Introdução

A Radioastronomia é um ramo da Astronomia que estuda as radiações eletromagnéticas emitidas ou refletidas pelos corpos celestes. A recepção destas radiações é feita por intermédio de radiotelescópios.

Figura 1: Conjunto profissional de rádio telescópios (https://apod.nasa.gov/apod/ap020528.html).

Os radiotelescópios são instrumentos utilizados para a investigação de corpos celestes, pois captam ondas eletromagnéticas que estão fora do intervalo visível. Atualmente a Astronomia amadora está, devido ao atual desenvolvimento tecnológico,  entrando em áreas que eram acessíveis quase exclusivamente para os profissionais do setor.

Figura2: Rádio telescópio amador (https://www.primalucelab.com/wp/radioastronomy/amateur-radio-astronomy-radioastronomia-amatoriale).

Entre estas áreas encontra-se a Radioastronomia. Astrônomos amadores do mundo inteiro estão hoje construindo seus radiotelescópios, recebendo sinais do universo em diversas faixas do espectro eletromagnético e realizando belíssimos trabalhos com os seus aparelhos. No Brasil ainda é muito modesto o uso de radiotelescópios por astrônomos amadores.

Motivação do Projeto

Figura 3: Projeto rádio JOVE da NASA. Apesar de ser anunciado como baixo custo ele se não se enquadra à realidade brasileira.

No Brasil, em termos de Astronomia amadora, existe uma carência enorme de projetos e trabalhos neste ramo.  Mesmo com o barateamento dos produtos tecnológicos a Astronomia amadora ainda é muito dispendiosa para a realidade da grande maioria dos professores e estudantes brasileiros.

Existem vários projetos e kits para a construção de radiotelescópios. Encontramos a maioria deles em sites estrangeiros nos quais boa parte deles, se não todos, estão fora do poder aquisitivo da maioria dos nossos estudantes e professores. Dentre esses projetos destaca-se o Radio JOVE da NASA ( agência espacial americana), kit de um  radiotelescópio (rádio e antena) para ouvir sinais do planeta Júpiter. Infelizmente o valor do kit pode passar bem mais do que dos 210 dólares cobrados pela agência americana, veja a tabela 1, devido ao valor do frete e dos impostos praticados pela agência aduaneira brasileira.

Item # RJK: Complete Radio JOVE Kit This complete kit includes the unbuilt Radio JOVE Receiver Kit (RJR), Antenna Kit (RJA), printed construction manuals, RJ Reference CD (RJC), Radio-SkyPipe, and Radio-Jupiter Pro software Licenses. (Note: Kit does not include antenna support structure.) Price: $210 + Shipping (See below for shipping fees.)	Item # RJR: Radio JOVE Receiver Kit Includes the unbuilt Radio JOVE Receiver Kit, a printed construction manual, RJ Reference CD (RJC), Radio-SkyPipe, and Radio-Jupiter Pro software Licenses. Price: $165 + Shipping (See below for shipping fees.)
Item # RJA: Radio JOVE Antenna Kit The Radio JOVE Antenna Kit includes a printed construction manual, antenna wire, cable, connectors, power combiner, and insulators. (Note: Kit does notinclude antenna support structure.) Price: $65 + Shipping (See below for shipping fees.)	Item # RJB: Radio JOVE Receiver Includes a built and tested Radio JOVE Receiver, RJ Reference CD (RJC), Radio-SkyPipe, and Radio-Jupiter Pro software Licenses. Price: $295 + Shipping (See below for shipping fees.)
Item # RJC: Radio JOVE Reference CD This includes RJ manuals, Richard Flagg’s book “Listening to Jupiter”, and Education materials. Price: $10 + $6 Shipping	Item # CAL: RF2080 Calibrator/Filter The RF-2080 C/F is a single temperature, calibrated, noise source designed for use with the Jove receiver and Radio-SkyPipe. The unit includes a 20.1 MHz bandpass filter which will reduce or eliminate interference to the Jove receiver caused by international broadcast stations. (12 vdc power supply included for North America; wire connector included otherwise) Price: $100 + Shipping (See below for shipping fees.)
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Tabela 1: Projeto rádio JOVE Valores. Fonte : http://radiojove.org/kit/order_form.html

O Grande desafio deste pequeno projeto é tornar a radioastronomia acessível ao público brasileiro em geral, apresentando um radiotelescópio, para a captação de sinais de Júpiter e do Sol, de fácil montagem, de pequenas dimensões e principalmente de baixo custo.

