Om eenvoudig de Zon en Jupiter te kunnen waarnemen heeft NASA een project genaamd ‘Radio JOVE‘. Voor dat project verkoopt NASA een bouwpakket voor een ontvanger en de antennes. De bedoeling van het project is dat bijvoorbeeld scholen heel laagdrempelig zelf radioastronomie kunnen bedrijven.
De antenne voor de Zon is een enkele afgestemde halve golf dipool. Voor de waarneming van Jupiter en de maan Io is een enkele dipool niet gevoelig genoeg, daarom wordt een directionele antenne aanbevolen. Dit wordt eenvoudig bereikt met een gecombineerde opstelling waarin twee dipoolantennes aan elkaar worden gekoppeld met twee coaxkabels die elektrisch precies een golflengte lang zijn. Dit wordt een “phased array” genoemd. Door afwisselend een extra 135 graden (0,375 λ) of 90 graden (0,25 λ) fasevertragingskabel aan te sluiten, worden de antennes elektrisch instelbaar gemaakt in zowel de richting als de hoogte. De fysieke masthoogte wordt indien nodig ook aangepast, zodat de efficiëntie van de antenne meer dan verdubbelt ten opzichte van een enkele dipool. Hoewel er rekening moet worden gehouden met enig koppelverlies (3 tot 4 dB), verminderen de extra voorwaartse versterking en de verbeterde voor-achterverhouding de ongewenste achtergrondruis aanzienlijk in vergelijking met een enkele dipool. Voor de Jupiterwaarnemingen wordt daarom de phased array-antenne aanbevolen.
Simon Bijlsma bij de opstelling om Jupiter te horen Foto: CAMRAS (Harry Keizer).
Radio JOVE bij CAMRAS
De CAMRAS vrijwilligers Erik van der Toom en Simon Bijlsma hebben in 2016 bedacht dat het interessant is om een soortgelijke Radio JOVE opstelling te bouwen. Tijdens de sterrenkijkdagen stellen we optische kijkers op, om naar Jupiter te kijken. Het zou dan heel interessant zijn om tegelijkertijd te kunnen luisteren naar de radiosignalen. Zo kunnen we het publiek een kijkje te geven in de fascinerende wereld van de (radio)astronomie. Het is een mooie demonstratie van wat er zoal mogelijk is met heel eenvoudige middelen. De antennes zijn gemaakt van standaard materialen uit de bouwmarkt, de ontvanger is een zogenaamde RTL-SDR dongle met een zogenaamde up-converter om de lage kortegolffrequenties hoorbaar te kunnen maken. Een willekeurige AM kortegolfontvanger waarvan de AGC (automatische sterkte regeling) uitgeschakeld kan worden voldoet ook.
Antenne opstelling
Voor het project van NASA worden bouwpakketten verkocht waarin de onderdelen aanwezig zijn om zelf een ontvanger te bouwen en de bedrading voor de dipool antennes inclusief de coaxkabels. Dit bouwpakket is erg handig voor degenen die niet zoveel ervaring hebben met antennes bouwen, omdat alle benodigdheden (excl. de masten) geleverd worden. Het concept is echter zo laagdrempelig dat het eenvoudig met spullen uit de lokale bouwmarkt nagemaakt kan worden en dat hebben we bij CAMRAS gedaan. De masten waar de antennes tussen worden opgehangen bestaan in ons geval uit glasfiber delen van 1,30 meter lang, die in elkaar gestoken worden tot de gewenste hoogte. Het leger gebruikte deze masten voor camouflage netten. Ook hier geldt weer dat in principe iedere willekeurige mast van voldoende hoogte gebruikt kan worden. NASA adviseert de antennes op 4,57 meter (15 ft) hoogte te hangen om een voor onze breedte graad gunstige elevatiehoek te hebben van ongeveer 40 graden. Onze opstelling is 4,90 meter hoog doordat van genoemde vier mastdelen drie elk 10 cm in elkaar steken.
