Emisiones VLF

noviembre 23, 2011 on 4:50 pm | In arte sonoro, música electrónica, sonikas | 1 Comment

Adolfo García Yagüe | La segunda semana de diciembre tendrá lugar la novena edición de Sonikas. Un año más intentamos ofrecer un programa atractivo invitando a figuras consagradas junto a nuevos valores sin perder, en ambos casos, la esencia experimental que caracteriza al festival. En este sentido, el día 8 tenemos previsto emitir Tune-in. Kevin Gordon dirige este cortometraje y en él se documenta el trabajo de Steve McGreevy en torno a la grabación de emisiones VLF naturales [1][2]. Tras el documental tendremos oportunidad de escuchar una selección de grabaciones VLF que el propio McGreevy ha preparado para la ocasión y que presentará en diferido.

La costumbre por poner etiquetas nos lleva a ubicar el trabajo de McGreevy dentro del género del Paisaje Sonoro. No obstante, si profundizamos en su esencia, no tardaremos en apreciar su elevado componente científico para, a continuación, dudar de cualquier posible clasificación. Esto sucede porque las emisiones VLF no son posibles sin la intervención de la ionosfera, los vientos solares o la magnetosfera.

VLF
Very Low Frequency es la denominación que recibe la región del espectro radioeléctrico comprendido entre 3 KHz y 30 KHz. Por debajo de VLF se encuentran otras regiones: ULF (300 Hz a 3000 Hz), SLF (30 Hz a 300 Hz) y ELF (3 Hz a 30 Hz). Más allá de VLF se sitúan LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF y EHF. En este texto, cuando hablamos de Emisiones VLF, consideramos también las regiones inferiores a VLF, es decir, desde 3 Hz hasta 30 KHz.

Los primeros ensayos de radiotelegrafía de Guillermo Marconi se hicieron en VLF. Otros sistemas de comunicación -prácticamente en desuso- como el radioteletipo (RTTY) también operaban en esta región del espectro. Las transmisiones en VLF son utilizadas en las comunicaciones militares submarinas, así como en los sistemas de localización Omega (sustituido por GPS) y Alpha (Rusia, en servicio). Como comentaremos más adelante, gracias a la ionosfera, una trasmisión en VLF puede ser recibida a miles de kilómetros de distancia. Además estas frecuencias tienen buena propagación bajo el agua (de ahí su uso militar). Quiero acabar esta reseña de emisiones VLF hechas por el hombre recordando que toda la red eléctrica, incluyendo centros de generación y transformación, son la mayor fuente de “ruidosas” emisiones VLF.

Exceptuando a radioaficionados muy adelantados y quizás algo nostálgicos, la atracción de la región VLF no reside en ninguna de las aplicaciones anteriores. Lo realmente interesante y curioso que se puede escuchar en esta región del espectro son los sonidos de la naturaleza.

Ionosfera
Esta capa se localiza a 80 Km sobre nuestras cabezas y se extiende, aproximadamente, hasta los 500 Km. Como su nombre indica se caracteriza porque los gases allí presentes están ionizados. Una sustancia está ionizada cuando su carga eléctrica no es neutra porque tiene exceso o déficit de electrones. ¿Qué es lo que provoca que la ionosfera esté ionizada? ¿Qué consecuencias tiene esta ionización?

Los gases que viven en la ionosfera están expuestos a radiaciones de alta energía procedentes del Sol: Rayos X, gamma y ultravioleta transfieren a los electrones de un átomo la suficiente energía para apartarlos de sus respectivos núcleos. Por esta razón la densidad de ionización de esta capa varía en función de la rotación de la Tierra (ciclo noche/día), la rotación del Sol (cada 26 días), ciclo de estaciones (movimiento de traslación de nuestro planeta) y ciclo de aparición de manchas solares (11 años). A los fenómenos anteriores hay que sumar otros de carácter anómalo.

