estudio teórico y experimental de las radioemisiones producidas por ...

REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 34, No. 2. 2002
ESTUDIO TEÓRICO Y EXPERIMENTAL DE LAS RADIOEMISIONES
PRODUCIDAS POR EL PLANETA JÚPITER
J. Perengüez López, A. Quijano Vodniza
Universidad de Nariño. Facultad de Ciencias Naturales y Natemáticas.
Departamento de Física. Pasto - Colombia.
aqv-ct@col2.telecom.com.co
RESUMEN
Presentamos el reporte de este trabajo en el cual se investiga si existe una relación bien definida
en la producción de erupciones electromagnéticas del planeta Júpiter y la actividad del Sol
manifestada en los parámetros del viento solar, así como también la influencia que tiene el
satélite Io en determinadas posiciones orbitales en el disparo de ciertas emisiones
electromagnéticas en el planeta gigante.
INTRODUCCIÓN
La presente investigación traza los lineamientos y criterios esenciales para la recepción de
radioemisiones procedentes del planeta Júpiter, las características y parámetros de los
elementos a utilizar. En la medida en que se capturan datos de la actividad radiactiva del
planeta Júpiter en función del tiempo, es factible analizar la posible influencia del Sol y del
satélite Io en la producción de explosiones electromagnéticas jovianas. Esto permitirá
además entender otros procesos físicos que ocurren internamente en el planeta, además la
información capturada nos permitirá medir el periodo de rotación de Júpiter sobre su eje.
METODO EXPERIMENTAL
Para capturar las radioemisiones procedentes del planeta Júpiter, se emplea un pequeño
radiotelescopio y el Software RADIOJOVE suministrados por la NASA.
El radiotelescopio se armó en el Observatorio Astronómico de la Universidad de Nariño, lo
mismo que su antena. De igual manera se verifican las variaciones de la actividad solar en
función del numero de manchas solares y su posible relación en la producción o activación
de explosiones electromagnéticas en Júpiter.
El espectro de radiación del planeta contiene dos máximos, uno de ellos corresponde
a la radiación solar reflejada y el otro a la radiación calórica propia del planeta. La
posición del máximo queda determinada por la temperatura efectiva del planeta TE, en
correspondencia con la ley de Wien (1)
λ =
max.
T e
2886
* µ * m
Donde µ= Permeabilidad magnética del vacío y m = la masa del planeta.
Júpiter es una de las fuentes cósmicas más potentes en el diapasón decamétrico λ > 10 m de
radioemisión. Esta tiene carácter esporádico, es decir, se compone de explosiones aisladas de
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diferente intensidad. En la manifestación de los sobresaltos radioeléctricos de corta duración
se observa una periodicidad determinada (1) .
En un conductor de cualquier forma, se establece que la magnitud del campo
magnético B en un punto del conductor generado por una corriente I está dada por:
µ Ixr
=
∏ ∫ dl
4 r
B 2
Donde B= Densidad de flujo, µ = Permeabilidad del medio, I = Corriente en el
conductor producida por inducción, r = Vector unitario que indica la dirección de la
corriente en el conductor, r = Distancia entre la fuente emisora y el detector y
dl= Elemento infinitesimal de longitud del conductor.
Una antena receptora se define como la estructura asociada con la región de transición
entre una onda libre y una onda guiada en el espacio (2) .
Debido a que las señales de radio desde Júpiter son muy débiles, ellas producen
pequeñísimas diferencias de potencial en los terminales de la antena del radiorreceptor,
y más cuando en este caso el radiorreceptor debe operar sobre un rango corto de
frecuencias de onda centrada en 20.1 Mhz, que es el rango de frecuencia de las señales
emitidas por Júpiter, luego la ganancia absoluta G y el valor máximo del área efectiva
A ef de la antena receptora bajo condiciones óptimas de ubicación respecto al frente
de onda incidente (2) , están relacionados por la expresión:
Y el campo eléctrico de radiación de la misma está dado por:
dE =
j * E * dx * dy
λ * r
0 *
e
2*
∏ * j*
r
−
λ
Siendo λ la longitud de onda de la radiación, dxdy denotan el área del elemento
receptor (Antena) y r es la distancia entre el emisor de la radiación y el receptor (1) .
Otro parámetro muy importante al trabajar con la antena receptora es la directividad D
que puede definirse como la razón de la máxima intensidad de radiación a la
intensidad de radiación promedio así:
D = Intensidad Máxima de radiación / Intensidad de radiación Promedio
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Luego la intensidad de radiación promedio está dada por la potencia total radiada W
dividida entre 4.π.s.r. La potencia total radiada es igual a la intensidad de radiación
P(θ,φ) integrada sobre 4. π.s.r.
En consecuencia:
P(
θ , φ)
D = =
W
4 * ∏
Luego
4 * ∏*
P(
θ , φ)
∫∫
4 ∏
max.
P(
θ , φ)
dΩ
=
∫∫
4 ∏
⎡ P(
θ , φ)
⎢
⎣ P(
θ , φ)
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4 *
∏
max
⎤
⎥dΩ
⎦
El denominador de la expresión anterior, es el ángulo sólido del haz de la antena
Ω A de radiación de modo que:
Cuando una onda electromagnética penetra una capa ionizada sufre un efecto de
atenuación y una desviación de la dirección de propagación en el plano vertical,
también ocurre un cambio del plano de polarización.