O Radiotelescópio

O instrumento foi projetado para ter uma antena de pequeno tamanho do tipo loop magnética que possui um alto desempenho e baixo ruído devido a sua estreita banda passante, em torno de 60 KHz e também por utilizar rádios de ondas curtas baratos encontrados no nosso mercado. A finalidade do instrumento aqui apresentado, que opera muito bem na faixa de 10 até 25 Mhz, é de escutar sinais eletromagnéticos vindos de Júpiter e possivelmente do Sol, abrindo o caminho para a iniciação à Rádio Astronomia.

Figura 4: Antena loop magnética do projeto e rádio barato de ondas curtas que chega na faixa de 22 MHz.

O instrumento foi montado com a seguinte lista de materiais:

Tabela 2: Materiais empregados no projeto e os respectivos valores. Valor do dólar tomados em Outubro de 2018.

Os valores indicados na tabela 2 nos mostram o quanto pode ser acessível o nosso projeto com relação a outros encontrados na internet.

Montagem do radiotelescópio

Lista de material e ferramentas:

• 4 metros de cabo coaxial de 50 Ohms;
• Um bambolê (ou eletroduto de PVC de 20mm);
• 1,5 m de cano e PVC de 20 mm
• Capacitor variável de 360pf (encontrado em rádios AM);
• Uma tabuinha de madeira 17×9 cm (ou tamanho aproximado);
• 2 Parafusos para madeira de 2,5×10 mm (ou tamanho aproximado);
• 2 Parafusos para madeira de 2,5×15 mm (ou tamanho aproximado);
• 1 Parafusos para madeira de 2,5×5 mm (ou tamanho aproximado);
• Tampinha de frasco de vitaminas com aproximadamente 4 cm de diâmetro.
• Plug P2 mono (opcional);
• Jack P2 mono (opcional);
• Fita isolante;
• 20 cm de Cabinho flexível;
• Chave de fenda e alicate;
• Pistola de cola quente;
• Cola quente
• Ferro de soldar;
• Solda;
• Rádio de ondas curtas que tenha a faixa dos 20Mhz.

Figura 5: Material necessário para a construção do radiotelescópio.

Para a montagem do aparelho será necessário uma chave de fenda para a fixação dos parafusos, alicate para cortar e desencapar os fios e um ferro de solda para soldagem do capacitor variável e do plug  da antena (opcional). O ferro de soldar também será usado para a fixação do jack no rádio (opcional). Uma pistola de cola quente também será usada para fixar o capacitor variável na tábua de madeira. Opcionalmente poderá ser usado um outro tipo de cola para fixar o capacitor variável.

Figura 6: Imagem do rádio que apresenta a faixa dos 20 MHz utilizado no projeto.

Passo a passo:

1. Abra (ou corte) o bambolê na sua emenda.

Figura 7: Abra ou corte o bambolê na sua emenda.

2. Corte um pedaço de fio coaxial com 10 ou 12 centímetros a mais do que o comprimento do bambolê. Por exemplo: se o bambolê tiver um diâmetro D = 60 cm seu comprimento será de C =ℼxD =  ℼx60 = 3,14×60 = 188,4 cm. Então  Corte o cabo coaxial com 2 m de comprimento aproximadamente.

3. Descasque as pontas do cabo coaxial cortado  e emende, em cada ponta separadamente, a malha com o cabo interno. Após isso feito faça uma soldagem em abas as extremidades.

Figura 8: Cabo coaxial cortado com a malha e o cabo interno emendados e soldados.

4. Passe o cabo coaxial preparado nos itens anteriores por dentro do bambolê aberto de forma que as extremidades do cabo coaxial fiquem expostas.

 Figura 9: Cabo coaxial inserido dentro do bambolê.

5. Com a pistola de cola quente (ou outro tipo de cola) fixe o capacitor variável no centro da tábua de madeira.

Figura 10: Capacitor fixado com cola quente no centro da tábua de madeira.

