- Osservazione Radio Meteore

Come vediamo Starlink

Come molti appassionati che osservano il cielo nella banda delle radio-onde dello spettro elettromagnetico, anche il sottoscritto ha visto transitare la processione spaziale dei satelliti starlink, una flotta di 60 satelliti per comunicazioni lanciata lo scorso maggio da SpaceX. Questa è la prima di una lunga serie: solo questa azienda conta di spedire in orbita 12000 satelliti entro la metà del 2027.

Si promette internet ovunque e per tutti e… un’altra “coperta” fra noi e il cielo. L’impresa potrebbe diventare un problema per gli astronomi e per i radioastronomi: i satelliti si vedono eccome, non solo con gli occhi, ma anche attraverso la radio!

Traiettoria della processione Starlink "vista" dalla nostra stazione RALmet, visualizzata con CelesTrak.
Traiettoria della processione Starlink “vista” dalla nostra stazione RALmet, visualizzata con CelesTrak.

Le seguenti immagini documentano come la nostra stazione amatoriale RALmet, dedicata al monitoraggio e allo studio via radio dei meteoroidi che entrano nell’atmosfera terrestre, “vede” la processione Starlink. Gli spettrogrammi mostrano le tracce dei segnali radio trasmessi dal radar francese GRAVES (alla frequenza di 143.050 MHz) e riflessi dalla struttura metallica dei satelliti e dai canali ionizzati generati dai meteoroidi durante il processo di ablazione dovuto all’impatto con le molecole di aria dell’atmosfera superiore. La flotta di satelliti (ciascuno del peso di circa 227 kg) orbita a un’altezza di 550 km, mentre l’altezza media delle tracce ionizzate dovute ai meteoroidi (che noi chiamiamo “radiometeore”) è di circa 100 km.

Spettrogrammi che mostrano il transito dei satelliti Starlink (25 Novembre 2019) entro la zona di visibilità radio della stazione RALmet. Si notano le tracce oblique parallele associate ad ogni distinto satellite, ben distinguibili rispetto alle riflessioni meteoriche.
Spettrogrammi che mostrano il transito dei satelliti Starlink (25 Novembre 2019) entro la zona di visibilità radio della stazione RALmet. Si notano le tracce oblique parallele associate ad ogni distinto satellite, ben distinguibili rispetto alle riflessioni meteoriche.
In questo spettrogramma, con colori modificati, sono evidenziate le tracce dei satelliti mentre si avvicinano, uno dopo l'altro, alla stazione ricevente.
In questo spettrogramma, con colori modificati, sono evidenziate le tracce dei satelliti mentre si avvicinano, uno dopo l’altro, alla stazione ricevente.

Si distinguono facilmente le tracce meteoriche da quelle dei satelliti, parallele e regolari, caratterizzate da marcato effetto doppler.

Il seguente grafico riporta la distribuzione in frequenza giornaliera (25 Novembre 2019) dei radio-eventi catturati dalla stazione Meteor Scatter RALmet: rispetto al consueto addensamento, più o meno numeroso, delle riflessioni dovute ai canali ionizzati dai meteoroidi attorno alla frequenza trasmessa dal radar Graves (convertita in banda-base dal ricevitore), si distingue il “grappolo” dei satelliti Starlink transitato nel campo di visibilità della nostra stazione poco dopo le 11 UTC. In un intervallo di 24 ore, il transito in 7-10 minuti della processione satellitare (tempo variabile secondo le reciproche relazioni orbita-posizioni TX e RX), appare come un gruppo quasi-contemporaneo di eventi che occupano un’ampia gamma di frequenze nella banda-base di ricezione. Data la risoluzione della misura (600 Hz di banda di ricezione), la variazione giornaliera della frequenza media attorno alla quale si addensano le radio-meteore (prossima alla frequenza del trasmettitore) dipende anche dalle fluttuazioni di frequenza dell’oscillatore locale del ricevitore (che converte la frequenza di ricezione nella banda-base) dovute alle variazioni della temperatura locale.

