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 extienden desde Lima , Perú, hasta Søndre Strømfjord, Groenlandia . JRO es la principal instalación científica del mundo para estudiar la ionosfera ecuatorial . El observatorio está a media hora en auto hacia el interior (al este) desde Lima y a 10 km de la Carretera Central ( 11°57′05″S 76°52′27.5″O / 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 a 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 la ciencia de la radio . [1]
El Radio Observatorio de Jicamarca fue construido entre 1960 y 1961 por el Laboratorio Central de Propagación de Radio (CRPL) de la Oficina Nacional de Normas (NBS). 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 estuvo dirigido por el Dr. Kenneth L. Bowles , conocido como el “padre del ROJ”.
Aunque el último dipolo se instaló 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 (AGI) en 1957-58 y había estado íntimamente involucrado en todos los aspectos de la construcción y operación de Jicamarca. ESSA y luego NOAA continuaron brindando algún apoyo a las operaciones durante varios años después de 1969, en gran parte debido a los esfuerzos del grupo informal llamado "Jicamarca Amigos" dirigido por el Prof. William E. Gordon . El Prof. Gordon inventó la técnica del radar de dispersión incoherente en 1958.
Unos años más tarde, la Fundación Nacional de Ciencias comenzó a apoyar parcialmente el funcionamiento de Jicamarca, primero a través de la NOAA y, desde 1979, a través de la Universidad de Cornell mediante Acuerdos de Cooperación. 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 operar el Observatorio.
El instrumento principal del 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 de radar, sistema de adquisición y procesamiento. Las principales características distintivas del radar del JRO son: (1) la antena (la más grande de todos los ISR del mundo) y (2) los potentes transmisores.
Componentes del 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 m x 288 m. El conjunto está subdividido en cuartos, cada cuarto formado por módulos de 4x4. El haz principal del conjunto se puede orientar manualmente +/- 3 grados desde su posición en el eje, cambiando los cables a 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 simultáneas de múltiples haces, aplicaciones de interferometría de radar de múltiples líneas de base, así como imágenes de radar, etc.
Transmisores . Actualmente, JRO cuenta con tres transmisores, capaces de entregar 1,5 MW de potencia pico cada uno . Próximamente se terminará un cuarto transmisor que permitirá la transmisión de 6 MW como en los primeros días. Cada transmisor puede ser alimentado independientemente y puede conectarse a cualquier sección del cuarto del conjunto principal. Esta flexibilidad permite la posibilidad de transmitir cualquier polarización : lineal, circular o elíptica.
Otros. Los demás componentes del radar se modifican y modernizan constantemente de acuerdo con la tecnología disponible. Para el montaje de los receptores, el controlador del radar y el sistema de adquisición se utilizan dispositivos electrónicos modernos. La primera computadora del Perú llegó al ROJ a principios de la década de 1960. Desde entonces, se han utilizado diferentes generaciones y sistemas de computadoras .
JULIA son las siglas de Jicamarca Unattended Long-term Investigations of the Ionosphere and Atmosphere (Investigaciones de larga duración sin supervisión de Jicamarca de la ionosfera y la atmósfera) , un nombre descriptivo para 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 de excitación del radar principal de Jicamarca junto con el conjunto de antenas principal . En muchos sentidos, este sistema duplica la función del radar de Jicamarca , excepto que no utiliza los transmisores principales de alta potencia, que son costosos y requieren mucha mano de obra para operar y mantener. Por lo tanto, puede funcionar sin supervisión durante largos intervalos. Con su par de transmisores pulsados de potencia pico de 30 kW que impulsan un conjunto de antenas modulares de (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 solo se han investigado episódicamente o en modo de campaña.
Se ha recopilado una gran cantidad de datos sobre irregularidades ionosféricas durante las campañas 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.
Superficie : ¿Qué controla la distribución de iones ligeros ? ¿Por qué los perfiles ecuatoriales son tan diferentes de los de Arecibo ? ¿Cuál es la respuesta de la superficie a las tormentas ?
Región E : ¿Cuáles son los parámetros básicos de fondo en la región E ecuatorial ? ¿Cuál es la morfología de los perfiles de densidad en esta región difícil de explorar? ¿Cómo afecta esta morfología al dinamo de la región E?
Ecos de valle diurnos (o los llamados ecos de 150 km). ¿Cuáles son los mecanismos físicos que los provocan? (¡Todavía es un misterio después de más de 40 años!).