La ionización de cualquier sustancia lleva implícito un comportamiento electromagnético. En el caso de la ionosfera este comportamiento hace que ciertas frecuencias de radio emitidas desde la tierra se reflejen en ella y retornen hacia la superficie terrestre. Es decir, rebotan. Por esta razón ciertas transmisiones de radio consiguen recorrer miles de kilómetros confinadas dentro de la guía onda ionosfera-superficie tierra.

Sonidos atmosféricos
Los telegrafistas del siglo XIX fueron los primeros en escuchar a través de sus auriculares unos ruidos que nada tenían que ver con el simpático tintineo Morse. Estos sonidos carecían de una pauta predecible, tenían misteriosas tonalidades y, generalmente, coincidían con fenómenos meteorológicos. De estos fenómenos el relámpago es la fuente más común de emisiones VLF naturales.

Imaginemos una nube como una gran batería de varios millones de voltios en cuya parte inferior se localiza el polo negativo. Por su parte, la superficie terrestre, tiene carga positiva. Entre ambos cuerpos (nube-tierra) el aire es dieléctrico, esto significa que es aislante. Sin embargo, cambios en la densidad de ionización de la atmósfera, o un incremento de la humedad del aire acaban facilitando la conductividad entre la nube y la tierra. Cuando esto sucede la nube libera su carga eléctrica en forma de relámpago o rayo. Esta colosal descarga eléctrica está acompañada de emisiones electromagnéticas en diversas regiones del espectro, incluida la región VLF. Estas emisiones radioeléctricas pueden ser captadas por una antena y, posteriormente, tratadas en un circuito electrónico haciendo que en un altavoz suene un ruido parecido a un chisporroteo o crujido. Estos sonidos se denominan Sferics (abreviatura de atmospherics, interferencia).

Las emisiones VLF producidas por el relámpago se benefician de las propiedades de propagación de la ionosfera. Esto permitiría escuchar en Madrid emisiones VLF de un rayo que cae en las Islas Azores o incluso más lejos. En los casos de propagación ionosférica de las emisiones VLF se produce un fenómeno denominado dispersión retardada o retardo de grupo. El retardo de grupo se experimenta dentro de la guía onda ionosfera-tierra y consiste en que las componentes de frecuencia superior de la emisión VLF viajan más rápido que las de inferior frecuencia. En estos casos los sonidos que escucharemos se denominan Tweeks y son similares al producido cuando pía un pájaro.

Fenómenos de la magnetosfera
Los metales semifundidos existentes en el núcleo de la Tierra, al estar sometidos a los movimientos de rotación, hacen que nuestro planeta se comporte como un gran imán. Por esta razón la Tierra tiene un polo magnético S, próximo al Polo Norte geográfico, y un polo N magnético cerca del Polo Sur geográfico. Obviamente, este magnetismo terrestre lleva implícito un campo magnético que se extiende alrededor del planeta de forma cíclica y anular, es decir entra y sale por los polos. La región de nuestra atmósfera más externa, donde el campo magnético terrestre interactúa con los vientos solares se denomina magnetosfera. Esta capa se sitúa justo por encima de la ionosfera.

Gráficamente, la magnetosfera se puede describir como un gran escudo deflector (igual que la nave Enterprise de Star Trek) que desvía las partículas del viento solar (electrones y protones de alta energía) evitando que estas colisionen directamente con nuestra atmósfera. De no ser así la vida en nuestro planeta sería improbable. Hay ocasiones en las que la llegada de viento solar se incrementa bruscamente como consecuencia de violentas erupciones solares. Normalmente este comportamiento solar es predecible dentro del ciclo de actividad solar pero, cuando se producen estos incrementos de actividad, las consecuencias se sienten en nuestro planeta. La situación más catastrófica que podríamos sufrir es estar expuestos a una fuerte tormenta geomagnética que dañaría satélites de comunicaciones, equipos electrónicos en tierra y redes de energía. Otra consecuencia -más benévola- de la actividad solar es la aparición de auroras boreales y australes en los polos norte y sur, respectivamente.

