El Radio Observatorio de Jicamarca (JRO) es el ancla ecuatorial de la cadena del hemisferio occidental de observatorios de radar de dispersión incoherente (ISR) que se extiende desde Lima , Perú hasta Søndre Strømfjord, Groenlandia . JRO es la principal instalación científica del mundo para estudiar la ionosfera ecuatorial . El observatorio está aproximadamente a media hora en auto hacia el interior (este) desde Lima y a 10 km de la Carretera Central ( 11°57′05″S 76°52′27.5″W / 11.95139°S 76.874306°W / -11.95139; -76.874306 , 520 metros sobre el nivel del mar). El ángulo de inclinación magnética es de aproximadamente 1° y varía ligeramente con la altitud y el año. El radar puede determinar con precisión la dirección del campo magnético de la Tierra (B) y puede apuntar perpendicularmente a B en altitudes en toda la ionosfera . El estudio de la ionosfera ecuatorial se está convirtiendo rápidamente en un campo maduro debido, en gran parte, a las contribuciones realizadas por JRO en radiociencia . [1]
El Radio Observatorio de Jicamarca fue construido en 1960-61 por el Laboratorio Central de Propagación de Radio (CRPL) de la Oficina Nacional de Estándares (NBS). Posteriormente, este laboratorio pasó a formar parte de la Administración del Servicio de Ciencias Ambientales (ESSA) y luego de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA). El proyecto fue dirigido por el Dr. Kenneth L. Bowles , conocido como el “padre de JRO”.
Aunque el último dipolo fue instalado el 27 de abril de 1962, las primeras mediciones de dispersión incoherente en Jicamarca se realizaron a principios de agosto de 1961, utilizando parte del área total proyectada y sin la etapa final del transmisor . En 1969, ESSA entregó el Observatorio al Instituto Geofísico del Perú (IGP), que había estado cooperando con CRPL durante el Año Geofísico Internacional (IGY) en 1957-58 y había estado íntimamente involucrado con todos los aspectos de la construcción y operación de Jicamarca. . ESSA y luego NOAA continuaron brindando cierto apoyo a las operaciones durante varios años después de 1969, en gran parte debido a los esfuerzos del grupo informal llamado "Amigos de Jicamarca" dirigido por el Prof. William E. Gordon . El profesor Gordon inventó la técnica del radar de dispersión incoherente en 1958.
Unos años más tarde, la Fundación Nacional de Ciencias comenzó a apoyar parcialmente la operación de Jicamarca, primero a través de la NOAA y desde 1979 a través de la Universidad de Cornell mediante Acuerdos Cooperativos. En 1991, se creó una organización peruana sin fines de lucro, llamada Ciencia Internacional (CI), para contratar a la mayoría del personal del Observatorio y proporcionar servicios y bienes al IGP para administrar el Observatorio.
El principal instrumento de JRO es el radar VHF que opera en 50 MHz (en realidad en 49,9 MHz [1] ) y se utiliza para estudiar la física de la ionosfera ecuatorial y la atmósfera neutra . Como cualquier otro radar , sus componentes principales son: antena , transmisores , receptores, controlador del radar, sistema de adquisición y procesamiento. Las principales características distintivas del radar de JRO son: (1) la antena (la más grande de todos los ISR del mundo) y (2) los potentes transmisores.
Componentes de radar
Antena . La antena principal es un conjunto de antenas de doble polarización que consta de 18.432 dipolos de media longitud de onda que ocupan un área de 288 mx 288 m. La matriz se subdivide en cuartos, cada cuarto consta de módulos de 4x4. La viga principal del conjunto se puede girar manualmente +/- 3 grados desde su posición en el eje, cambiando los cables al nivel del módulo. Al ser modular, el conjunto se puede configurar tanto en transmisión como en recepción en una variedad de configuraciones, lo que permite, por ejemplo: observaciones multihaz simultáneas, aplicaciones de interferometría de radar de líneas de base múltiples, así como imágenes de radar, etc.
Transmisores . Actualmente, [ ¿cuándo? ] JRO tiene tres transmisores, capaces de entregar 1,5 MW de potencia máxima cada uno. Próximamente se terminará un cuarto transmisor que permitirá transmitir 6 MW como en los primeros días. Cada transmisor se puede alimentar de forma independiente y se puede conectar a cualquier cuarto de sección del conjunto principal. Esta flexibilidad permite la posibilidad de transmitir cualquier polarización : lineal, circular o elíptica.
