Detecte llamaradas solares y explosiones de rayos gamma por menos de $100

En las décadas de 1960 y 1970, los músicos a veces insertaban en sus lanzamientos sonidos extraños que solo podían hacerse inteligibles girando el disco de vinilo hacia atrás con el dedo. Si sospecha que esto es solo una leyenda urbana, cargue una versión digital de la grabación de 1975 de Electric Light Orchestra de “Fire on High” en un editor de audio como Audacity y reprodúzcala al revés. Escucharás al baterista de ELO Bev Bevan decir muy claramente: “La música es reversible, pero el tiempo… retrocede, retrocede, retrocede”.

En la década de 1980, los discos de vinilo dieron paso a los discos compactos, que no se prestaban a este tipo de “enmascaramiento”. Pero al menos un CD de esa época contiene un mensaje oculto: el lanzamiento del álbum en 1983 de Virgin Records. Campanas tubulares, grabado una década antes en el Manor Studio de Richard Branson en Shipton-on-Cherwell, Inglaterra.


Verá, a una hora en automóvil al norte de Shipton se encuentra un suburbio de Rugby llamado Hillmorton, donde en ese momento el gobierno británico operaba una estación de radio de muy baja frecuencia (VLF) para enviar mensajes a los submarinos. Parece que las poderosas emanaciones de esta estación cercana, transmitidas a una frecuencia de radio de solo 16 kilohercios (dentro del rango de audio), fueron captadas por el equipo electrónico en el estudio de Branson y grabadas a un nivel demasiado bajo para que nadie las notara.

Después de enterarme de esto, compré un viejo CD de
Campanas tubulares, extrajo un archivo WAV de una pista y lo canalizó a un paquete de radio definido por software. Sintonizar a 16 kHz y configurar el software SDR para demodular señales de onda continua reveló inmediatamente el código Morse. No pude copiar mucho de él, pero pude distinguir muchas repeticiones de VVV (“prueba”) y GBR (distintivo de llamada de la estación).

Esta grabación inadvertida demuestra acertadamente que las transmisiones VLF no son nada difíciles de captar. Y estas señales pueden revelar más que la presencia de un poderoso transmisor de radio cercano. La aplicación que tenía en mente era usar cambios en la fuerza de la señal VLF para monitorear el clima espacial.

El monitor de llamaradas solares consta de una antena de bobina y una “tarjeta de sonido” externa que se conecta a una computadora portátil. Sintonizar la antena de bobina a una frecuencia adecuada también requería un generador de señales, una placa prototipo y un osciloscopio. James Provost

Eso es posible porque estas transmisiones VLF viajan grandes distancias dentro de la guía de ondas que rodea el globo que está formada por la superficie de la Tierra y la ionosfera. Las erupciones solares, y los eventos astronómicos raros llamados estallidos de rayos gamma, pueden alterar la ionosfera lo suficiente como para cambiar la forma en que las señales de radio se propagan en esta guía de ondas. Tenía la esperanza de utilizar transmisiones VLF para rastrear tales tejemanejes.

Hay una larga historia de astrónomos aficionados que utilizan equipos de radio VLF para medir las erupciones solares por las repentinas perturbaciones ionosféricas (SID) que generan. Hace años, era un desafío construir el equipo adecuado para estas observaciones, pero ahora solo se necesitan unas pocas compras modestas en Amazon y una computadora portátil.

El primer elemento necesario es una antena de bobina simple. El modelo que compré (US $ 35) en realidad contiene dos bobinas. Uno estaba conectado a un capacitor variable, por lo que se puede sintonizar en varias frecuencias de transmisión AM; la otra bobina, de apenas dos espiras y acoplada inductivamente a la primera, se conectó al conector de salida. Pasé por alto esa bobina de dos vueltas y conecté el conector directamente a la bobina más ancha, agregando un par de condensadores en paralelo para reducir su frecuencia de resonancia a 25 kHz.

Hay una larga historia de astrónomos aficionados que utilizan la radio VLF para medir las erupciones solares por las perturbaciones ionosféricas que generan.

