MONTAGEM E TESTE DE RADIOTELESCÓPIOS EXPERIMENTAIS
EM VERY LOW FREQUENCY (VLF)
Sessão de observação atmosférica com o VLF-3 do Inspire Project
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Apesar da forte interferência da rede elétrica de 60 Hz, é possível identificar "sferics" e talvez até mesmo "tweeks", nessa sessão de observação enquanto havia tempestade relativamente próxima:
Detalhes do receptor VLF-3 do Inspire Project
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Este vídeo apresenta mais detalhes sobre as emissões naturais de rádio na faixa de VLF. Também detalha um pouco mais o uso do receptor VLF-3. Apresenta também algumas telas dos programas usados para registro e análise de dados.
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OBSERVANDO EMISSÕES ATMOSFÉRICAS EM VLF
Observando SFERICS com o VLF-3
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Aproveitando o tempo chuvoso, conforme imagem do The Weather Channel, foi realizada uma curta sessão para registrar Sferics, com o receptor VLF-3 e um gravador de áudio digital (ICD-PX240), configurado para gravar com máxima qualidade em formato mp3.
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O analisador de espectro do Spectrum Lab (Audio Signal Analyser) foi utilizado para ver o espalhamento de alguns Sferics até mais de 10 kHz e a concentração de ruído nas frequências mais baixas, especialmente relacionadas às interferências da rede elétrica e emissoras de rádio (RFI).
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No arquivo de áudio (reduzir o volume antes de ouvir), além da incidência da RFI, podemos identificar os diversos estalidos que são característicos das emissões Sferics e alguns poucos Tweeks.
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INSPIRE PROJECT: OBSERVAÇÕES EM VLF
Observações com o VLF Inspire. Como contornar RFI
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Algumas sessões de observação de emissões naturais na faixa de VLF (com receptor de ~0,3 a ~15 kHz).
Esta é uma faixa de frequências pouco explorada, mas que está quase sempre apresentando emissões naturais originárias de descargas atmosféricas.
As observações com antena curta de cerca de 1 m de comprimento foram muito dificultadas pelas interferências (RFI) da rede elétrica (60 Hz). Para tentar minimizar esta RFI, foi construída uma antena do tipo loop magnética, inspirando-se no tipo de antena proposta pelo projeto Stanford Solar Center, com o receptor Super SID. Os resultados das observações serão apresentados aqui. O receptor do Super SID opera em frequências mais altas que o VLF-3, do Inspire Project, cujos filtros permitem a passagem de sinais pouco acima de 10 KHz a 15 kHz.
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Tipos de sinais que se pretende registrar:
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“Sferics”: sinal eletromagnético oriundo de alguma descarga atmosférica relativamente próxima do receptor (alguns quilômetros a centenas de quilômetros). Como o raio é um sinal de ampla faixa do espectro, de alguns Hertz a mais de 100 kHz e harmônicos, o VLF-3 foi projetado exatamente para as frequências mais baixas. Os “sferics” que podem ser ouvidos no fone do receptor são sons de curta duração, como estalidos curtos, abruptos e a intensidade depende da distância do receptor à origem.
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“Tweeks": é o resultante das distorções que o sinal eletromagnético original de uma descarga atmosférica, ao percorrer longas distâncias, com múltiplas reflexões no solo e na ionosfera, até chegar ao receptor. Ocorre um fenômeno de dispersão em diferentes frequências do mesmo sinal. O áudio resultante no receptor assemelha-se a sinos agudos, tocando em rápida sucessão.
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“Whistler”: é quando a dispersão do sinal eletromagnético é muito acentuada e indica que o sinal original percorreu distâncias muito longas, provavelmente maior que metade da circunferência da Terra. O som correspondente a este tipo de sinal são tons sobrepostos variando das frequências mais altas para as mais baixas. Sua interação com as camadas superiores da atmosfera dá indícios da influência das emissões de partículas do Sol, que afetam a nossa atmosfera. O estudo desses sinais, portanto, é um campo interessante para entender a magnetosfera e o ambiente espacial ao redor da Terra.
No ambiente urbano, de alta interferência, foi possível até o momento registrar emissões do tipo "Sferics". Com a antena loop magnética, realmente é possível encontrar uma orientação em que a RFI seja menos intensa, apesar de sempre estar presente.
A antena foi construída com suporte de PVC de 25 mm de diâmetro, formando um quadro com 0,9 m de lado. Foram pelo menos 50 espiras de fio de 1,5 mm2, de modo a incrementar o desempenho em baixas frequências.