antennes met een fase vertragingskabel.
werkingsprincipe van een ‘phased array’
illustraties: NASA (Radio JOVE RJ1.2 Antenna Kit Assembly Manual 2012)
Wanneer is Jupiter te horen
De declinatie van Jupiter varieert van 23,5 graden zuid tot 23,5 graden noord gedurende een 12-jarige cyclus, waarbij de ene periode waarnemers op het noordelijke halfrond in het voordeel zijn en de andere periode waarnemers op het zuidelijke halfrond. De afstand tussen de Aarde en Jupiter varieert ook met de tijd omdat de omloopbanen van beide planeten elliptisch zijn. Gelukkig is in 2016 de declinatie van Jupiter nog net gunstig genoeg voor ons halfrond. Bovendien staat Jupiter op 8 maart het dichtste bij de aarde. Als de ionosfeer ‘s avonds rustig is, waardoor de signalen van rond 20 MHz niet terug de ruimte in gereflecteerd worden, dan moet het mogelijk zijn Jupiter met onze antennes te ontvangen.
de variatie in de declinatie van Jupiter
De signalen worden onderverdeeld in zogenaamde: S-Bursts en L-Bursts. Hierbij staat de S voor ‘short’ en L voor ‘long’. De eerste klinken als een soort kraken, de laatste kunnen worden vergeleken met het geluid van de branding.
Resultaten
Op zaterdag 12 maart 2016 tijdens de landelijke sterrenkijkdagen hebben we bovengenoemde configuratie opgesteld en uitgetest. Overdag was de ionosfeer zoals verwacht actief en konden zendamateurs uit de hele wereld worden ontvangen rond 21 MHz. Vanaf ’s avonds acht uur werden de eerste ‘S Bursts’ signalen van Jupiter ontvangen, terwijl de planeet toen nog laag aan de hemel stond en bovendien een eindje uit de voorkeurs richting van de antenne, die voornamelijk naar het zuiden richtte. Later in de avond was Jupiter hoger aan de hemel en ook meer naar het zuiden gedraaid en daardoor vol in de bundel van de antenne. Achteraf gezien hadden we beter de antenne wat meer richting het oosten kunnen opstellen om eerder in de avond, toen er meer bezoekers waren, wat betere ontvangstresultaten te hebben. De reden dat we dat niet hadden gedaan was dat de DT in die richting in de weg stond en ik persoonlijk ook niet had verwacht bij de lagere elevaties überhaupt iets te kunnen horen.
Desalniettemin was het ook eerder in de avond hoorbaar en ook toen het signaal later sterker was moest er bovendien nog steeds aan het publiek worden uitgelegd wat er te horen was. De signalen waren niet erg sterk en de amplitude verschillen ook niet zo groot, zodat mensen die niet zo bekend zijn met het luisteren op de kortegolf wellicht in bijna alle gevallen slechts ‘ruis’ hoorden. Daarom heb ik regelmatig korte tijd het verschil laten horen tussen de ruis op de waarneem frequentie 20,1 MHz en de veel vlakkere en zachtere ruis op 30 MHz waar Jupiter niet te horen was. Dit kon de meesten overtuigen, zo leek het in ieder geval. Van de waarneming heb ik meerdere audio opnames gemaakt die het programma GQRX in wav formaat opslaat.
Bij een volgende keer zou het mogelijk grafisch nog duidelijker en beter kunnen door het programma SpectrumLab te gebruiken op een Windows laptop. Het door mij gebruikte programma GQRX heeft wel een ‘waterval display’ maar toch wat minder geavanceerd als die van SpectrumLab.
Simon demonstreert de Jupiter synchrotron en Meteor scatter opstelling Foto: CAMRAS (Harry Keizer)
Tekstbijdrage: Simon Bijlsma (PA7SB), radiozendamateur, amateur astronoom en vrijwilliger bij CAMRAS, het C.A. Muller Radio Astronomie Station.