Una aurora se produce cuando los electrones del viento solar, al ser atrapados en el campo magnético de la tierra, golpean a los átomos de oxígeno y nitrógeno de la ionosfera transfiriendo a estos energía extra que liberarán instantes después en forma de fotones, es decir, produciendo destellos luminosos. Además del hermoso efecto visual, las auroras tienen banda sonora VLF semejante a un coro de aves o Chorus [3].

Otro sonido muy interesante que se produce por mediación de la magnetosfera es el silbador o Whistlers. En este caso las emisiones VLF producidas por un relámpago llegan hasta la magnetosfera y, a través de ella, siguiendo las líneas de campo magnético, aparecen en el hemisferio opuesto donde cayó el rayo [4]. La mejor forma de describir este sonido es recordando algún clásico del cine de ciencia ficción …

Terremotos y Meteoritos
En esta revisión de fenómenos naturales con antecedentes de emisiones VLF es preciso mencionar a los terremotos y meteoritos. Sobre ambos fenómenos hay numerosa bibliografía y, en el caso de los terremotos, son objeto de estudio científico al advertirse que días antes de producirse un temblor se producen emisiones VLF. Según estos trabajos, en la región que sufrirá el terremoto se producen alteraciones del campo magnético terrestre y, por supuesto, en la ionosfera. Incluso hay científicos que creen que las propiedades piezoeléctricas el cuarzo (cristal que al ser comprimido manifiesta una diferencia de potencial) puedan ser responsables de estas emisiones VLF [5].

También se ha constado que la llegada de meteoritos se acompaña de emisiones VLF. La trayectoria que sigue un meteorito en la atmósfera deja tras de sí una huella conocida como ruta de ionización. Estas rutas interactúan con la ionosfera y el campo magnético terrestre generando emisiones electromagnéticas en la región VLF. El sonido del meteorito es similar al Sferics del relámpago. Ambos difieren en la duración (10 ms frente a 1 ms), frecuencia (1 KHz contra 6 KHz) y volumen (los meteoritos son 20 db más silenciosos).

Desde tiempos bíblicos numerosos relatos describen la llegada de meteoritos (lluvias de fuego, estrellas fugaces, Leónidas, etc.) acompañados de sonido. A principios del siglo XVIII Edmund Halley investigo sobre este asunto llegando a la conclusión de que tales relatos eran producto de la imaginación popular. Halley consideraba imposible que un espectador pudiera “escuchar” la llegada de un meteorito que, se según sus cálculos, caía a decenas de kilómetros. Es decir, la imagen del meteorito cayendo llega mucho antes que su sonido. Este escepticismo se ha mantenido hasta que modernas investigaciones han descrito el fenómeno electrofónico que producen ciertos meteoritos.

El efecto electrofónico asociado a la caída de meteoros tiene que ver, como no, con las emisiones VLF. Al tratarse de señales electromagnéticas las emisiones VLF viajan a la misma velocidad que la imagen que nos llega del meteorito precipitándose. En determinadas circunstancias, si las emisiones VLF son suficientemente intensas, pueden hacer vibrar las hojas de un pino, el pasto e incluso el pelo. También se ha constado que estas emisiones VLF hacen vibrar finos hilos de metal, láminas de aluminio o las patillas metálicas de unas gafas. En resumen, el efecto electrofónico es un fenómeno de transducción directa de una señal electromagnética a sonido, sin intervención de un altavoz o circuito electrónico [6].

Capturando Emisiones VLF
Si decides que la captura y grabación de emisiones VLF es lo tuyo ten presente que ES MUY PELIGROSO SALIR A GRABAR VLFs CUANDO HAY TORMENTA O ESTA SE AVECINA. Recuerda: El riesgo de morir atravesado por un rayo es alto. Como hemos visto, para escuchar emisiones VLF no es necesario ir esquivando relámpagos. Por esta razón te aconsejo que seas prudente y no pongas tu vida en peligro.