Para elegir los capacitores correctos, compré un generador de señales de $9, también en Amazon, conecté temporalmente esa bobina más ancha en serie con una resistencia de 1000 ohmios y apliqué una señal sinusoidal a este circuito. Usé un osciloscopio para identificar la frecuencia que causaba que el voltaje alterno a través de la bobina alcanzara su punto máximo. Con algo de experimentación, pude encontrar un par de capacitores cerámicos (nominalmente 0.11 microfaradios en total) para colocar en paralelo con la bobina para establecer la frecuencia resonante cerca de la frecuencia de transmisión de algunos transmisores VLF de la Marina de los EE. UU.

Con un enchufe de 3,5 mm gastado, conecté la antena de bobina modificada en la entrada de micrófono de una “tarjeta de sonido” externa, después de haber comprado una por $ 34 en Amazon que permitía una frecuencia de muestreo de 96 kHz. Esta característica fue clave, porque mi plan era sintonizar una estación que opera la Marina de los EE. UU. en Cutler, Maine, que tiene el distintivo de llamada NAA y transmite a 24 kHz. Los fanáticos de Harry Nyquist recordarán que debe muestrear una señal al menos dos veces por ciclo para capturarla correctamente. Entonces, una tarjeta de sonido típica que muestrea a 44 kHz no sería suficiente.

Lo último que necesitaba era un software adecuado. Experimenté con dos paquetes SDR (HDSDR y SDR Sharp), con mi tarjeta de sonido en lugar del dongle de radio habitual. Si bien estos paquetes mostraban las transmisiones de NAA con suficiente claridad, no brindaban una buena manera de monitorear las variaciones en la intensidad de la señal a lo largo del tiempo. Pero pronto descubrí cómo hacerlo con Spectrum Lab, siguiendo un tutorial en línea que explica cómo usar este software para medir SID.

Este diagrama representa los cambios relativos en el flujo de rayos X y la intensidad de la señal VLF para el 28 de diciembre de 2021.A los pocos días de su construcción, el monitor registró la señal de una llamarada solar. Dos destellos más temprano ese día, que fueron bien documentados en las mediciones de rayos X tomadas por el satélite GOES-16 de la NASA en órbita geosincrónica. [purple line], no afectó las mediciones VLF [magenta line] porque ocurrieron cuando la parte relevante de la ionosfera estaba en la oscuridad y protegida del sol. James Provost

Esta combinación de antena AM de escritorio, tarjeta de sonido externa y software Spectrum Lab resultó ideal. Con él, no solo puedo monitorear NAA, ubicada a unos 1400 kilómetros de mi casa en Carolina del Norte, también puedo captar la estación VLF en LaMoure, ND (distintivo de llamada NML), que transmite en 25,2 kHz. A veces, recibo claramente la estación naval Jim Creek (NLK), cerca de Oso, Washington, en 24,8 kHz e incluso puedo registrar la estación Aguada de la Marina en Puerto Rico, a pesar de que transmite a 40,75 kHz, lejos de la frecuencia resonante de mi bobina.

Los primeros días de uso de este equipo capturaron el patrón esperado de variación diaria en la señal de NAA, con transiciones bruscas cuando sale y se pone el sol. En una semana, el sol se volvió inusualmente activo, produciendo tres llamaradas de buen tamaño en un día, según lo documentado por los satélites ambientales operativos geoestacionarios de la NASA, que miden el flujo de rayos X en una órbita geosincrónica. Dos de esos destellos ocurrieron cuando la costa este estaba a oscuras, por lo que no tuvieron efecto en la porción relevante de la ionosfera o en la intensidad de la señal que estaba monitoreando. Pero el tercero, que tuvo lugar alrededor de las 11 am hora local, se presentó muy bien.

Es bastante sorprendente que con solo $ 70 en dispositivos electrónicos simples y una computadora portátil de una década, ahora puedo monitorear las llamaradas en la superficie del sol. Un día podría ver los efectos de un estallido de rayos gamma en una estrella en una galaxia distante, como lo hizo un grupo en Stanford en 2004. Sin embargo, probablemente tendré que esperar años para detectar uno de esos. Mientras tanto, puedo entretenerme buscando más señales de radio grabadas sin darme cuenta en el Manor Studio en los años 70. Tal vez comience esas exploraciones, apropiadamente, con el álbum de 1978 de Van Morrison. Longitud de onda.

Este artículo aparece en la edición impresa de febrero de 2021 como “Un barómetro para el clima espacial”.

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