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Esperimenti: emissione radio del Sole

Verifichiamo l'emissione radio del Sole, la sorgente radio più forte del cielo. La nostra stella infatti non emette solo luce visibile ma anche altre frequenze dello spettro elettromagnetico. Ad esempio, tutti riconoscono il calore dell’illuminazione solare sulla nostra pelle, espressione della radiazioni infrarossa.

 

Il radiotelescopio Spider230 mentre registra l'emissione radio del Sole Il radiotelescopio Spider230 mentre registra l'emissione radio del Sole

 

Il Sole emette onde radio sia per meccanismi termici (a causa dalla sua elevata temperatura) che per quelli non termici (ad esempio per radiazione di sincrotrone, quando gli elettroni vengono forzati in movimenti a spirale attorno alle linee del campo magnetico). Per lunghezze d’onda superiori a 1 cm (cioè inferiori a circa 30 GHz), l’emissione radio del Sole presenta 2 componenti: una costante detta "Sole calmo” dovuta al calore della nostra stella e una variabile detta “Sole disturbato” che varia nel tempo e che dipende dalla presenza di macchie solari o flares.

Spider230 consente di verificare che il Sole emette onde radio. A radiotelescopio spento, installate l’attenuatore solare (necessario in quanto l’elevata sensibilità dello strumento porterebbe una saturazione del segnale se si puntasse la nostra stella senza un “filtro”). Accendete quindi il radiotelescopio e, dopo aver eseguito la procedura iniziale di partenza e collegamento al computer di controllo con il software RadioUniverse (come descritta a pagina 47), attendete che il ricevitore raggiunga l'equilibrio termico. Utilizziamo ora la funzione “Raster image” per riprendere a bassa risoluzione una radio-immagine dell'area di cielo attorno alla posizione del Sole, per poi centrarlo precisamente. Nell’area “RAL10 Control” a destra, selezionate un guadagno basso, 2 o 3 va bene. Quindi spostate il mouse sulla posizione del Sole indicata nella finestra “Radio Map" di RadioUniverse.

 

Per puntare correttamente il Sole con il radiotelescopio Spider230, è prima necessario riprendere una radio-immagine a bassa risoluzione. Per puntare correttamente il Sole con il radiotelescopio Spider230, è prima necessario riprendere una radio-immagine a bassa risoluzione.

 

Cliccate con il tasto destro del mouse e selezionate "Sync Antenna”. Spider230 punterà l’area di cielo richiesta. Selezionate quindi il tab “Raster Image” e impostate una veloce ripresa a bassa risoluzione: ad esempio 5 colonne, 5 righe, risoluzione 0,5° e un tempo di integrazione di 1 secondo. Selezionate l’opzione “Sun Correction” e cliccate il pulsante “Start”. Appena il radiotelescopio terminerà la ripresa, osservate la posizione dei pixel illuminati: probabilmente la posizione del Sole risulterà leggermente spostata rispetto al centro quindi cliccate i pixel illuminati nell’area “Radio Map” con il tasto destro del mouse e selezionate "Sync Antenna”. Noterete come in alto a sinistra, nella finestra di RadioUniverse, il valore radio “Received” passerà da un numero molto basso (vicino allo 0) a circa 8000. Avete puntato perfettamente l'antenna sul Sole e ne state registrando in tempo reale l’emissione radio.

Ora riprendiamo una radio-immagine del Sole con maggiore risoluzione per verificarne precisamente l’emissione. Ad esempio selezioniamo 20 colonne, 20 righe, risoluzione 0,1° e un tempo di integrazione sempre di 1 secondo. Clicchiamo il pulsante “Filename” per selezionare il nome e la cartella di salvataggio del file. Quindi, dopo aver verificato che l’opzione “Sun Correction” sia sempre attivata, premiamo il bottone “Start” per avviare la ripresa. Alla fine, come visualizzato nell’immagine sotto, otterremo una radio-immagine dell’emissione radio del Sole.

 

Puntato correttamente, possiamo verificare l'emissione radio del Sole realizzandone una radio-immagine ad alta risoluzione. Puntato correttamente, possiamo verificare l'emissione radio del Sole realizzandone una radio-immagine ad alta risoluzione.

 

Dopo aver ripreso l'immagine in alta risoluzione, puntate il radiotelescopio perfettamente al centro del Sole: ora procederemo al monitoraggio continuo della sua emissione radio per un lungo periodo. Selezionate il tab “Monitoring” e nel campo “Duration of measurement (h:m)” inserite la durata della registrazione (ad esempio 1 ora). Selezionate l’opzione “Sun” (per la correzione della velocità di inseguimento). Sulla sinistra della finestra di RadioUniverse selezionate l’opzione “Log received data to file” (consente di registrare i dati in un file TXT con un riferimento temporale). Quindi cliccate il bottone “Start” per iniziare la registrazione.

