0ELN)

 
24 AGOSTO 2016 SISMA CENTRO ITALIA Stampa E-mail

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IL S.E.T.I. A CAVALLUCCIO Stampa E-mail

ik7elnCari Amici
colgo l'occasione per augurarvi

BUONE VACANZE.

Cieli sereni, Giovanni Lorusso (IK0ELN)


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IL SETI A ... CAVALLUCCIO

Dopo le recenti scoperte da parte della sonda Keplero, si rafforza la certezza della probabile presenza di forme di vita su altri pianeti. Sono davvero tanti gli Esopianeti di taglia terrestre scoperti dal telescopio a bordo di Keplero che potrebbero ospitare forme di vita, magari intelligenti. Una ricerca, questa, che nasce già nel lontano 1960, ad opera del giovane radioastronomo Frank Drake, il quale, attraverso il Progetto Ozma (il progetto Ozma prese il nome dalla meravigliosa favolaIl Mago di Oz”) inizia la ricerca in banda radio, per la prima volta, sulla frequenza di 1420 Ghz. A seguire poi il Progetto Cyclops, finanziato della NASA, che vedeva coinvolti Frank Drake e Bernard Oliver. Il grande radiotelescopio Ciclope, che era stato messo in progetto, avrebbe dovuto essere formato da 1500 antenne; ma a causa dei costi elevatissimi venne messo da parte. Nel 1979 nasce il programma Serendip presso l’Universita di Berkeley in California, ed il SETI (Serch for Extra Terrestrial Intelligence) finalmente aveva accesso alle risorse di grandi strumenti che, in tutto il mondo, erano dedicati alla radioastronomia. Il nome Serendip è acronimo di “Search for Extraterrestrial Radio Emission from Nearby Developed Intelligent Populations”; e fa riferimento al concetto di “serendipita” che nella fattispecie consentirebbe di ricevere l’eventuale presenza di un segnale extraterrestre nel corso delle osservazioni radio di routine che ogni giorno i radioastronomi svolgono, ma che non hanno come obbiettivo principale quello di cercare segnali extraterrestre. fig. 1 frank drakeTale era la convinzione dell'esistenza di civiltà extraterrestri da parte di Frank Drake che elaborò una equazione, ricordata come “l'Equazione di Drake” (Fig.1) dove, alla fine dei calcoli, dava per certa la presenza di forme di vita in qualche parte dell'Universo. Il progetto Serendip ha come comune denominatore la condivisione dello stesso ricevitore già presente in ogni radiotelescopio. Così, il Serendip, negli ultimi 30 anni ha seguito la legge di Moore (Gordon Moore, nato a San Francisco il 3 Gennaio 1929 era un informatico statuitense; cofondatore della Fairchild Semiconductor nel 1957; e dell'INTEL nel 1968) e fino al 1990 purtroppo non fu in grado di analizzare bande superiori ai Mhz.fig. 2 serendip Ma con l'avvento del Serendip 5° (Fig.2) la ricerca si è estesa fino ad alcune centinaia di Mhz di banda, con una canalizzazione di oltre 2 miliardi di canali. L'altro sistema innovativo è stato il “Piggyback” (Fig.3) cioè osservare a “cavalluccio”; ovvero un metodo che consente di condurre quotidiane osservazioni SETI parallelamente a quelle di routine. Un sistema che gli astrofili conoscono benissimo, quando utilizzando una montatura equatoriale, equipaggiata con moto orario,e vi installano in parallelo una macchina fotografica. Per cui nella ricerca SETI, osservare in piggyback, non occorre necessariamente chiedere l’uso dell'antenna del radiotelescopio; in quanto è sufficiente rimanere in “ascolto”, 