流星電波觀測講座

[曹大貓咪]

每年Es都是接近端午節開始是VHF做日台通訊旺季.不過卻是HRO 惡夢的開始嘔！但也是初架HRO最好的時刻！哈哈，粉複雜吧！？

[曹大貓咪]

大溪天文台 2014年5月11-18日 HRO自動觀測系統 下半夜ZHR 比較圖:

這一次大溪地區,利用50.01733MHz CW Mode (0.9kHZ)觀測連續下半夜流星ZHR統計.和11日以前觀測結果差不多.

在非流星雨平日觀測,流星ZHR數多集中在下半夜2-4點間達到最高值.這是有其原因的,預計將來有時間可再解說...

(*.5月12日,上半夜21時開始到下半夜1時,連續5個小時Es干擾,無法計數! *.5月18日下半夜2點後, 夜間電波干擾嚴重,所以數據不計)

AOR AR5000 接收機+ 4 el yagi 天線 +HROFFT觀測分析

地點:桃園縣 大溪鎮  大溪天文台

DE BM2EQB

[曹大貓咪]

HRO 觀測公告:


5月24日請眾家HRO同步觀測。
時間為23-25日早上8點止local time

頻率50.17330MHz CW
0.9kHz 音頻為AR5000觀測音頻，R-75 應該+-10kHz

[Ray]

流星進入地球大氣層,基本上都是粉小,僅幾克的微流星.不過這些流星在肉眼上可能暗到6,7等.但電波若感度夠強,流星進入角度和產生的圓柱電離體加上傳導路徑理想.加上建立在北部山區.靠北海岸的話,那長期的觀測,對於整年的黃道面上每個黃經位置,每場大小流星雨都會有有極為詳細的變化紀錄.

台灣地區是中緯度整個地球HRO連鎖亞洲觀測站中,唯一缺席的位置. 2001-2005年曾有一個龍潭站BM2EQB.但現已關閉至今.

計劃今年9月後在大溪建立一個半長期的HRO實驗站.統計秋冬和春季的流星雨最新數據.若各觀測站有意建立,我打算再次加入比利時全球觀測網 RMOB
(2013年加入AAVSO變星全球觀測網.2014年計劃再加入RMOB全球觀測網)

2014年HRO Taiwan 第一階段實驗計劃:

各有意加入HRO TW的觀測站,請利用5-8月的Es做接收狀況測試,找出最佳接收頻率和觀測音頻. 白天和上半夜都可以接收及調整(請調到0.9khz).這段期間我會回答各觀測站的各像技術和觀測經驗...各觀測站若有正式電台呼號請以此為正式國際命名.(如老貓2001年加入RMOB是以台灣正式BM2EQB呼號加入國際觀測網)

9月若可行,老貓準備辦一場大溪天文台HRO 技術實際講座 +太陽閃燄15公尺波長電波觀測? (預計9月底)

9月後要準備接收11月的獅子座大流星雨.


日本HRO http://www.amro-net.jp/link/link-1_j.htm

比利時 RMOB http://www.rmob.org/index.php

期待大貓兄九月的 "大溪天文台HRO 技術實際講座 +太陽閃燄15公尺波長電波觀測"，獨自摸索學習進度好慢。
另外請問大貓兄我在NASA的http://radiojove.gsfc.nasa.gov網站上看到他們在賣套件，教學生用21Mhz 無線電波收聽太陽與木星信號，但是那接收天線要架在像足球場大的草坪上，前幾年中研院也有在暑假教高中生用碟型天線接收太陽的信號，但其頻率高很多，請問同樣用21Mhz觀測太陽，可以用您的太陽閃燄HF L type GP 天線做觀測嗎?謝謝。

[曹大貓咪]

了解...先解說一下現階段的業餘電波狀況...

基本上觀測太陽可從VLF的30KHZ到最高頻的30GHZ. 人類觀測太陽電波歷史並不長,從二戰結束以來僅有70年左右.所以現知太陽電波依其特性有三個基本...

1.安靜的太陽電波:在太陽平靜的時候,其發出的電波從10四次方k溫度到日冕的10的6次方k.這代表電波頻率從短短的毫米波長(約100GHz)到約十公尺波長(VHF)的無線電波.

2.微活動的太陽電波:這和太陽自轉週期(約27天)有關,其電波特性為圓形偏振波.主因是太陽內的電子密度和溫度有其關係.,在高溫下,其發出波長在300MHz到100Ghz左右.這是較專業面,天文電波學家多利用此頻(多在30GHz)觀測色球磁場的偏振測量.