 

Possiamo registrare l'emissione radio del Sole sfruttando la funzionalità Monitoring di RadioUniverse Possiamo registrare l'emissione radio del Sole sfruttando la funzionalità Monitoring di RadioUniverse

 

Alla fine della registrazione, deselezionate l’opzione “Log received data to file”, quindi entrate nella directory in cui avete installato RadioUniverse. Qui troverete un file chiamato LOG_(data)_(ora).txt che contiene i dati salvati, vediamo ora come elaborarlo con un software come Excel (o simile). Dopo aver aperto Excel, selezionate “Dati”, quindi “Carica dati esterni” e poi “Importa file di testo”. Selezionate il file registrato prima e cliccate il bottone “Dati”.

 

Importiamo i dati registrati in Excel Importiamo i dati registrati in Excel

 

Nella finestra che si apre, selezionate “Delimitati” e premete il bottone “Avanti”. Nella finestra successiva selezionate solo l’opzione “Punto e virgola” e premete il bottone “Avanti”. Quindi concludete l’importazione cliccando “Fine”. Si aprirà una finestra, confermate cliccando “OK”. Otterrete così un file con 3 colonne: nella prima è riportato il tempo (in formato Giuliano), nella seconda il segnale radio, nella terza la temperatura (moltiplicato per 10). Inserite una riga vuota sopra ai dati (cliccate con il tasto destro del mouse sul numero 1 a sinistra del primo valore della prima colonna e selezionate “Inserisci”), quindi inserite i nomi TIME, SIGNAL e TEMPERATURE.

 

I dati importati nelle 3 colonne TIME, SIGNAL e TEMPERATURE I dati importati nelle 3 colonne TIME, SIGNAL e TEMPERATURE

 

Ora dobbiamo convertire i dati di tempo nel giusto formato. Aggiungete una colonna vuota alla destra della prima colonna (cliccate con il tasto destro del mouse sulla lettera B sopra a SIGNAL e selezionate “Inserisci”). Quindi selezionate la seconda casella della seconda colonna e scrivete

=A2-2415018,5

 

Emissione radio del Sole - Dati Confermate con il tasto ENTER della pulsantiera. Quindi applicate questo calcolo a tutte le celle della colonna. Per farlo cliccate sul quadrato azzurro che compare in basso a destra della cella appena calcolata e, tenendo premuto il tasto del mouse, spostate verso il basso il cursore finché non raggiungete l’ultima riga. In questo modo il calcolo verrà ampliato a tutte le altre celle.

Ora, mantenendo selezionate tutte le celle appena calcolate, posizionate il cursore del mouse sopra una di esse, premete il tasto destro del mouse stesso e selezionate “Formato Celle”. Selezionate l’opzione “Ora" e confermate con “OK”. Le celle mostreranno ora l’orario in formato UT (Universal Time).  Potete ora riportare l’intestazione TIME anche su questa colonna.

 

I dati sono pronti per la creazione del grafico I dati sono pronti per la creazione del grafico

 

Emissione radio del SoleOra selezionate “Inserisci” quindi “Grafico” quindi “A linee” e poi “Linee”. Comparirà un’area vuota del grafico, cliccateci sopra con il tasto destro del mouse e selezionate “Seleziona dati”. Nella finestra che si apre, cliccate il bottone “Aggiungi” per aggiungere una serie di dati. Quindi premete il bottone a destra del campo Nome (indicato dalla freccia rossa nella foto a sinistra), la finestra diventerà piccola, cliccate sulla cella C3 (dove è scritto SIGNAL) e premete invio per confermare.

Ripetete lo stesso passaggio per il campo “Valori Y” in cui dovrete selezionare tutte le celle della terza colonna contenente i valori radio rilevati e per il campo “Etichette asse categorie (X)” in cui selezionerete tutti i valori delle celle della seconda colonna contenente l’orario di registrazione. Alla fine confermate tutto premendo il bottone “OK”. Potete ampliare l’area del grafico per meglio visualizzare i dati.

 

Creando un grafico, possiamo verificare come l'emissione radio del Sole varia nel tempo Creando un grafico, possiamo verificare come l'emissione radio del Sole varia nel tempo

 

Ora avete a disposizione una serie di dati e potete facilmente confrontare l'emissione radio del Sole con dati registrati anche da radiotelescopi professionali. Alcune fonti disponibili su Internet:

Nobeyama Radio Observatory: http://www.nro.nao.ac.jp/en/

Australian Government - Radio and Space Weather Services - Learmonth Observatory: http://www.ips.gov.au/Solar/3/4

Ottawa 10.7cm radio flux: http://www.spaceweather.gc.ca/solarflux/sx-eng.php