24 ore su 24, utilizzando appunto il sistema Serendip. E sebbene il Serendip riduce di molto i costi della ricerca, tuttavia vi sono alcuni compromessi che bisogna accettare. Dunque, ogni radiotelescopio segue giornalmente un programma di osservazioni già calendarizzate, dove per ognuna di esse vengono selezionate: La banda e la frequenza operativa; la zona di cielo da puntare; la durata dei tempi usati per ogni misura. Ed è qui che nascono i compromessi, perché da queste condizioni restrittive, non e semplice poter fare buone osservazioni SETI in piggyback. Infatti ogni semplice misura radioastronomica e formata da almeno tre fasi denominate «Nodding Cycle». Poi ogni dato radioastronomico è calibrato a partire da tre diverse misure: la prima “On Source” cioè il momento in cui il radiotelescopio sta puntando ed inseguendo la sorgente radio; la seconda “Off Source” che riguarda l’osservazione di una zona limitrofa alla sorgente, ovvero sia: il “fondo cielo”, una parte radio-quieta che va sottratta all’”On Sourc” ed infine la “Cal” che, intende la “Calibrazione” dove viene accesa e spenta una marca nota in Kelvin.fig. 3 piggyback Questa alternanza “On-Off-Call” avviene con un ciclo che può variare da pochi secondi a qualche minuto e probabilmente potrebbe creare disturbo ad una osservazione SETI in piggyback, in quanto l’antenna viene fisicamente spostata continuatamente dalla sorgente a fuori sorgente, generando una perdita di tempo di integrazione che, nel tempo, si traduce in una perdita di sensibilità radiometrica; tradotto in parole povere: in una sordità per eventuali segnali deboli. In cinquanta anni, fare ricerca SETI e stato più volte considerato a come cercare l’ago in un pagliaio; o miliardi di pagliai. Però oggi tutti concordano sulla tesi che non siamo soli nell’Universo, probabilmente a partire dalla nostra Galassia, la Via Lattea. Sono in tanti a ritenere che potrebbero esservi migliaia di civiltà tecnologicamente molto più evolute della nostra; e con molto ottimismo credono che rivelare un segnale artificiale con i radiotelescopi sia solo una questione di tempo. Purtroppo va detto che negli ultimi anni la ricerca SETI non ha goduto di grandi risorse, se non di contributi volontari offerti da grandi aziende leader e di collaborazioni volontarie ad opera di associazioni di categoria, tra cui I.A.R.A. Group www.iaragroup.org nata presso il Radiotelescopio Croce del Nord di Medicina (Bologna). Ma vediamo ora come dovrebbero essere un segnale extraterrestre che arriva dal lo Spazio. Il primo requisito indispensabile di un segnale proveniente dallo Spazio è che esso abbia un alto rapporto segnale/rumore, tale da essere ricevuto da un radiotelescopio; ovvero un segnale monocromatico, simile ad un tono, una nota singola. Indubbiamente questo segnale avrà viaggiato per milioni anni luce prima di essere ricevuto, e nel corso del suo lungo viaggio avrà subito molti processi di rimodulazione a causa della scintillazione del mezzo interstellare che ha attraversato. fig. 4 water-holeQuindi, per conservare un ottimo rapporto segnale/rumore, il segnale dovrebbe essere trasmesso inevitabilmente il più monocromatico possibile. Il secondo requisito è che un segnale extraterrestre dovrebbe avere una alta potenza in trasmissione. Se un segnale viene trasmesso nella nostra Galassia e diretto verso la Terra, si