The Geminids are a prolific meteor shower caused by the object 3200 Phaethon, which is thought to be an asteroid of the same type as 2 Pallas. This would make the Geminids, together with the Quadrantids, the only major meteor showers not originating from a comet.
The meteors from this shower are much slower (35 km/s) than most other meteor showers, can be seen in December and peak around December 7-17. Let’s see if we can confirm this with our radio observations!
Investigación
Contexto
BRAMS (Belgian RAdio Meteor Stations) es una red belga de estaciones de radio-recepción que utiliza forward-scattering para detectar y caracterizar meteoroides que penetran en la atmósfera terrestre.
Un transmisor/baliza dedicado (triángulo rojo en el mapa anterior), que se encuentra localizado al sur de Bélgica, emite en dirección al cenit una onda sinusoidal pura a una frecuencia de 49.97 MHz con una potencia de 150 Watts. La onda de radio incidente se refleja sobre la estela ionizada creada por el meteoroide cuando entra en la atmósfera. Unas 30 estaciones receptoras (puntos azules en la imagen anterior) están esparcidas por toda Bélgica y registran las señales de radio reflejadas por dichas estelas de meteoros (denominados en adelante, ecos de meteoros). A la izquierda y derecha de la imagen anterior se presentan, respectivamente, fotografías del transmisor y de una de las antenas receptoras (ubicada en Uccle, Bélgica).
Las observaciones de radio poseen dos ventajas sobre las observaciones ópticas: 1) se pueden registrar datos durante las 24h del día y no dependen de las condiciones meteorológicas, 2) son capaces de registrar aquellos meteoroides de menor masa que no generan luminiscencia pero que son mucho más abundantes.
La red BRAMS produce diariamente una gran cantidad de datos que comprende miles de ecos de meteoros, para lo cual se requieren algoritmos de detección automática. Se acostumbra a presentar los datos de radio de BRAMS como imágenes (denominadas espectrogramas, véase la definición más abajo) sobre las cuales los algoritmos de detección automática procuran identificar estructuras específicas asociadas con los ecos de meteoros. Sin embargo, ningún algoritmo puede igualar al ojo humano, que sigue siendo el mejor detector.
En el proyecto Radio Meteor Zoo nos centramos en lluvias de meteoros, que se deben principalmente a las partículas de polvo desprendidas por algún cometa a lo largo de su órbita durante su aproximación al Sol. Las Perseidas, cuyo máximo ocurre aproximadamente el 12 de Agosto, constituyen un ejemplo ampliamente conocido de lluvia de meteoros. Durante una lluvia de meteoros, BRAMS registra muchos ecos de meteoros con estructuras complejas que resultan particularmente difíciles de reconocer con algoritmos de detección automática. Es aquí donde destaca la colaboración de los voluntarios del Radio Meteor Zoo: ayudando a identificar dichos ecos durante las lluvias de meteoros.
Las identificaciones de meteoros se utilizarán para generar curvas de actividad (cantidad de meteoros durante períodos específicos de tiempo, hora del máximo de actividad, ...), para estimar el índice de masa de la lluvia de meteoros (que es una medida de la forma en que se distribuyen las masas de las partículas: un índice de masa elevado implica una mayor cantidad de masa en partículas pequeñas, mientras que un índice de masas bajo implica más masa en partículas grandes), para calcular flujos de meteoros, para calcular trayectorias de meteoroides utilizando datos de varias estaciones receptoras BRAMS, ...
A continuación se proporcionan más detalles acerca de los meteoroides, lluvias de meteoros, forward-scattering de ondas de radio y los datos de BRAMS.
¿Qué es un meteoroide?
Un meteoroide es un objeto sólido que se mueve en el espacio interplanetario, de un tamaño considerablemente más pequeño que un asteroide y considerablemente más grande que un átomo (definición de la IAU). Los meteoroides se desplazan alrededor del Sol en diferentes órbitas y con velocidades que oscilan entre ∼ 11 y ∼ 72 km/s. Ocasionalmente se hallan en curso de colisión con la Tierra y penetran nuestra atmósfera. La mayoría de los meteoroides son minúsculas partículas de polvo.
¿Qué es un meteoro?
Un meteoro (o "estrella fugaz“) es el fenómeno visible producido por el recorrido de un meteoroide a través de la atmósfera terrestre. Esto sucede normalmente entre ~ 120 y ~ 80 km de altura.
¿Qué es un meteorito?
Un meteorito es un fragmento residual sólido que ha sobrevivido su recorrido a través de la atmósfera y que alcanza la superficie de la Tierra. Es bastante más pequeño que el meteoroide original. Sólo aquellos meteoroides suficientemente grandes pueden convertirse en meteoritos, por lo cual resultan poco frecuentes.
Lluvia de meteoros
La mayoría de los meteoros se presentan en cualquier momento y en cualquier dirección. Ellos pertenecen a los denominados meteoros esporádicos. Su origen esta principalmente relacionado con asteroides y constituyen el grueso de los meteoros que caen en la atmósfera terrestre. Sin embargo, existe una segunda población de meteoros asociados con el remanente dejado por un cometa al recorrer su órbita.
