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A cura di Flavio Falcinelli

L'osservazione radioastronomica “per eccellenza” (la più semplice) consiste nel determinare come varia l'intensità del segnale ricevuto durante il “passaggio” di una radiosorgente (ad esempio, il Sole o la Luna) nel “campo di vista” dell'antenna (la cosiddetta registrazione al transito). Si orienta il radiotelescopio nel punto celeste dove è previsto, nel suo moto apparente, il transito della radiosorgente e si attende la formazione della classica traccia “a campana” nel software di acquisizione.

 

 transito della luna osservato con radiotelescopio amatoriale 

Osservazione del transito lunare con un radiotelescopio amatoriale basato sul nostro ricevitore RAL10.

 

Il passo successivo, appena più complesso e laborioso, prevede la registrazione dell'intensità di segnale ricevuto dalle diverse direzioni di cielo. Collezionando con pazienza e metodo una serie di misure, si compila una “radio-mappa” della regione di cielo osservata. Ovviamente sono possibili osservazioni “ad inseguimento” delle radiosorgenti come, ad esempio, quando si desidera monitorare l'attività solare. Questo richiede un'attrezzatura motorizzata e automatica per la gestione del sistema di orientamento dell'antenna.

Generalmente, queste sono le prime domande che si pone ogni radioastronomo dilettante:

  • in quale banda di frequenza è meglio lavorare?
  • Quali radiosorgenti sono osservabili con un piccolo radiotelescopio?
  • Esistono requisiti particolari nella scelta del sito di installazione dello strumento?

 

Non è possibile rispondere ad ogni quesito in modo indipendente dagli altri.

I meccanismi che spiegano le emissioni delle radiosorgenti sono complessi, legati alle loro caratteristiche chimico-fisiche. Come primo approccio è sufficiente catalogare gli oggetti radio più intensi del cielo e scoprire come varia la loro emissione al variare della frequenza (spettro della radiosorgente).

A livello amatoriale, tenendo conto dei limiti in sensibilità degli strumenti dovuti principalmente alla scarsa area efficace dell'antenna, una prima ragionevole scelta sembra privilegiare le frequenze dove sono più intense e numerose le radiosorgenti. Come si vede dal seguente grafico, Sole e Luna a parte che, grossomodo si comportano come corpi neri nella banda radio (almeno per quanto riguarda l'emissione del Sole quieto), le altre radiosorgenti irradiano con maggiore intensità per frequenze inferiori a 1 GHz, con un meccanismo (detto non termico) che incrementa l'intensità dell'emissione al diminuire della frequenza.

 Intensità di emissione delle principali radiosorgenti 

Il grafico visualizza come varia l'intensità di emissione delle principali radiosorgenti accessibili a livello amatoriale nella banda dello spettro radio da 10 MHz a 100 GHz.

 

Tuttavia, occorre considerare “l'affollamento” radio nella zona dove installeremo il radiotelescopio, dovuto alla presenza di varie interferenze. I disturbi artificiali, molto intensi nelle zone urbane e industrializzate, sono la vera “piaga” dell'osservazione radioastronomica: lo spettro radio è praticamente saturo di segnali ed emissioni spurie di varia natura.

Le più comuni sorgenti naturali di interferenza sono i fulmini, le scariche elettriche atmosferiche, le radioemissioni prodotte da particelle cariche nella parte superiore dell’atmosfera (disturbi ionosferici), le emissioni provenienti dai gas atmosferici e dalle idrometeore.

Le interferenze artificiali sono causate dai disturbi prodotti dalla distribuzione, dall’utilizzo e dalla trasformazione di potenza dell’energia elettrica, dalle trasmissioni radar per il controllo del traffico aereo militare e civile, dalle stazioni trasmittenti terrestri utilizzate per i servizi di diffusione radio e televisiva, dai trasmettitori e transponder sui satelliti artificiali (inclusi i sistemi Global Positioning Satellites GPS), dalla rete telefonica cellulare e dalle stazioni militari.

Come si vede dal seguente grafico, l'intensità dei disturbi artificiali e naturali diminuisce all'aumentare della frequenza: è ipotizzabile l'installazione di un radiotelescopio operante a 10-12 GHz nel “giardino di casa”, in zona urbana, mentre è molto difficoltosa la ricezione alle frequenze più basse. In quest'ultimo caso, bisognerà scegliere una zona rurale, elettromagneticamente più “tranquilla”.

 Andamento della potenza di rumore naturale e artificiale in funzione della frequenza 

Andamento della potenza di rumore naturale e artificiale in funzione della frequenza. Sono riportati i livelli stimati nell'intervallo da 100 MHz fino a 100 GHz (Recommendation ITU-R P.372-7 “Radio Noise”).

 

Effettivamente, le scelte basate sull'analisi dello spettro delle radiosorgenti sono in contrasto con quelle derivanti dall'analisi dello spettro dei disturbi: siamo ad un livello di parità fra “pro” e “contro”. Decisive saranno le considerazioni tecnologiche ed economiche.

Un radiotelescopio dilettantistico “per tutti”, dovrebbe essere facilmente realizzabile, economico e di immediato funzionamento: il “cuore” dello strumento dovrebbe essere un modulo progettato “ad hoc” per la radioastronomia che integra le parti indispensabili di un ricevitore radioastronomico di base.

Intorno a questo nucleo, lo sperimentatore completa il radiotelescopio utilizzando parti e moduli commerciali economici e facilmente reperibili. Tutto ciò è possibile grazie alla diffusione della ricezione TV satellitare nella banda 10-12 GHz e alla reperibilità di antenne, amplificatori, cavi e un'infinità di accessori, nuovi e di recupero, adatti a costruire un perfetto radiotelescopio amatoriale.

 RAL10: la famiglia di ricevitori per radioastronomia amatoriale proposta da RadioAstroLab 

RAL10: la famiglia di ricevitori Total-Power per radioastronomia amatoriale.

 

Si sa che le dimensioni dell'antenna influenzano molto il costo finale di un radiotelescopio. Anche la reperibilità commerciale di questo delicato componente gioca un ruolo fondamentale.

Se consideriamo che, a parità di guadagno dell'antenna (è una misura della sua attitudine a captare deboli segnali in determinate direzioni dello spazio), le sue dimensioni (quindi peso e ingombro) diminuiscono all'aumentare della frequenza, comprendiamo come sia possibile, oltre che semplice ed economico, costruire il nostro primo radiotelescopio utilizzando una comune antenna a riflettore parabolico da 1 metro di diametro per TV-SAT funzionante a 10-12 GHz.

L'unico svantaggio rimane il limitato numero di radiosorgenti misurabili: con antenne di piccolo diametro si “vedranno” solo il Sole e la Luna. Però, essendo molto intensa la loro radiazione, il loro studio rappresenta un'ottima “palestra” per iniziare a familiarizzare con gli strumenti e le tecniche della radioastronomia, verificando il corretto funzionamento degli strumenti in vista di osservazioni più impegnative.

Per rivelare radiosorgenti più deboli, come Taurus, Cassiopea, Cygnus e Virgo, sono necessarie antenne di maggiori dimensioni, mantenendo invariato il resto del sistema.

Queste sono le ragioni che ci hanno guidato nello sviluppare la famiglia RAL10 di ricevitori Total-Power a microonde per radioastronomia amatoriale.

 radiosegnali provenienti dal sole con RAL10AP