Distribuzione giornaliera in frequenza degli eventi catturati dalla stazione RALmet il 25 Novembre 2019. Rispetto all'addensamento delle riflessioni meteoriche, concentrate attorno alla frequenza (traslata in banda-base) del trasmettitore GRAVES, si nota il gruppo dei satelliti Starlink che si avvicina velocemente alla stazione ricevente (traccia quasi verticale in corrispondenza delle 11 UTC).
Distribuzione giornaliera in frequenza degli eventi catturati dalla stazione RALmet il 25 Novembre 2019. Rispetto all’addensamento delle riflessioni meteoriche, concentrate attorno alla frequenza (traslata in banda-base) del trasmettitore GRAVES, si nota il gruppo dei satelliti Starlink che si avvicina velocemente alla stazione ricevente (traccia quasi verticale in corrispondenza delle 11 UTC).

Le seguente immagini riportano la geometria del radar bi-statico, composto dal trasmettitore radar Graves (143.050 MHz) e dalla stazione ricevente RALmet, insieme alla processione di satelliti Starlink che transita nel campo di vista del ricevitore il 25 Novembre 2019. Analoga situazione è mostrata nell’ultimo grafico, che visualizza la distribuzione in frequenza dei radio-echi catturati il 14 Dicembre 2019, subito dopo il massimo dello sciame meteorico delle Geminidi: si notano due transiti giornalieri della flotta Starlink.

Passaggio della flotta Starlink confermato da CelesTrak e geometria del radar bi-statico TX Graves - RX RALmet.
Passaggio della flotta Starlink confermato da CelesTrak e geometria del radar bi-statico TX Graves – RX RALmet.
Simulazione (realizzata dal sottoscritto) per verificare il passaggio della flotta Starlink il 25 Novembre 2019, confermato da CelesTrak.
Simulazione (realizzata dal sottoscritto) per verificare il passaggio della flotta Starlink il 25 Novembre 2019, confermato da CelesTrak.
Doppio transito di Starlink il 14 Dicembre 2019: si nota l'elevata concentrazione di riflessioni meteoriche dovuta al massimo dello sciame Geminidi (notte fra il 13 e 14 Dicembre) e le tracce verticali dovute ai satelliti che transitano lungo la stessa orbita in rapida sequenza.
Doppio transito di Starlink il 14 Dicembre 2019: si nota l’elevata concentrazione di riflessioni meteoriche dovuta al massimo dello sciame Geminidi (notte fra il 13 e 14 Dicembre) e le tracce verticali dovute ai satelliti che transitano lungo la stessa orbita in rapida sequenza.

Dato che i transiti Starlink sono ben visibili e facilmente riconoscibili rispetto ai radio-echi meteorici quando visualizzati in un grafico che descrive la distribuzione giornaliera in frequenza degli eventi catturati dalla stazione RALmet, è certamente possibile progettare un algoritmo che minimizza gli errori nel conteggio automatico degli eventi meteorici elaborando a posteriori i dati acquisiti. Questa idea è stata implementata fin dall’inizio nel sistema di elaborazione dei dati sviluppato per la stazione RALmet: sono filtrati tutti gli eventi caratterizzati da una certa “contemporaneità” e distribuiti su un intervallo di frequenze sufficientemente ampio rispetto all’addensamento caratteristico dei radio-echi meteorici che risulta, invece, concentrato attorno alla frequenza del trasmettitore. Tale algoritmo ha dimostrato la sua efficacia nel minimizzare gli errori di conteggio dovuti ai radio-echi “anomali”, come quelli associati alla flotta Starlink, anche in periodi “critici” come quelli vicini ai giorni di massima attività degli  sciami meteorici.

Concludendo, la processione satellitare Starlink è ben visibile a chi osserva il cielo nel visibile e in banda radio, anche a livello dilettantistico. Non è difficile immaginare quanto potrebbe essere complicato lo studio via radio degli eventi meteorici, ad esempio, quando orbiteranno tutti i satelliti previsti per questo progetto di copertura globale internet, tecnologicamente interessante e affascinante.

Se i passaggi giornalieri della flotta satellitare si moltiplicano, oscurando e mascherando i radio-echi meteorici, come possiamo continuare ad osservare e a studiare questi messaggeri del cosmo?

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