6. Passe o conjunto bambolê + cabo por dentro da junção em T de PVC até que a junção fique no centro do comprimento do bambolê.

 Figura 11: Junção em T fixada na porção média do bambolê.

7. Tome o cano de 20 mm com 1,5 m de comprimento e o fixe na parte que ficou livre  da junção em T.

Figura 12: Cano de 20 mm fixado na junção em T.

8. Prenda, com os parafusos de 2,5 x 10 mm o conjunto tábua+capacitor variável sobre o cano de 20 mm. Antes de fixar procure uma posição na qual a tábua sobre o cano permita o bambolê  ser fixado na tábua com a forma mais próxima da circular possível. Prenda, com os parafusos de 2,5 x 15 mm,  as extremidades do bambolê na tábua de forma que ele fique na forma mais próxima da circular. Logo em seguida solde as extremidades dos cabo coaxial ao capacitor. Veja na figura 13 os pontos que devem ser soldados no capacitor.

Figura 13: Bambolê fixado à tábua e o cabo coaxial soldado ao capacitor.

10. Tome a tampa de frasco de vitamina e faça um furo fino bem no centro da mesma. O furo deve ser feito na bitola do parafuso que é fixado no eixo do capacitor variável. A tampa será o botão de sintonia da antena.

Figura 14: Tampa de vitaminas com um furo no centro.

Em seguida fixe a tampa no eixo do capacitor.

Figura 15: Tampa fixada no eixo do capacitor.

11. Vamos construir o loop interno, o qual deverá ter um diâmetro de aproximadamente 1/4 do diâmetro do loop externo. O loop interno será conectado ao rádio de ondas curtas por um cabo coaxial. No nosso caso como o loop externo ficou com diâmetro de 60 cm o loop interno deverá ter 15 cm. Tome um cabo coaxial de comprimento  C= 3,14×15 = 50 cm, corte as pontas e como no item 3, descasque as pontas do cabo coaxial cortado  e emende, em cada ponta separadamente, a malha com o cabo interno. Após feito isso faça uma soldagem em abas as extremidades. solde o restante do cabo coaxial, o que sobrou dos 4 m, em torno de 1,5 m, nas extremidades do loop interno. Neste caso a malha será soldada numa extremidade e o cabo interno na outra extremidade.

Figura 16: Loop externo soldado ao cabo coaxial que será ligado ao rádio.

Opcionalmente pode-se proteger as emendas do cabo coaxial com o loop interno com fita isolante.

12. Fixe, usando a fita isolante, o loop interno ao cano de 20 mm na parte superior do loop externo, sobre a junção em T. O cabo coaxial poderá ser fixado ao longo do cano de 20 mm com fita isolante.

Figura 17: Loop interno fixado.

13. Ligue a antena ao rádio. Alguns rádios de ondas curtas (os mais caros) possuem entrada para antena externa. Caso o seu rádio não tenha é possível  improvisar uma (opcionalmente). Faça um furo na lateral da caixa do rádio (ou onde for possível) e prenda o jack neste furo. Antes de fazer o furo no local desejado, verifique se o jack cabe no local quando o rádio estiver fechado. A antena será ligada ao jack de forma que quando o plugue p2 for inserido no jack ele desligará a antena interna e conectará a antena externa ao rádio. O negativo do jack deverá ser ligado ao polo negativo da fonte de energia do rádio. Esta soldagem do fio negativo pode ser feita na solda da mola da caixa de pilhas. Faça as ligações conforme mostrado na figura 18.

Figura 18: Ligação de um jack para conexão da antena externa.

Figura 19: Jack para antena externa instalado.

Solde o cabo da antena em um plug P2 (opcional) conforme a figura 20. A malha do cabo coaxial deve ser solada no negativo do plug (terminal maior).

Figura 20: Plug p2 soldado ao cabo da antena.

Alternativamente, caso você não consiga instalar (ou não queira) a entrada para antena externa, você poderá conectar sua antena conforme mostram as figuras 21 e 22. Conecte o cabo negativo na mola da caixa de pilhas. Para isso pode ser preciso fazer um furo na tampa da caixa de pilhas para passar o fio.

Figura 21: Ligação do terminal negativo da antena ao terminal negativo do rádio.