3.太陽的爆發電波:這又分類粉多,我們業餘者多注意在公尺波長(約6-15公尺左右為主).觀測主因是在太陽閃燄爆發和太陽x光,太陽的高能射線及磁爆有關...

木星的電波來自其磁場中的快速帶電粒子和表面雲層擾動所產生的電波.木星的電波也滿廣泛的,我們業餘多以較容易建立的21-22MHz AM 作觀測.觀測方法粉簡單,這要利用八木指向性天線朝向木星在中天的位置(避開地面雜波),此時等待木星到達中天天線所指向的位置時,會有1-2小時的木星電波接收最佳時間.使時電波電場會從0dBi突然昇到10-20dBi的高度...且維持約數十分鐘,待木星移過去後會突然再降下來!

不過都市要用指向性八木,以避開地面效應和雜波...在高山上,若電波乾淨,那就有得玩了...可以做dipole半波長藕合拉線天線面向黃道面(南北),那木星從地面昇起,就可以接收到木星西落...

*.台灣天文專家多喜歡觀測太陽以GHz波為主,當時龍潭是以12GHZ BS衛星碟狀天線為主.觀測若條件佳的話,可以作太陽追蹤. 老貓也做過49MHZ的八木天線指向天頂(利用流星50MHz八木天線),待太陽過中天時,就會有突然電波強度昇到某高度,但下降也粉快,前後僅數分鐘....這也可以接收背景銀河電波(49.5MHz)..但後來幾年因電波雜亂就收不到了...

*.最後要說的是,太陽閃燄 FLARES 太陽表面(光球層)在黑子磁場內的爆發,根據其大小不同,帶電的能量不同,傳導速率也不同,若是爆發的規模越大(X等級),那可能二十小時內就可到達地球,一般的約1-數天不等...

*.最佳的觀測SID現象其實要用VLF,特別是越低頻越好(如omega),因它完全走地波.對於SID最為敏感.但要作VLF的天線並不難,只是台灣的都會區已完全不適用VLF的觀測...

*.忘了說明,我現使用的是21MHz(最佳共振瀕率),為L型的GP天線結搆.感度/雜音比比其圖中的DIPLOE半波長偶合天線好粉多,其有優點和缺點,因DIPOLE無增益.且所有雜音都會進來,所以若在電波乾淨的場合,是可大範圍感應電波平場信號.但若是在都會區,則無法提供架設場合,且雜訊一定高於主頻道產生蓋台...要觀測SID對21MHZ的影響,非常困難,除非是太陽表面產生巨大爆發,引起全面性的SID,否則感度極差.

[Ray]

感謝大貓兄的解惑，有空我再用50MHz八木天線實驗接收太陽與木星及銀河的電波信號。

[曹大貓咪]

找到一篇老猫多年前所寫的文章,被挖出來(我都忘了哪時寫的)...特列出以供有興趣鄉親參考!

回答：
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我們知道太陽風狂暴的時候,通訊會受到干擾;無線電通訊應該是會被干擾,那有線的會不會受到干擾呢?光纖通訊應該不受影響吧?那像ADSL之類的通訊,是否也會受到影響呢?

最佳解答
發問者自選

回答者：
SIERRA ( 初學者 5 級 )  

回答時間：
2005-11-28 19:34:21


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不會, 主要是影響無線通訊, 尤其是 HF部分

請參考下文:

<太陽黑子和電離層的關係>:

太陽黑子在太陽表面上,所發出的X光和無線電源也會嚴重影響地球的電離層,雖然利用電離層間接觀測黑子的能量變化,不如使用磁像儀或GHz的直接.但目前我們天文上利用R相對數(Wolf number)表現太陽的活動是十分普遍.

R=k(10*g+s)

R=相對數.g=太陽黑子群數.s=太陽黑子個數.k=觀測者的精確常數.

此數據由瑞士蘇黎士天文台所負責統計全世界各地天文台數據.

太陽黑子的活動約為11年為一週期,黑子數增加,表示太陽的活動增強.太陽的紫外線和X光也相對增加.同時閃燄發生的次數也會增加.相對的電離層發生SID的斷電現像象也會增加.

其黑子數和閃燄數 Nf=a(平均值R-10).
Nf=閃燄數目.a=常數.R=12個月的月平均值.