Otro. El resto de componentes del radar se modifican y modernizan constantemente según la tecnología disponible. Para el montaje de los receptores, el controlador de radar y el sistema de adquisición se utilizan dispositivos electrónicos modernos. La primera computadora del Perú llegó a JRO a principios de los años 1960. Desde entonces se han utilizado diferentes generaciones y sistemas de ordenadores .
JULIA significa Jicamarca: Investigaciones desatendidas a largo plazo de la ionosfera y la atmósfera , nombre descriptivo de un sistema diseñado para observar irregularidades del plasma ecuatorial y ondas atmosféricas neutras durante períodos prolongados de tiempo. JULIA es un sistema de adquisición de datos independiente basado en PC que utiliza algunas de las etapas excitadoras del radar principal de Jicamarca junto con el conjunto de antenas principales . En muchos sentidos, este sistema duplica la función del radar de Jicamarca , excepto que no utiliza los principales transmisores de alta potencia, cuya operación y mantenimiento son costosos y requieren mucha mano de obra. Por lo tanto, puede funcionar sin supervisión durante largos intervalos. Con su par de transmisores pulsados de potencia máxima de 30 kW que impulsan un conjunto de antenas modulares (300 m)^2, JULIA es un formidable radar de dispersión coherente . Es especialmente adecuado para estudiar la variabilidad diaria y a largo plazo de las irregularidades ecuatoriales, que hasta ahora sólo se han investigado de forma episódica o en modo de campaña.
Una gran cantidad de datos sobre irregularidades ionosféricas se han recopilado durante las campañas de CEDAR MISETA que comenzaron en agosto de 1996 y continúan hasta el presente. Los datos incluyen observaciones diurnas del electrochorro ecuatorial, ecos de 150 km y observaciones nocturnas de la dispersión ecuatorial F.
Arriba : ¿Qué controla la distribución de iones ligeros ? ¿Por qué los perfiles ecuatoriales son tan diferentes a los de Arecibo ? ¿Cuál es la respuesta de la parte superior durante la tormenta ?
Región F : ¿Las teorías actuales explican completamente el equilibrio térmico de electrones e iones ? ¿Entendemos ahora los efectos de la colisión de electrones en la teoría ISR ? ¿Cuál es el efecto de la dinámica de la región F cerca del atardecer sobre la generación de columnas del FSE? ¿Cuáles son los efectos de los vientos NS en el transporte interhemisférico?
Región E : ¿Cuáles son los parámetros de fondo básicos en la región E ecuatorial ? ¿Cuál es la morfología de los perfiles de densidad en esta región difícil de sondear? ¿Cómo afecta esta morfología a la dinamo de la región E?
Ecos diurnos del valle (o los llamados ecos de 150 km). ¿Cuáles son los mecanismos físicos que los causan? (¡todavía es un enigma después de más de 40 años!).
Resumen de contribuciones e hitos científicos (desde 1961)
1961. Primeras observaciones de ecos dispersos incoherentes. Primer ISR en funcionamiento.
1961–63. Explicación de los procesos físicos detrás de las irregularidades del plasma del electrojet ecuatorial (inestabilidad de Farley-Buneman).
1962. Primeras mediciones de temperaturas y composición de la ionosfera ecuatorial.
1963 Primeras mediciones de densidad electrónica de la magnetosfera ecuatorial (la más alta desde mediciones terrestres incluso ahora).
1964.
El primer radar VHF hace eco desde Venus.
1964. Descubrimiento de los llamados ecos de 150 km. Los mecanismos físicos detrás de estos ecos siguen siendo (en agosto de 2008) un misterio.
1965. Mediciones por radar VHF de la rugosidad de la superficie de la Luna. Probado y utilizado por la NASA en 1969 para el Apolo 11, Neil Armstrong sabía que lo iba a pisar.
1965–69. Desarrollo de técnicas de rotación de Faraday y doble pulso. Jicamarca es el único ISR que utiliza esta técnica para obtener mediciones absolutas de densidad electrónica en la ionosfera.
1967. Aplicación de una teoría completa sobre la dispersión incoherente que incluye los efectos de las colisiones entre iones y la presencia del campo magnético. Experimento de Gyro Resonance que verificó la teoría completa de la dispersión incoherente.