Cuando un cometa se aproxima al Sol, se calienta y desprende partículas de polvo a lo largo de su órbita. Si la Tierra cruza la órbita de dicho cometa, cada año en la misma fecha la Tierra atravesará la nube de partículas de polvo dejada tras de sí y se producirá una lluvia de meteoros.
Debido a un efecto geométrico, todos los meteoros pertenecientes a una lluvia parecen provenir de un punto específico en el cielo denominado radiante. Cada lluvia de meteoros recibe su nombre según la constelación en la que se encuentra este punto. Por ejemplo, el radiante de las Perseidas esta ubicado en la constelación de Perseo.
Créditos & Copyright de la imágen: Darryl Van Gaal
Estela de ionización
Cuando un meteoroide penetra en la atmósfera terrestre, deja tras de si una estela de ionización (compuesta de iones y electrones) a lo largo de la trayectoria recorrida. Como primera y correcta aproximación, dicha estela puede considerarse como una línea recta.
Forward-scattering de ondas de radio
- La estela de ionización (línea amarilla en la imagen anterior) puede reflejar temporalmente una onda de radio (línea roja) emitida por un transmisor en tierra.
- Si se sintoniza un receptor a la frecuencia de dicho transmisor, se puede recibir una señal con una duración que va desde una fracción de segundo hasta unos pocos segundos : esto se denomina eco de meteoro.
- Forward-scatter implica que el receptor no está ubicado en el mismo lugar que el transmisor.
- La duración del eco de meteoro depende aproximadamente del tamaño del meteoroide: cuanto mayor sea el meteoroide, mayor será la duración de la señal reflejada.
- La mayoría de los ecos de meteoro duran sólo una fracción de segundo.
- El análisis de la señal puede proporcionar una gran cantidad de información acerca del meteoroide tal como su masa, velocidad y trayectoria.
Los datos de BRAMS
Los datos de BRAMS se presentan normalmente en forma de espectrograma, mostrando el contenido de frecuencia de la señal recibida en función del tiempo. A continuación se muestra un espectrograma típico : el eje vertical representa la frecuencia y abarca 200 Hz, mientras que el tiempo se representa en el eje horizontal abarcando 5 minutos. La potencia de la señal está representada con un código de color. El rojo significa alta potencia. El azul representa muy baja potencia (ruido). La potencia se incrementa partiendo desde azul, recorriendo el verde, el amarillo, hasta alcanzar el rojo.
- La línea horizontal (denominada frequencia de baliza en la imagen anterior) es la señal directa proveniente del transmisor. El espectrograma abarca un rango de 200 Hz centrados en esta señal.
- Las señales de larga duración son reflexiones de ondas de radio sobre aeroplanos.
- Las señales de corta duración representan meteoros de baja densidad (underdense meteors). En su mayoría aparecen verticales. Son producidos por minúsculas partículas de polvo y representan el grueso de los ecos de meteoros detectados por BRAMS. Algunos meteoros son intensos, otros son débiles. Nótese que aunque la señal sea discontinua, siempre que coincida verticalmente, debe ser considerada como un único eco de meteoro.
- Los ecos de meteoros de alta densidad (overdense meteors) y larga duración : son producidos por meteoroides más grandes. La dificultad es que su apariencia en los espectrogramas puede ser muy compleja y tomar múltiples formas. A continuación se muestran dos ejemplos adicionales para ilustrar la variedad y complejidad de las formas. Durante las lluvias de meteoros se presentan muchos meteoros de alta densidad.
Existen algunos tipos adicionales de señal que pueden aparecer en los espectrogramas :
- Interferencia de banda-ancha que aparece de manera vertical y se extiende en todo el rango de 200 Hz. Estas señales no son meteoros. Son producidas por interferencia local cercana a la estación receptora (por ejemplo, señales producidas un ordenador, un interruptor eléctrico, ...o por relámpagos). A continuación se ofrece un ejemplo.
Las interferencias de banda-ancha normalmente son de corta duración pero también pueden durar más que lo mostrado en el ejemplo. - Los aviones normalmente aparecen como líneas delgadas con forma de S girada. El ejemplo siguiente contiene 7 aviones.
Ahora bien, si un avión realiza un giro fuerte, por ejemplo, se pueden producir formas más complicadas.
Un segundo ejemplo:
Importancia de los participantes de citizen science
Los datos de BRAMS son almacenados cada 5 minutos. Las aproximadamente 30 estaciones que conforman la red BRAMS producen más de 8000 espectrogramas cada día. Esto requiere de algoritmos de detección automática para identificar los ecos de meteoros. Ya se han desarrollado algunos, pero tienen dificultad para detectar meteoros de baja densidad (underdense meteors) cuando se solapan con varios aeroplanos, o para identificar aquellos complejos ecos de meteoros de alta densidad (overdense meteors). En estos casos, el ojo humano (entrenado) sigue siendo el mejor detector. Como se mencionó anteriormente, durante las lluvias de meteoros se produce gran cantidad de meteoros de alta densidad, por lo que requerimos de la ayuda de muchos ojos de los participantes de citizen science. ¡Su ayuda es inestimable!