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!
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Contexte
BRAMS (Belgian RAdio Meteor Stations) est un réseau belge de stations radio qui utilise la méthode du "forward scatter" (diffusion vers l’avant) pour détecter et caractériser les météoroïdes pénétrant l’atmosphère terrestre.
Un émetteur (triangle rouge sur la carte ci-dessus) est situé dans le sud de la Belgique et émet vers le zénith une onde sinusoïdale pure à la fréquence de 49,97 MHz et avec une puissance totale de 150 watts. L'onde radio incidente est réfléchie sur la traînée ionisée qui se forme dans le sillage du météoroïde lorsqu'il traverse l'atmosphère. Environ 30 stations de réception (points bleus dans l'image ci-dessus) sont réparties à travers toute la Belgique et enregistrent les signaux radio réfléchis par les météores (appelés ci-après échos de météores). Des images de l'émetteur et d'une antenne de réception (située à Uccle) sont respectivement visibles dans les parties gauche/droite de l'image ci-dessus.
Les observations radio présentent deux avantages principaux par rapport aux observations optiques: 1) les données peuvent être enregistrées 24h par jour et ne dépendent pas des conditions météorologiques, 2) elles sont sensibles aux météoroïdes de masses inférieures et qui ne produisent pas de lumière visible, mais sont beaucoup plus nombreux.
Chaque jour, le réseau BRAMS produit une énorme quantité de données avec des milliers d'échos de météores enregistrés, ce qui nécessite l'utilisation d'algorithmes de détection automatique. Les données radio de BRAMS sont généralement présentées sous forme d'images (appelées spectrogrammes, voir la définition ci-dessous) et les algorithmes de détection automatique tentent de détecter des formes spécifiques associées aux échos de météores. Cependant, aucun d'entre eux ne peut parfaitement imiter l'oeil humain, qui reste le meilleur détecteur.
Avec ce projet Radio Meteor Zoo, nous nous concentrons sur les essaims de météores, principalement dus aux particules de poussière libérées par une comète sur son orbite à l’approche du Soleil. Les Perséides, qui se produisent vers le 12 août, sont un exemple bien connu d'essaims. Pendant ces 'pluies' de météorites, de nombreux échos radio de météorites affichent des formes complexes dans les données BRAMS, et les algorithmes de détection automatique peinent à les détecter correctement. C’est là que les bénévoles du Radio Meteor Zoo sont importants. Vous nous aidez beaucoup en identifiant les échos de météores lors des essaims.
Vos détections de météores serviront à fournir des courbes d’activité (nombre de météores par heure, pic d’activité maximale, ...), à estimer l’indice de masse de l'essaim de météores (qui mesure la répartition des masses de particules: un indice de masse élevé indique plus de masse dans les petites particules, alors qu'un faible indice de masse indique plus de masse dans les grosses particules) afin de calculer les flux de météores et les trajectoires des météoroïdes, en utilisant les données de multiples stations de réception BRAMS, ...
Vous trouverez ci-dessous plus de détails sur les météoroïdes, les essaims de météores, le "forward scattering" des ondes radio et les données BRAMS.
Qu'est-ce un météoroide?
Un météoroïde est un objet solide se déplaçant dans l'espace interplanétaire, d'une taille entre 30 micromètres et 1 mètre (définition IAU). Les météoroïdes se déplacent autour du soleil sur diverses orbites et à des vitesses allant de ∼11 à ∼72 km/s. Parfois, ils se trouvent sur un orbite croisant celle de la Terre, et entrent dans notre atmosphère. La plupart des météoroïdes sont de minuscules morceaux de poussière.
Qu'est-ce un météore?
Un météore (ou "étoile filante") est le phénomène visible résultant du passage d'un météoroïde dans l'atmosphère terrestre. Il se produit généralement à une altitude comprise entre ~120 et ~80 km.
Qu'est-ce une météorite?
Une météorite est un morceau de débris solide qui a survécu au passage d’un météoroïde dans l’atmosphère de la Terre et qui est tombé au sol. Il est considérablement plus petit que la taille du météoroïde original. Seuls les gros météoroïdes peuvent donner naissance à des météorites qui sont donc assez rares.
Essaim de météores
La plupart des météores peuvent provenir de n’importe quelle direction et se produire à n’importe quel moment. Ils appartiennent à ce que l'on appelle les météores sporadiques. Leur origine est essentiellement liée aux astéroïdes, et ils constituent la plus grande partie des météores tombant dans l'atmosphère terrestre. Cependant, il existe une seconde population de météores, les essaims de météores, associés à des poussières situées le long de l’orbite d’une comète.
Quand une comète s’approche du Soleil, elle s’échauffe, sa surface commence à sublimer et libère le long de son orbite des grains de poussières qui étaient piégés dans la glace. Si la Terre croise l’orbite de cette comète, elle entre chaque année à la même période dans un nuage de poussière donnant lieu à un essaim de météores.