Resumen de contribuciones científicas y hitos (desde 1961)
1961. Primeras observaciones de ecos dispersos incoherentes. Primer ISR en funcionamiento.
1961–63. Explicación de los procesos físicos que se esconden detrás de las irregularidades del plasma 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 obtenida mediante mediciones terrestres incluso ahora).
1964.
Primeros ecos de radar VHF de Venus.
1964. Descubrimiento de los llamados ecos de 150 km. Los mecanismos físicos que se encuentran detrás de estos ecos siguen siendo (hasta agosto de 2008) un misterio.
1965. Mediciones de la rugosidad de la superficie lunar con radar VHF. Prueba realizada y utilizada por la NASA en 1969 para el Apolo 11 con Neil Armstrong, que sabía que iba a pisar la Luna.
1965–69. Desarrollo de las 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 Giro Resonancia que verificó la teoría completa de la dispersión incoherente.
1969. Desarrollo de la técnica pulso a pulso para medir los desplazamientos Doppler de la ionosfera con muy buena precisión. Posteriormente, la misma técnica se aplicó 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 de eco.
1972–74. Desarrollo del radar MST (Mesosfera, Estratosfera, Troposfera) para medir vientos y despejar turbulencias en el 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 el estudio de irregularidades atmosféricas e ionosféricas. Las mediciones del ROJ complementan las mediciones in situ realizadas con cohetes lanzados desde Punta Lobos, Perú.
1976. Explicación de la física detrás de las irregularidades de la dispersión F
1981–82 Perfeccionamiento de la técnica de interferometría de radar para medir las derivas zonales de las irregularidades ionosféricas (EEJ y ESF).
1987.
Desarrollo de la técnica de Interferometría del Dominio de Frecuencia (FDI) que permite mediciones de la estructura fina de altitud de los ecos.
1987. El Dr. Tor Hagfors, exdirector del 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 imágenes de radar por científicos peruanos y colegas estadounidenses. Esta técnica permite observar estructuras angulares finas 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 del Ártico.
1996. El profesor Donald T. Farley, exdirector del JRO e investigador principal, recibió el Premio Appleton de la URSI por “Contribuciones al desarrollo de la técnica del radar de dispersión incoherente y a los estudios de radar de inestabilidades ionosféricas”.
1997. Primer radar VHF a bordo de un buque científico (BIC Humboldt), que ha permitido el estudio del PMSE en diferentes latitudes antárticas.
1999. El Dr. Ronald F. Woodman, ex Director del JRO, recibió el Premio Appleton de la URSI por “sus importantes contribuciones y liderazgo en los estudios de radar de la ionosfera y la atmósfera neutra”.
2000. Técnica de 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 peruano y extranjero del ROJ de 1960 a 1969. Fotografía tomada en el ROJ en mayo de 2002 durante el Taller del 40 Aniversario.
Primera observación de irregularidades en la región E de dos corrientes puras durante condiciones de campo contraeléctrico.
Taller 40 Aniversario de Jicamarca.
Desde 2003. Se han mejorado las observaciones 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 ESF en la parte superior utilizando pulsos aperiódicos.
Descubrimiento de ecos de 150 km utilizando haces que apuntan en dirección opuesta a la perpendicular al campo magnético.
2005. Primeros perfiles de viento zonal de la región E a partir de ecos de electrojet ecuatoriales.
2006. Observaciones multirradar de irregularidades del chorro de agua estadounidense: 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 del JRO.
2008.
Primeras mediciones del perfil completo de la ionosfera ecuatorial realizadas mediante el ISR.
Primera observación de una lluvia de meteoritos a partir de los ecos de las cabezas de los meteoritos.
2009. Instalación de un interferómetro Fabry-Perot en el JRO (Observatorio MeriHill).
2011. Despliegue de un Interferómetro Móvil Fabry-Perot en Nasca.
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Sitio oficial del Radio Observatorio de Jicamarca
Instituto Geofísico del Perú
Noticias de JRO
Bases de datos de JRO
Investigación sobre la atmósfera superior en la Universidad de Cornell
Lista de publicaciones relacionadas con JRO
Imagen satelital
Películas de Jicamarca
Radar de dispersión: investigación espacial desde tierra, 1963. De NBS, disponible a través de Amazon; también se puede descargar desde Internet Archive.
Radares de dispersión incoherente en todo el mundo
Radar de dispersión incoherente modular avanzado, Alaska (EE. UU.) y Resolute Bay (Canadá)
Observatorio de Arecibo, Puerto Rico
Red europea de radar de dispersión incoherente (EISCAT), Noruega-Suecia-Finlandia