propagherà alla velocità della luce, a circa 300.mila Kms. ma subirà una progressiva attenuazione pian piano che si allontana dalla sorgente di emissione. Tuttavia occorre dire, che anche se il segnale venga trasmesso ad alta potenza, per una distanza molto lunga, diventerebbe talmente debole da non essere neanche rivelato da un radiotelescopio. Il terzo requisito consiste nella necessità che un segnale SETI dovrebbe avere e una frequenza che cada all’interno della zona spettrale cosiddetta del “Water Hole” che e una regione dello spettro elettromagnetico a 1420 Mhz, dove l’atmosfera non e opaca e quindi lascerebbe passare eventuali segnali provenienti dallo Spazio. Il termine Water Hole (Fig.4) tradotto letteralmente come pozza d'acqua, è una zona particolarmente tranquilla della banda radio dello spettro elettromagnetico tra i 1420 e 1666 Mhz, corrispondenti a lunghezze d'onda di 21 e 18 centimetri, un termine coniato nel 1971 da Bernard Oliver; dove l'Ossidrile irradia a 18 cm. e l'Idrogeno Neutro irradia a 21 cem.. Questi due elementi chimici formano l'acqua; e, poiché l'acqua è   l'elemento essenziale per la vita, almeno per quella che conosciamo noi, si spera che un civiltà extraterrestre, magari intelligente sia capace di generare segnali radio. Motivo per cui la ricerca SETI avviene sulla riga dell'Idrogeno a 1420 Mhz. Il primo tentativo lo mise in atto Frank Drake il 16 Novembre 1974, quando con il grande radiotelescopio di Arecibo lanciò il primo segnale radio di un milione di watt sulla frequenza di 2380 Mhz verso l'Ammasso Globulare M.13 nella costellazione di Ercole, distante dalla Terra 25.mila anni luce, ricco di stelle molto vicine tra loro e una enorme quantità di pianeti, dove, probabilmente, poteva essere ricevuto il radiosegnale terrestre! Seguirono altre trasmissioni di segnali radio nel 1999, nel 2003 e nel 2008 da Evpatoria – Ucraina, con una antenna da 70 metri di diametro. Segnali, inviati nello spazio che attendono delle risposte delle quali non sappiamo però fra quanto tempo, e se mai, un segnale SETI verrà ricevuto dai radiotelescopi terrestri.fig. 5 seti italia Per ora ci basti ricevere i segnali dalle atmosfere dei pianeti extrasolari che la sonda Kepler scopre giorno per giorno. La ricerca dell'ago nel pagliaio cominciò negli anni sessanta con il primo progetto di Frank Drake; ma nel 1999, all'Università di Berkley (California), due esperti nella ricerca: David Gedye e Craig Kasnoff presentarono il progetto SETI@home offrendo alla gente comune la possibilità di collaborare nella ricerca attraverso il calcolo distribuito, grazie all'invenzione di uno screensaver che, in tempo reale, mostrava l'elaborazione dei dati contenuti in una unità di lavoro, un pacchetto di dati acquisiti dal radiotelescopio di Arecibo, scaricato da un server centrale, gestito con la piattaforma Boinc (Berkley Open Infrastrutture for Network Computing). In Italia la ricerca SETI è iniziata nell'Aprile 1998, attraverso il progetto SETI Italia, presso il radiotelescopio Croce del Nord di Medicina – Bologna (Fig.5) e prosegue tuttora grazie all'apporto di nuove tecnologie, tra cui il programma SETI Piggyback che consente, in maniera simultanea, di osservare e schedulare segnali “sospetti” provenienti dal cielo. Siamo figli delle stelle perché le nostre lacrime sono salate come l'acqua del mare!