若電離層的自由電子急速增加時,會將HF頻率的電波傳導吸收,但對於HF較高的頻率15-20MHz以上會反射.但是頻率越高,其衰減越強.尤其是大爆炸時,受到D層的影響,衰減更加嚴重.進合造求成某一區域的無線電中斷.對於VHF和UHF也是會有衰減的影響.

相對的,若是黑子少的時候,電離層自由電子濃度較低.D層的濃度在白天較無吸收電波的特性,此時可用較低頻的電波傳導.(高頻會穿透F層到外太空).所以地球上的四季變化.亦會有D層電離濃度的變化.如白天中午點,D層濃度增加至最大.D層吸收電波特性變強.會吸收較低頻的電波.增加低頻的電波噪音,此時根本無法進行遠方通訊.但冬天的白天比夏天白天的濃度更強,所以夏天的清晨或黃昏利用低頻電波和指向性天線發射傳導,有時可以傳導較遠方(因D層吸收較小,可達歐洲或美洲),且噪音確明顯減少.



<電離層和HF頻帶>:
電離層分為最高層F層,E層和最低的D層:

F層:其高度在500公里到130公里是影響電波的高度.F層在白天,因電離濃度增加而加厚,產生F1和F2層.F2層比F1層高.且電離子濃度在F層中最高.約為2X10的11次方電子數/每立方公尺.但受到太陽在不同時間和活動會有些變化.但晚上F1和F2層縮小成F單層.其濃度降至5X10的10次方電子數/每立方公尺.但隨季節和太陽活動而有變化.

E層:高度約在90-130公里.電子濃度約在10的11次方電子數/每立方公尺.但因E層的電離來源為紫外線.所以E層的產生多在夏天.晚上因沒有紫外線照射,其濃度降至10的9次方電子數.此層可以用30-145MHz的頻率電波觀測流星.因為流星多在90-120公里處燃燒產生E層電離.可反射電波.因為流星突然掉落大氣層.因而途然產生傳導.又稱為E層的Sporadic(Es).此層的變化和特性在流星介紹專文中多有著墨.在此不再重覆.

D層:D層是電離層最低的一層,但也是吸收電波的最大兇手,此層高度僅在50-90公里.所以空氣分子濃度最密.電離濃度最低.約在10的8次方電子數/每立方公尺.此層電波自由電子進入後,和空氣分子碰撞的機率高.所以能量很容易衰減而被吸收.

在黃昏時刻,因太陽已下山.空氣中的X光急速減少.D層電離濃度也快速下降.因沒有太陽光的關係.D層的自由電子濃度非常低.上半夜的電波進入D層而穿透至F層反射.如此可以將電波多次反射至遠方.但此時要考慮遠方是否是在白天狀況.所以此電波可以反射至當地時刻是黃昏或清晨的地方(這也是HF較低頻的通訊多在清晨或黃昏時進行,頻率越高,則通訊時間可以加長).到了午夜過後,D層濃度開始增加.HF的通訊開始劣化.因為D層的物理特性轉為電波反射.即HF電波被反射,因D層較低...所以無法傳至太遠.此時短波收音機收到的HF電台可能都以大陸地區電台(1,2000公里內)為主.到了清晨6點.整個HF隨著太陽東昇而整個通訊劣化.因為此時D層多以吸收為主.但吸收電波頻率約在5-10MHZ為主.如果有閃燄爆發.則吸收頻率會提高至20MHz以上.

D層在70-90公里的電離能量來至太陽的X光電磁波.中午期間,其電離濃度可達最高,所以太陽的活動大小直接影響D層某些高度對電波的物理特性.
但在70公里至50公里的電離能量卻在太陽寧靜期的時候,電離濃度卻最強.據日本天文學家研究,其能量源來自宇宙的射線能量.這種來源可能來至中子星的X光源.


參考資料曹永杰天文網站 http://www.tsao5916.com/

[曹大貓咪]

HRO 觀測公告2:

5月24日請眾家HRO同步觀測。
時間為23-25日早上8點止local time

頻率50.17330MHz CW
0.9kHz 音頻為AR5000觀測音頻，R-75 應該+-10kHz

*. 音頻記錄檔在5月30日前請以擋案png 寄給老貓,.老貓幫大家判讀數據.並整理後做一比較圖表.做為此協同觀測前期作業驗收及合 作觀測模式建立 ...