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Como o ganho do receptor é muito elevado, é importante manter os fios dos fones de ouvido ou do gravador afastados da antena loop, pois existe a possibilidade de o circuito oscilar. As observações são realizadas afastadas de computadores e outros equipamentos eletrônicos pois são muito ruidosos em VLF. Para a posterior análise, o sinal é salvo em um gravador digital.
Foto da antena loop interligada ao receptor VLF Inspire.
Observando SFERICS com o VLF-3
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Antes de conseguir o registro com o Radio-SkyPipe, foram realizadas várias observações preliminares para tentar a melhor forma de redução de ruídos indesejáveis. É fundamental ressaltar que deve-se estar em local abrigado, por questões de segurança, e as observações são todas realizadas à distância de muitos quilômetros dos eventos.
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Num dia em que foi possível ouvir trovões distantes, o VLF-3 captou Sferics de diversas intensidades e frequências, ouvidos nos fones como vários estalidos agudos e também registrou emissões com muita intensidade, das quais exibimos duas relativamente próximas, conforme figura abaixo.
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Podemos perceber como os sinais são de curta duração e intensos. Nos Sferics mais distantes, os sinais são registrados graficamente como pequenas elevações, logo acima do patamar de ruído de RFI.
Sferics de alguma descarga próxima.
Sferics de descargas distantes.
Patamar de ruído de RFI.
Captura de tela com duas emissões. O horário não corresponde ao tempo real dos eventos.
Observando SFERICS com o VLF-3
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A captura de tela a seguir utilizou um analisador de espectro, Spectrum Lab, na faixa de áudio, até cerca de 5 kHz. Podemos verificar como o sinal de um dos Sferics de maior intensidade ocupa toda a faixa. Também há muitos ruídos de RFI. O horário não corresponde ao tempo real dos eventos.
Harmônicos da rede elétrica 60 Hz (RFI)
Sferics: sinal que se espalha por toda a faixa de frequências
Escala de frequências, até ~5 kHz
Observando SFERICS com o VLF-3
Um exemplo de monitoração em VLF, com o ruído interferente de 60 Hz e seus harmônicos (provavelmente gerados quando há dispositivos elétricos com conexão precária, ou até mesmo nas linhas de transmissão, onde há tensões elevadas e pode ocorrer o efeito corona). Com a antena loop foi possível encontrar uma orientação para minimizar a RFI.
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Mesmo com a forte interferência, ainda assim podemos identificar muitos Sferics (sons como se fossem estalidos) e alguns Tweeks (sons semelhantes a assobios curtos), neste registro (nível de ruído elevado, reduzir volume do áudio antes de ouvir):
RECEPTOR OM: OBSERVAÇÕES EXPERIMENTAIS DE TEMPESTADES ATMOSFÉRICAS
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O que você precisa para observar um fenômeno atmosférico conhecido por todos: as tempestades de raios? De estar num lugar abrigado e seguro, é a primeira condição. O relâmpago, ou o efeito luminoso da descarga atmosférica, e o trovão, o sonoro (geralmente ouvido alguns segundos depois de o raio ter acontecido) são as manifestações mais usuais que podemos perceber com a visão e a audição. Mas, mesmo estando a distâncias muito grandes, de modo que não pudéssemos mais ouvir o trovão, ainda é possível ver os clarões no céu e captar outra manifestação de uma tempestade: as emissões eletromagnéticas. São as ondas de rádio geradas pelo pulso de alta potência que ocorre durante a descarga elétrica.
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No vídeo, temos uma tempestade ocorrendo a dezenas de quilômetros de distância, sendo captada por uma câmera de celular, para registrar os relâmpagos. Com um pequeno receptor de rádio portátil, sintonizado na frequência de 620 kHz, parte da faixa de OM (Ondas Médias, de 535 kHz a 1650 kHz), ouvimos os ruídos no mesmo momento em que o clarão é visto no céu - no horizonte distante. Nesse caso, o ruído não é um trovão, o que o rádio capta é o sinal de rádio, que viaja na mesma velocidade que a luz, por isso não há atraso perceptível entre o clarão e o som demodulado pelos circuitos do receptor. A faixa de OM, usada para as emissoras de rádio comercial, opera com modulação em amplitude (AM), e é especialmente sujeita aos ruídos - tanto os produzidos artificialmente, como por motores, quanto os produzidos por fenômenos naturais, como os raios.
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As observações foram realizadas com um receptor portátil MIDLAND, com sintonia digital. Nesse exemplo, vimos apenas o registro de uma interferência eletromagnética. Se o receptor for acoplado a um notebook com o SkyPipe ou um programa de análise de espectro é possível analisar a amplitude do sinal e o espalhamento da frequência, após ser demodulado pelo receptor.