Lo primero que tienes que conseguir es un receptor VLF. Si eres aficionado a la electrónica, en Internet puedes encontrar numerosos esquemas para montar tu propio equipo. La fabricación y los conceptos de funcionamiento son sencillos: Tras la antena encontrarás una etapa donde un filtro de paso bajo discrimina las altas frecuencias y permite el paso de las bajas. Con este circuito limitaremos la entrada de frecuencias de radio no deseadas. Lo ideal es que podamos ejercer algún control sobre este filtro para ajustar, con cierta precisión, la región VLF de recepción y adaptarlo a las dimensiones de la antena que estamos usando. Tras este filtro encontraremos una etapa de amplificación responsable de dar ganancia a toda la señal de audio para, a continuación, entrar en una segunda etapa que permite una amplificación selectiva de ciertas frecuencias. Esta señal ya puede ser escuchada con unos auriculares o grabada en un equipo externo. [7] En Internet también puedes adquirir receptores VLF ya montados y listos para funcionar o en kit. Los precios oscilan desde los 100€ hasta los 250€.

Los meses de verano y otoño, al atardecer y de noche, suelen ser los mejores momentos para captar emisiones VLF producidas por relámpagos y así lograr escuchar Sferics y Tweeks. Al amanecer, hasta media mañana, es más fácil escuchar Chorus, en especial en los periodos de alta actividad solar. Las zonas de la Tierra más favorables para esta escuchar Chorus son las regiones del norte, a partir de los 50-55 grados de latitud. A partir de medianoche, hasta el amanecer, es más fácil oír Whistlers en regiones comprendidas entre los 30-55 grados de latitud norte. Otros consejos para una escucha satisfactoria es intentar alejarse lo máximo posible de tendidos eléctricos y buscar zonas abiertas, distantes de áreas boscosas [8].

Para lograr que nuestro trabajo de búsqueda de emisiones VLF sea más efectivo, es recomendable seguir el comportamiento del Sol, la climatología, actividad sísmica y meteoritos. A continuación incluyo algunas páginas que debes visitar:

• Agencia Estatal de Meteorología. Predicción meteorológica, caída de rayos, evolución de tormentas. www.aemet.es
• Spaceweather. Información sobre el comportamiento del Sol, auroras, etc. www.spaceweather.com
• Instituto Geográfico Nacional. Seguimiento de la actividad sísmica en España. www.ign.es
• The International Meteor Organization. Calendario de llegada de meteoritos www.imo.net

Esto es todo. Nos vemos en Sonikas.

Referencias
[1] McGreevy. 1995. Revised 2011. The VLF Story. www.auroralchorus.com
[2] McGreevy. 2000. Auroral Chorus II: The Music of the Magnetosphere. www.archive.org
[3] Sazhim, Hayakama. 1991. Magnetoshperic chorus emission: a review. Planet Space Sci.. Vol. 40. No. 5, pp. 681-697. 1992.
[4] Stanford VLF Group. Introduction to Whistler Waves in the Magnetosphere. vlf.stanford.edu
[5] Pulinet. 2004. Ionospheric Precursors of Earthquakes; Recent Advances in Theory and Practical Applications. TAO, Vol. 15, No. 3, 413-435, September 2004.
[6] Price, Blum. 2000. ELF/VLF Radiation Produced by the 1999 Leonid Meteors. Department of Geophysics and Planetary Science, Tel Aviv University.
[7] Bennett. 2006. The Inspire VLF-3 Receiver. Theory of Operation. The INSPIRE Project. theinspireproject.org
[8] McGreevy. 1991. Revised 2002. Pocket-Portable WR-3 Natural VLF Radio Phenomena Receiver List. www.auroralchorus.com