La atenuación de la onda se debe a que los electrones libres de la Ionosfera entran a
vibrar en sincronismo con el campo eléctrico de la onda a la vez que también sufren
los efectos del campo magnético terrestre (7) .
Según la fórmula de Sommerfeld, la atenuación del rayo directo es también reducida,
de modo que éstas ondas de radio de alta frecuencia, pueden considerarsen como
ondas que se propagan entre dos esferas reflectoras concéntricas(la superficie terrestre
y la Ionosfera). La onda de radio procedente del espacio se atenúa por su propia
expansión y por las pérdidas que ocurren en la Ionosfera, mientras que en el detector
(Antena) se deberá tener los máximos en recepción. La magnitud de la atenuación
experimenta variaciones diarias y estacionales, las cuales también se vinculan al ciclo
de la actividad radial de Júpiter (7) .
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El campo de variación estacional en la recepción puede calcularse con ayuda de la
siguiente expresión (7) :
E
= 3*
10
5
P
d
*
θ
* e
Senθ
−6
0,
6
−46*
10 * f * d
Donde: E = Intensidad de Campo en microvoltios por metro, P = Potencia de irradiación
en Kilovatios, d = Distancia Fuente – Emisor en Kilómetros.
θ = Angulo, con vértice en el centro de la Tierra, subtendido por la trayectoria
de recepción en radianes, f = Frecuencia en Mhz.
Conociendo la potencia irradiada o recepcionada por una antena, puede calcularse si se
conocen la intensidad de la corriente generada y la componente óhmica de su
impedancia en el mismo punto, y en este caso es posible encontrar su correspondiente
resistencia tanto de recepción como de irradiación, generada por la interacción campo
eléctrico o magnético con la antena (2) .
EL SATÉLITE Io Y SUS INTERACCIONES
La superficie del satélite Io es radicalmente diferente a cualquier otro cuerpo en el sistema
solar, su superficie está cubierta por cientos de calderas volcánicas.
Io es el satélite más cercano a Júpiter de las cuatro grandes lunas y es la más fantástica, como
consecuencia de las fuerzas de marea debido a Júpiter y las otras lunas. Su superficie sube y
baja aproximadamente unos 100 metros, generando una gran cantidad de calor, lo que
causa una peculiar forma de vulcanismo. El satélite Io es considerado como el cuerpo celeste
volcánico más activo del sistema solar (4) .
De igual manera la interacción de Io-Júpiter aumenta la probabilidad de detecciones
más intensas de las radioemisiones producidas por Júpiter, esta emisión depende de los
valores de la longitud meridional central de Júpiter (CML), de la fase de Io y de la
declinación Joviocentrica (DE), los cuales se encuentran por observación y cambio en
el tiempo de la posición de Júpiter y de su satélite Io. (4) .
Corrientes eléctricas probablemente generadas en Io pueden ser las responsables de largas
emisiones de ondas de radio recibidas en la Tierra provenientes de Júpiter.
Gran cantidad de partículas son lanzadas al espacio por la actividad volcánica del satélite
Io, combinado con la interacción electromagnética de la Magnetósfera del planeta Júpiter.
Los electrones energéticos pierden en el campo magnético su energía en forma de radiación.
A esta radiación se la denomina de frenada magnético (4) .
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CONCLUSIONES
Durante la primera etapa de esta investigación que constituye la etapa de prueba, se
ensamblaron y se pusieron a prueba la antena y el correspondiente receptor de señales.
Luego se obtuvieron las respectivas funciones de transferencia tanto de la antena como del
receptor y actualmente estamos recepcionando las radioemisiones del planeta Júpiter. Se
debe analizar con mucho detenimiento también las posibles fuentes de ruido a fin de luego
poder minimizarlas y obtener un buen factor de mérito: S / N (Señal / Ruido), para que
la información tenga validez científica.
Mediante el software especializado RADIOJOVE, buscaremos analizar y determinar las
principales fuentes de actividad en las radioemisiones jovianas, lo cual será empleado para
medir de una manera precisa la rotación del planeta Júpiter.
Otro hecho importante es que analizaremos la actividad solar sobre la base del tipo de
erupciones solares, consultando información registrada por el satélite SOHO de NASA,
a fin de tratar de encontrar una posible relación con las explosiones electromagnéticas
jovianas; siendo él vinculo entre el Sol y Júpiter el viento solar.
REFERENCIAS
[1]. Bakulin, E.V.Kononóvich, V.I.Moroz, CURSO DE ASTRONOMÍA GENERAL, Edit.
MIR
[2]. Kraus. J. ANTENAS, Mc Graw Hill. New York, 1996.
[3]. Zeilik & Smith. INTRODUCTORY ASTRONOMY & ASTROPHYSICS. Second
Edition. Saunders College Publishing, 1973.
[4]. Kraus J, RADIOASTRONOMY, CYGNOS QUASAR, Mc Graw Hill, New
York, 1990
[5]. John D. Kraus. ELECTROMAGNETISMO, Mc Graw Hill, New York, 1960.
[6]. Escuelas Internacionales, Irradiación y Propagación de las Ondas Electromagnéticas, 2 a
Edición. 1975.
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