*.觀測前,請確定以下事項:

1.天線指向為北方向為起點,向右(往東)轉移動約45-50度左右.仰角約7度. 此為日本九州宮崎方向.
2.確定50.017330MHz.CW  .自動增益AGC ,PREAMP一定要關閉off.請務必確定!否則微弱流星信號也會一併被濾掉!
3.音頻進入電腦隨接收機音量大小有線性方應(HROFFT底下的0-30DBI信號強度會有變化).請使用日本統一軟體HROFFT.
4.請確定自家使用接收機經軟體解析後,50.017MHz觀測音頻為何? 可利用Es的50.017330MHZ找出.

5.觀測期間,請注意雜訊背景音量勿超過5dbi,若太大會蓋掉小流星圖譜,若太小音量會將小流星圖譜太弱無法判定!這是觀測期間要隨時看一下,有時夜晚會因為整個電波傳導效率下降,音量會降到粉低.此時要調高適當音量.白天會因有雜訊進入而導至音量飆高,要調降音量...這是觀測期間唯一要注意其變化,適時調整.

*.HROFFT標準軟體約3百多K,可向老貓要這軟體. 請告知我傳檔案信箱. 需要者請給我E MAIL  tsao5916@yahoo.com
*.軟體使用,請參考 http://www.amro-net.jp/about-hro/hro4_j.htm 若需要詢問操作經驗或疑問,可在此討論...

*.老貓預計明天(23日)下午回大溪後,就啟動系統開始觀測,一直到26日早上回台北前結束!



台灣HRO電波流星實驗小組 召集人 曹永杰

[Ray]

昨晚將無CW功能的ICOM PCR-100換為ICOM R-75後，使用無方向性的天線，依大貓兄的指導，已收到台北50.001MHz CW信號聲，大約6db，也有收到50.017MHz的信號聲，只有2-3db忽強忽弱的微弱信號，應該是電離層的反射波。也有實驗3節的八木天線，但是效果不是很好，測試地點是新北市樹林區三樓頂，四周還很空曠。

大貓兄向您報告小貓在此遇到的問題，我用無指向性的天線，有收到50.017MHz的微弱信號聲，但是換成3節的八木天線就完全收不到了，究其原因可能是面向東北方的日本，除了北市的高樓大廈還有七星山與大屯山的阻擋。因此我想5月24日HRO同步觀測，使用3節的八木天線90度垂直向天空，接收台北50.001MHz的信號台，請問您認為是否可行?謝謝。

[曹大貓咪]

請問無指向性GP天線的增益是多少？另外3 ele yagi天線增益是多少？

[曹大貓咪]

時間有限.如果要接收台北beacon,粉簡單!請確定以下條件

1.天線指向及偏振性.天線指向台北,然後指向上到天頂(垂直.距離台北200公里內都適用.理論上越接近台北,能偵測範圍越窄.但若超過100公里,範圍會擴大成4倍.) 勿用GP無指向天線!

2.天線增益要有5dBi即可.

3.確定50.001MHZ的發射特性和時間.最好有多加一個GP天線做為監控信號是否廣播正常!? R-75有兩個天線輸入可切換. 個人電台常因粉多狀況而停播.

4.這個未知領域,RAY兄可先試看看...台灣至今沒有人試過.偶也對此粉感興趣...


曹永杰

[曹大貓咪]

GOOD LUCK!  HRO GO!! 剛剛看了上網,日本現在粉多業餘或天文台的HRO對24日的流星雨已進入觀測期(目前尚為ZHR低期)...

台灣HRO 加油阿!

圖來自 請參閱 http://www.astroarts.co.jp/special/leo2002/hro/index-j.html

[Ray]

感謝大貓兄的解答與指導，天線增益未知，還請大貓兄教導如何量測，請參考附件兩種天線的規格文件，八木天線雖有寫到增益，但已被我改成3節了。

[曹大貓咪]

八木天線老貓可以說粉長的故事，但現沒時間喇，簡單說只要八木有反射體一個及一個driver，兩個單體合其共振波長四分之三要求。階振增益有2.15-2.5dBi .若再加一個element,就有約4dBi,若是兩個則有6.5dBi-8dBi如你現用的八木。我現用的是相位相反給電方式，有四個elements.則有10.6dBi增益。

天 線測量增益可用信號產生器含功率計發出信號再經電場強度計去測量及計算。

若用垂直八木天線接受台北beacon CW ，只需要3.5dBi即可。

[曹大貓咪]

今天清晨粉多小流星進來一直到中午,不過火流星稀少。下午進來一堆雜訊系統已關閉。到晚上再開啟！