1969. Desarrollo de la técnica pulso a pulso para medir los cambios Doppler de la ionosfera con muy buena precisión. Posteriormente se aplicó la misma técnica a los radares meteorológicos.
1969–72. Primeras mediciones de las derivas ionosféricas ecuatoriales zonales y verticales.
1971. Desarrollo de la técnica de interferometría de radar para medir el tamaño y la ubicación de la región con eco.
1972–74. Desarrollo del radar MST (Mesosfera, Estratosfera, Troposfera) para medir vientos y despejar turbulencias del aire. Las versiones más pequeñas de este tipo de radares se denominan perfiladores de viento.
Desde 1974. Promoción y participación en campañas internacionales de cohetes para estudiar las irregularidades atmosféricas e ionosféricas. Las mediciones de JRO complementan las mediciones in situ realizadas con cohetes lanzados desde Punta Lobos, Perú.
1976. Explicación de la física detrás de las irregularidades F extendidas.
1981–82 Mejora de la técnica de interferometría de radar para medir las derivas zonales de irregularidades ionosféricas (EEJ y ESF).
1987.
Desarrollo de la técnica de Interferometría en el Dominio de Frecuencia (FDI) que permite realizar mediciones de la estructura altitudinal fina de los ecos.
1987. El Dr. Tor Hagfors, ex director de JRO, recibió la Medalla de Oro Balthasar van del Pol de la URSI, por sus contribuciones a la ingeniería de radar y la teoría y el desarrollo experimental de las técnicas de dispersión incoherente.
Desde 1991. Desarrollo de la técnica de Imagen radar por científicos peruanos y colegas estadounidenses. Esta técnica permite observar la estructura angular fina dentro del haz y, por lo tanto, discriminar entre ambigüedades temporales y espaciales.
1993. Instalación del primer radar MST en la Antártida.
1994. Primeras observaciones de los ecos de verano de la mesosfera polar (PMSE) en la Antártida y descubrimiento de una asimetría significativa con respecto a los ecos árticos.
1996. El Prof. Donald T. Farley, ex director de JRO e investigador principal, recibió el premio URSI Appleton por “Contribuciones al desarrollo de la técnica del radar de dispersión incoherente y a los estudios de radar de las inestabilidades ionosféricas”.
1997. Primer radar VHF a bordo de un barco científico (BIC Humboldt), que ha permitido el estudio del PMSE en diferentes latitudes antárticas.
1999. El Dr. Ronald F. Woodman, ex director de JRO, recibió el Premio URSI Appleton por “Principales contribuciones y liderazgo en estudios de radar de la ionosfera y la atmósfera neutral”.
2000. Técnica radar para “comprimir” antenas, utilizando modulación de fase binaria de los módulos de antena.
2001. Primeras mediciones de densidad electrónica de electrones entre 90 y 120 km de altitud utilizando un pequeño sistema de radar biestático.
2002.Personal de JRO peruano y extranjero de 1960 a 1969. Fotografía tomada en JRO en mayo de 2002 durante el Taller del 40 Aniversario.
Primera observación de irregularidades de la región E de dos corrientes puras durante condiciones de campo contraeléctrico.
Taller 40 Aniversario Jicamarca.
Desde 2003. Observaciones mejoradas perpendiculares al campo magnético, acompañadas de refinamientos en la teoría y los cálculos, para medir simultáneamente derivas y densidades de electrones.
2004.
Mediciones inequívocas de los espectros del ESF en la parte superior mediante pulsaciones aperiódicas.
Descubrimiento de ecos de 150 km mediante haces que apuntan en sentido contrario a la perpendicular al campo magnético.
2005. Perfiles de viento zonales de la primera región E a partir de ecos de electrojet ecuatoriales.
2006. Observaciones multirradar de irregularidades EEJ: VHF y UHF, haces verticales y oblicuos e imágenes de radar.
2007. Identificación de poblaciones de meteoritos esporádicos utilizando 90 horas de ecos de cabezas de meteoritos de JRO.
2008.
Primeras mediciones ISR de perfil completo de la ionosfera ecuatorial.
Primera observación de una lluvia de meteoritos a partir de los ecos de las cabezas de meteoritos.
2009. Instalación de un interferómetro Fabry-Perot en JRO (Observatorio MeriHill).
2011. Despliegue de un Interferómetro Móvil Fabry-Perot en Nasca.