Depois ligue o terminal positivo da antena externa à antena telescópica do rádio. Melhor o quanto forem mais curtas essas ligações.

Figura 22: Finalização da ligação da antena ao rádio.

Pronto, o aparelho está pronto para teste e uso.

Figura 23: Radiotelescópio montado.

Algumas dicas importantes

1 – Como o rádio sugerido  possui um dial (mostrador de frequências) analógico, muitas vezes a frequência desejada não está posicionada corretamente no mostrador. Assim é importante que se saiba onde ficam as frequências que se quer monitorar.

 Figura 24: Bancada do autor com instrumentos para a calibração do dial do rádio.

Assim sugiro  que  você vá até um técnico (se você não for um técnico) em eletrônica que possua um gerador de sinais de RF e peça para que ele mostre onde fica a frequência de 20.1 MHz no dial do seu rádio e faça uma marcação nessa posição.

Figura 25: Marcação no dial do rádio indicando a frequência de 20.1 Mhz. Veja como o valor real dessa frequência está defasado com relação ao mostrador do rádio.

2. Não incluí no projeto a montagem da base da antena. Utilizei nesta um velho tripé fotográfico como base. Você pode montar sua base como quiser, até mesmo com canos e junções de PVC como a da figura 26.

Figura 26: Exemplo de uma base de PVC.

Teste da antena

Ligue o rádio na faixa de ondas curtas com a antena loop desconectada e sintonize uma fraca estação numa frequência  acima de 10 MHz. Conecte a antena loop ao rádio. Como este tipo de antena é  direcional, após sintonizar a estação gire a antena de forma a obter uma posição com maior sinal possível. Em seguida gire o botão de sintonia da antena até que o sinal da estação aumente o máximo que for possível. Se a antena estiver montada corretamente você notará um aumento significativo do sinal da estação previamente sintonizada.

Operação do Radiotelescópio

Aqui será dado as instruções para captação de sinais eletromagnéticos vindos de Júpiter. Para o Sol o procedimento é similar.

Para operarmos o radiotelescópio é necessário um pouco de paciência e também  termos  condições favoráveis para isso. Dentre essas as condições temos a de propagação das ondas de HF (High Frequency)  que abrange a faixa de 3 a 30 MHz. As ondas de HF conseguem, dependendo das condições atmosféricas, se propagar e atingir distâncias muito grandes, milhares de quilômetros,  na superfície da Terra devido ao fenômeno da reflexão de ondas. Estas ondas conseguem atingir pontos que estão além da curvatura da Terra e é por isso que podemos ouvir as estações de rádio de ondas curtas mesmo de países do outro lado do globo . Tal fenômeno não acontece com frequências mais altas como as das estações de rádio de FM, ou seja as rádios que operam em  VHF (Very High Frequency) em torno dos 100 MHz. É por esse motivo que estas estações de VHF tem alcance  limitado na superfície terrestre, umas poucas centenas de quilômetros. As transmissões de HF não possuem essa limitação pois estas ondas são refletidas nas altas camadas da atmosfera, precisamente na  ionosfera, voltando a superfície da Terra e sofrendo múltiplas reflexões, causando assim o fenômeno da propagação das ondas de rádio. Contudo não é em todo horário ou mesmo em toda época do ano que as condições de propagação estão favoráveis. Isso ocorre devido mudanças sofridas pela ionosfera ao longo do dia ou mesmo ao longo das estações do ano e períodos de atividades das machas solares que possuem ciclos de aproximadamente onze anos. A radiação solar é a grande responsável pelas mudanças da ionosfera que propiciam a propagação das ondas de rádio.

Figura 27. Reflexão de ondas na ionosfera. Fonte: http://octopedia.blogspot.com/2009_05_01_archive.html

Por isso existem situações em que não conseguiremos ouvir as transmissões vinda do espaço na faixa de HF, pois do mesmo modo em que a ionosfera reflete internamente as ondas de rádio, propiciando o fenômeno da propagação, ela pode bloquear, refletindo para fora da Terra, as mesmas ondas de rádio provindas do exterior. Então, quando ocorre o momento propício para captarmos as ondas de HF vindas do espaço? Justamente quando a propagação para as ondas vindas da superfície terrestre não estiverem boas, ou seja quando você ligar o rádio e não conseguir sintonizar muitas estações ou quando seus sinais estiverem bem fracos. Isso significa que a camada reflexiva para estas frequências não está bem formada, assim permitindo a passagem dos sinais vindos de fora da Terra.