Suite à un effet géométrique, tous les météores appartenant à un essaim semblent provenir d’un point sur le ciel appelé le radiant. Chaque essaim de météore porte un nom lié à la constellation dans laquelle ce point se situe. Par exemple, le radiant des Perséides (qui se produisent chaque année au mois d’août) se situe dans la constellation de Persée.
Image Credit & Copyright: Darryl Van Gaal
Traînée ionisée
Lorsqu'un météoroïde pénètre dans l'atmosphère terrestre, il crée également une traînée ionisée (constituée d'ions et d'électrons) le long de sa trajectoire. Celle-ci est plus ou moins une ligne droite.
"Forward scattering" des ondes radio
- Cette traînée ionisée (ligne jaune dans l'image ci-dessus) peut temporairement refléter une onde radio (ligne rouge) envoyée par un émetteur au sol.
- Si un récepteur est réglé sur la fréquence de l'émetteur, il peut recevoir un signal d'une durée allant d'une fraction de seconde à quelques secondes: il s'agit d'un écho de météore.
- "Forward scatter" signifie que le récepteur n'est pas situé au même endroit que l'émetteur.
- La durée de l'écho du météore dépend approximativement de la taille du météoroïde: plus le météoroïde est gros, plus le signal réfléchi dure longtemps.
- La plupart des échos de météores durent seulement une fraction de seconde.
- L'analyse du signal peut fournir de nombreuses informations sur le météoroïde, telles que la masse, la vitesse et la trajectoire.
Les données BRAMS
Les données BRAMS sont généralement présentées sous forme d’images appelées spectrogrammes qui donnent une représentation visuelle du spectre de fréquence contenu dans un signal et son évolution au cours du temps. Chaque spectrogramme dure 5 minutes et contient une bande de fréquence de 200 Hz dans laquelle apparaissent les échos de météores. La puissance du signal est représentée par un code de couleur, le rouge correspondant à une puissance élevée et le bleu à une puissance très faible proche du bruit électromagnétique ambiant capté par l’antenne.
- Le signal horizontal (appelé 'fréquence de la balise') est le signal direct provenant de l’émetteur. Le spectrogramme est construit de sorte que la bande de 200 Hz soit centrée sur ce signal.
- Les signaux de très longue durée sont dus à des réflexions de l’onde radio sur des avions.
- Les signaux avec une durée de vie très courte (une fraction de seconde) sont des échos de météores dits 'sous-denses'. Ils apparaissent comme des traits essentiellement verticaux. Ils sont dus à de très petites poussières et constituent la majeure partie des détections obtenues avec le réseau BRAMS. Certains échos de météores sont lumineux, d'autres sont faibles. Notez que le signal peut être discontinu mais s'il se trouve sur la même ligne verticale, nous le considérons comme un écho de météore unique.
- Les échos de météores dits 'sur-denses' ont une durée de vie beaucoup plus longue (de l’ordre de la seconde à quelques dizaines de secondes) et sont produits par des météoroïdes beaucoup plus grands (avec des tailles typiques allant jusqu’au cm). La forme de ces échos dans les spectrogrammes est très complexe et varie fortement, ce qui rend leur détection automatique très difficile. Deux exemples supplémentaires ci-dessous montrent la grande variété et complexité des formes. Les météores 'sur-denses' surviennent souvent pendant les essaims de météores.
Certains types de signaux supplémentaires peuvent apparaître dans les spectrogrammes :
- De l'interférence à large bande qui apparaît verticalement et couvre toute la plage de 200 Hz. Ce ne sont pas des échos de météores. Ils sont produits par des interférences locales à proximité de la station de réception (par exemple, des signaux produits par un ordinateur, un commutateur électrique, ... ou des éclairs). Un exemple est donné ci-dessous.
L'interférence à large bande est souvent de courte durée, mais peut aussi durer plus longtemps, comme dans l'exemple ci-dessous. - Les avions apparaissent généralement sous forme de lignes fines qui ont généralement une forme en S inversé. L'exemple suivant contient 7 avions.
Mais parfois, par exemple lorsqu'un avion fait un virage soudain, des formes plus compliquées peuvent apparaître.
Un second exemple:
Importance des citoyens participant à la science
Les données BRAMS sont sauvegardées toutes les 5 minutes. Avec environ 30 stations sur le réseau BRAMS, plus de 8 000 spectrogrammes sont créés chaque jour. Cela nécessite des algorithmes de détection automatique pour les échos de météores. Certains algorithmes ont déjà été développés, mais ils trouvent leur limite soit pour détecter les échos de météores sous-denses lorsque de nombreux échos d'avion se chevauchent, soit pour détecter les échos de météores excessivement complexes. L'oeil humain (entrainé) est encore et toujours le meilleur détecteur dans ces cas. Comme mentionné ci-dessus, pendant les essaims de météores, de nombreux échos de météores se produisent, et nous demandons donc l'aide de nombreux yeux de participants à ce projet de science citoyenne. Votre aide est inestimable!