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Comunidad de Divulgación Científica Latinoamericana
Por Fis. Pablo Villanueva
Existen en el Universo objetos estelares que son fuentes de ondas de radio, por ejemplo: cuásares, radiogalaxias y remanentes de supernovas. Las ondas de radio emitidas por estos cuerpos se detectan por medio de radiotelescopios en la Tierra.
Cuando las señales de una radio fuente extragaláctica de ancho angular pequeño pasan a través del medio interplanetario, estas señales se propagan por irregularidades en la densidad del viento solar. Esto ocasiona un fenómeno de dispersión en los frentes de onda y la señal es captada con `centelleo' por un radiotelescopio en la Tierra.
Estas fluctuaciones en la intensidad de las radiofuentes se le conoce como Centelleo Interplanetario (CIP).
Una fuente de radio estelar emitiendo ondas electromagnéticas que se propagan a través del cosmos, al pasar las ondas de radio por el viento solar perturbado, los frentes de onda se distorsionan y la señal de la fuente de radio es captada con centelleo en un radiotelescopio en la Tierra. Nótese que el MEXART es un instrumento es de tránsito, esto es, su haz apunta a una dirección fija en el cielo y registra el paso de las fuentes que cruzan por éste debido a la rotación de la Tierra.
El fenómeno del CIP se debe principalmente a la dispersión de las ondas de radio que produce la microturbulencia del viento solar asociados con las variaciones de la densidad de electrones en el medio.
La técnica de CIP emplea observaciones de un radiotelescopio, que registra el tránsito de varias de estas fuentes de radio estelares de ancho angular pequeño, para generar mapas diarios del cielo. Estos mapas de CIP permiten hacer una detección indirecta de las perturbaciones de gran escala que se propagan del Sol a la Tierra.
Índice de centelleo
A través de la técnica de CIP se puede inferir información del viento solar como su densidad y su velocidad. El grado de centelleo se caracteriza por el índice m, el cual se define como:
m = intensidad de fluctuación de rms/intensidad media de la fuente
De una Fuente de centelleo se mide la fluctuación del rms para cada fuente (oscilaciones observadas durante el tránsito) y la amplitud de la fuente es su intensidad media. Este índice da el grado de centelleo para el día observado. Para poder determinar si este centelleo está por arriba o por abajo del valor esperado, es necesario tener un año de observaciones para calcular un valor promedio de m (m), ya que el centelleo también depende del ángulo de enlogación de la fuente con respecto al Sol.
El índice de centelleo, g, es una magnitud cuantitativa de la dispersión de las ondas electromagnéticas en el viento solar:
m=Delta S_{obs}/S_{prom}
en donde Delta S_{obs} es el centelleo observacional o flujo rms de la señal y S_{prom} es el centelleo promedio asociado a un viento solar quieto. Este centelleo promedio solamente se puede determinar conociendo la gráfica anual del índice m de la fuente. En terminos de m, g se puede definir como:
g= m/m
La magnitud de g proporciona información sobre los cambios en la densidad de electrones del plasma del viento solar por lo que si g es mayor que 1, indica que hay perturbaciones compresivas en el medio interplanetario entre el Sol y la Tierra.
Observatorios de Centelleo Interplanetiario
El primer radiotelescopio dedicado a estudios del viento solar aplicando la técnica del CIP fue construido en los años sesenta en el observatorio Mullard de Cambridge, Inglaterra. Este arreglo tenía un área física de 21,150 m^2, con una frecuencia central de operación de 81.5 MHz y un ancho de banda de 1 MHz.
La antena consistía de un arreglo de 2,048 dipolos de onda completa, en una superficie física de 470 m de longitud en la dirección este-oeste por 45 m de en la dirección norte-sur. Estos dipolos estaban configurados en 16 líneas paralelas alineadas en dirección este-oeste, con 128 dipolos en cada línea. El arreglo de Cambrigde dejo de operar a finales de la década de los ochenta.
Existen actualmente en operación tres arreglos de antenas dedicados a desarrollar observaciones de viento solar empleando la técnica del CIP (y otros dos que se construyen actualmente en China y en Australia): el Ooty Radio Telescope (ORT) del National Center for Radio Astrophysics de la India, el arreglo de 4 antenas del Solar Terrestrial Laboratory (STEL) de la Universidad de Nagoya en Japón y el MEXICAN ARRAY RADIO TELESCOPE (MEXART) en Coeneo Michoacán México.
El ORT fue instalado en 1970, y se compone de una antena tipo cilindro parabólico de 530 m de largo, que funciona a una frecuencia de 326.5 MHz. En su superficie tiene 1,100 alambres en paralelo a la longitud del cilindro y tiene 1056 dipolos. El radiotelescopio Ooty está constituido por una superficie reflectora de alambre de acero delgado, puesta en forma paralela con respecto a la longitud del cilindro y sostenida por 24 soportes parabólicos separados a 25~m cada uno. Cada dipolo tiene un amplificador de bajo ruido y un controlador electrónico de fase. Las señales que capta el instrumento son recibidas en grupos de 48 dipolos.
La característica única de este radiotelescopio, es que está construido en una colina que tiene una pendiente de 11 grados, igual a la latitud geografica del Ooty, lo que lo hace tener un eje de rotacion paralelo al eje de rotación de la tierra, dándole un montaje ecuatorial. Por el mecanismo de funcionamiento de este radiotelescopio, una fuente estelar puede ser seguida cerca de diez horas. En la actualidad el ORT es utilizado en el estudio de pulsares y de CIP.
El Solar-Terrestrial Laboratory (STELab) de la Universidad de Nagoya Japón tiene funcionando un sistema de cuatro antenas que se encuentran en las ciudades de Tokawa, Fuji, Sugadaira y Kiso, las cuales operan a una frecuencia central de 327 MHz. Cada arreglo esta compuesto de 5 antenas reflectoras parabólicas cilíndricas. Con sus observaciones se realizan estudios de CIP y estimaciones de la velocidad del viento solar.
Los radiotelescopios que se emplean para hacer los mapas diarios de índices de CIP son instrumentos de tránsito que apuntan a una dirección fija en el espacio y utilizan la rotación de la Tierra para barrer el cielo. Por lo anterior, es necesario combinar mediciones de radiotelescopios ubicados en diferentes longitudes geográficas que permitan complementar las observaciones y con ello obtener un mejor rastreo de la evolución de las perturbaciones en el viento solar.
Para rastrear continuamente la evolución de las tormentas solares, es deseable que haya siempre al menos un radiotelescopio terrestre del lado día de la Tierra. Cada observatorio de CIP genera un mapa de varias decenas de fuentes estelares de radio por día. Para lograr un seguimiento completo de las perturbaciones que salen del Sol se requeriría combinar cada día, al menos cuatro mapas de CIP producidos por diferentes observatorios. El proyecto del MEXART plantea formar parte de una red mundial combinando datos con estos dos radioteléscopios mencionados arriba.
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