Outro fator que pode interferir nas captações de sinais vindo do espaço é o ruído produzido por aparelhos elétricos abundantes nas grandes cidades. As interferências são muito intensas nas cidades grandes, sendo de tal modo que em alguns lugares se torna praticamente impossível ouvir alguma coisa que não os próprios ruídos. Assim para realizarmos nossas experiências com o nosso radiotelescópio, apesar da antena loop reduzir muito a quantidade de ruído devido a sua alta seletividade e estreita largura de banda, é interessante que você procure um lugar que tenha o mínimo de interferência. Ir para o campo ou mesmo para um subúrbio trará melhores condições de recepção.

Como a antena loop é direcional, ou seja ela precisa estar apontada para a direção da radiofonte para uma boa recepção. Você precisará saber a posição do objeto emissor de ondas de rádio par poder direcionar bem a antena. Use um aplicativo do tipo Sky Chart ou Cartes du Ciel (Windows), Stellarium (Windows ou Android), Sky Map (Android) ou SkyView (IOS), para localizar a radio fonte e apontar a sua antena.

Figura 28: Programa Sky Chart (ou Cartes du Ciel) usado para localizar Júpiter.

Você poderá encontrar os links para download de alguns desses programas na nossa página de downloads.

Figura 29: Direcionalidade da antena loop.

Para a pontar a antena para a radiofonte, direcione o eixo de ganho máximo para ela. Veja o eixo de ganho máximo na figura 29.

Devido a alta refletividade das ondas eletromagnéticas entre 10 a 15 MHz é sugerido buscar as emissões jovianas na faixa dos 20.1 MHz. Muitas emissões de Júpiter são captadas nessa frequência.

Para captarmos os sinais vindos de Júpiter, na faixa da qual o nosso radio telescópio opera, é necessário também sabermos o momento certo para isso, não basta apenas apontarmos a a antena para ele. O momento certo ocorrerá  quando o satélite Io estiver em transito, ou seja, passando na frente da  face  planetária voltada para a Terra.

Figura 30: Transito de Io. Fonte:https://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA02860

Quando o satélite Io está em trânsito recebemos as pertubações eletromagnéticas provocadas devido ao seu deslocamento no interior do campo magnético de Júpiter. Então para sabermos o momento em que ocorrerá tais trânsitos, pode-se recorrer as efemérides ou usar um software como o Júpiter 2.0, disponível em:

http://www.astrosurf.com/rondi/programmes/index.htm

Figura 31: Software Jupiter 2.0

Com esse software pode-se fazer previsões sobre o transito do satélite Io (e dos outros três satélites galileanos) e sabermos o momento certo, dia e hora, para operarmos o instrumento. No site indicado no link anterior você poderá baixá-lo gratuitamente e lá aprender como usá-lo.

Você poderá usar um celular, ou um tablet, ou mesmo um notebook para gravar os sons obtidos das recepções. Para isto é só conectar um cabo na saída de fones do rádio e na entrada de microfone do dispositivo de gravação e acionar o software de gravação de áudio de sua preferência. Existem muitos softwares de gravação de áudio gratuito para pc (Windows e Linux), Android e IOS.

Figura 32: Celular conectado ao rádio para gravação dos sons captados.

Para saber como são alguns sons emitidos por Júpiter, afim de identificá-los, você poderá consultar o site do projeto Radio JOVE para ouvi-los:

https://radiojove.gsfc.nasa.gov/observing/sample_data.htm

Caso tenha conseguido capturar ou ouvir algumas emissões de Júpiter ou do Sol e as queira compartilhar, entre em contato conosco na na nossa página de contato.

Conclusão

A construção do aparelho e seu princípio de funcionamento já é em si um projeto que pode trazer muito benefício não apenas para o estudo da Astronomia, mas também para as disciplinas escolares como a Física e a Matemática, já que o tema aborda assuntos do eletromagnetismo. Os clubes de astronomia e professores também podem se beneficiar do instrumento, depois de montado, utilizando-o em diversos outros tipos de projetos de ensino e pesquisa.