di Giovanni Lorusso (IK0ELN)

 
SEGNALI DALLA LUNA Stampa E-mail

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SEGNALI DALLA LUNA

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01 marconi e landiniEra il 27 Luglio 1930 e la nave Elettra, laboratorio galleggiante di Guglielmo Marconi, era ancorata nel porto di Civitavecchia. Adelmo Landini,(Fig1) marconista di bordo, era intento ad esaminare i segnali radio provenienti da Rio de Janeiro, emessi sulla frequenza di 14 metri. Quando ad un tratto Landini si alza di colpo, sbalordito dal fenomeno che stava ascoltando: un incomprensibile raddoppio dell'emissione radio. Una specie di eco, ma che eco non era! Una chiara e distinta ripetizione del segnale ricevuto. Uscito sul ponte della nave informò Marconi, disse: … Eccellenza ricevo degli strani segnali provenienti da Rio; … sembra che si raddoppiano; … e come se fossero ripetuti da qualcuno o qualcosa; … non è un effetto eco perché si ripetono dopo appena pochi minuti …! Il grande Maestro si portò con lui nella sala radio e, dopo aver ascoltato attentamente gli “strani segnali”, disse: … non vi sono dubbi; la causa è da attribuire ad una riflessione via Luna … caro Landini ponga attenzione a quei due secondi di ritardo tra l'emissione principale e la riflessione sulla Luna, perché è il tempo necessario affinché l'onda elettromagnetica percorra la distanza tra la Terra e la Luna ed il suo ritorno. Infatti quando la superficie lunare è investita da onde radio, le riflette così come riflette la luce. Mi creda, non ce altra spiegazione plausibile.02 luna Adelmo Landini ascoltò attentamente il grande Maestro ma rimase esterefatto e, non appena si fece buio, guardò la Luna alta nel cielo (Fig.2) probabilmente per tutta la notte! Ma non fu l'unico evento, in quanto furono casualmente registrati altri Echi Lunari, in maniera particolare durante l'ultimo conflitto mondiale, causati dall'uso dei radar militari puntati verso il cielo ed in particolare con la Luna alta sull'orizzonte. Ad esempio nel Gennaio 1944 si registrarono frequentemente Echi con un ritardo di 2,5 secondi, provocati dal radar Wurzmann (Fi.3) delle notissima casa tedesca Telefunken, quando era puntato direttamente in direzione della Luna dall'isola di Rugen, nel Mar Baltico; tanto che il sistema radar della difesa inglese, dislocato lungo le coste inglesi, preposti a localizzare i V2 dei nazisti, segnalarono strani Echi provenire da una quota di circa 80 Km. 03 radar wurzmanA conflitto terminato, tali sistemi poi, furono utilizzati dal fisico James Stanley Hej per rilevare gli Echi dello Sciame Meteorico delle Draconidi, generato dalla Cometa 21P/Giacobini-Zener; addirittura stimando la velocità di ingresso nell'Atmosfera Terrestre intorno ai 23 Km/s. Poi, tornata la pace, fu dato incarico al colonnello John H. De Witt di effettuare esperimenti circa la possibilità di far riflettere i segnali radio sulla Luna. Il colonnello De Witt, appassionato di astronomia, che unitamente al fratello aveva costruito un telescopio di 30 cm di diametro di apertura, la notte del 20 Maggio 1940, utilizzando un ricetrasmettitore VHF, sintonizzato sulla frequenza di 138 MHZ ed una antenna direzionale, riuscì nell'esperimento. Successo che si rafforzò in seguito, quando De Witt volle ripeterlo con adeguati mezzi che gli confermarono la certezza dei collegamenti radio via Luna. 04 libro di landiniNacque così il progetto Diana, utilizzando un radar militare modificato con 64 dipoli, per operare sulla frequenza di 115 MHZ con 30 KW; ed il 10 Gennaio 1946, intorno alle ore 12:00, appena dopo il sorgere della Luna, fu rilevata chiara e distinta la prima Eco del segnale riflesso dal nostro satellite. Di questa bella esperienza scientifica, Adelmo Landini ha scritto un libro intitolato “Navigando con Marconi a bordo dello yacht Elettra” (Fig.4) lasciata in eredità anche ai radioamatori, i quali, affascinati da questo modo particolare di trasmissione, effettuano collegamenti via Luna (Earth-Moon-Earth) utilizzando la riflessione della superficie lunare. 05 radioamappa di venereMa grazie a questa brillante scoperta è stato possibile rilevare segnali radio dai pianeti del nostro Sistema Solare. Infatti, sfruttando i segnali radio è stato possibile mappare la superficie di Venere (Fig.5) impenetrabile anche ai più potenti telescopi terrestri ed alle sonde che si sono avvicinate, perché circondata da una inpenetrabile atmosfera di anidrite carbonica. Oggi, Luna, Venere, Mercurio, ma anche i pianeti più estremi del nostro Sistema Solare, vengono raggiunti da segnali radio che riportano sulla terra meravigliose immagini di altri oggetti celesti che popolano l'Universo; e forse, in futuro, anche di abitanti di questo enorme condominio chiamato Universo. Con le prime onde radio verso la Luna, settanta anni fa nasceva la nuova tecnologia per le indagini astronomiche. Elencare le scoperte con l'impiego dei radiosegnali impiegherebbe molte pagine. Ma non si può fare a meno di segnalare il contributo dato da questi importanti personaggi, i quali, alla pari di Galileo Galilei, hanno scritto brillanti pagine di storia.

di ik0eln Giovanni Lorusso

 
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