El universo en megahercios
Escrito por Rafael Campillos el 4 Marzo 2009 – 22:03 -
Una radio de onda corta
¿Te imaginas que con una radio como la de la foto se puede hacer ciencia?.
No imagines mucho, se puede hacer ciencia. Si si. Y te preguntarás “¿Pero los astrónomos no usáis los telescopios?”. Evidentemente sí. Pero el universo tiene algo más que luz y materia. Pero antes un pequeño resumen de la entrada, que es un poco larga.
El espectro electromagnético
La luz solo es una pequeña parte de todas las ondas de tipo electromagnético. ¿Cómo funciona esto de la radiación?
La Radioastronomía
Veremos como surgió y a que se dedica esta rama de la astrofísica. Su historia y sus logros.
Radioastronomía a nivel amateur
Porque a todos en casa nos gusta cacharrear y quien sabe, lo mismo alguno se anima. Hablaremos de las diferentes opciones para hacer radioastronomía amateur, explicaremos cada caso e incluso hay audios de ejemplo.
El espectro electromagnético
La luz solo es una pequeña parte de todas las ondas de tipo electromagnético (eso es, que no son como el sonido, que son ondas materiales y necesitan un medio para propagarse como el agua o el aire, son un campo eléctrico y otro magnético). Seguro que has ido alguna vez al médico a hacerte una radiografía con Rayos X, o que has usado un microondas, sintonizado tu radio o sentir el calor de los rayos infrarrojos del Sol a la vez que te protegías contra los rayos ultravioleta. Pues todas estos “rayos” no son más que parte de la “gran familia” de las ondas electromagnéticas.
El espectro electromagnético
Aquí vemos como podemos ordenar la radiación según su frecuencia o longitud de onda (sabemos que frec·long=velocidad luz) y por su energía (energía=cte. plank·frecuencia). Todo este tipo de radiaciones son naturales en los procesos físicos del universo, nosotros solo podemos ver la franja de la luz, pero además, muchas de ellas no llegan a la superficie terrestre.
Ventanas atmosféricas
Podemos ver que poca parte del espectro no es absorbida por la atmósfera, el visible, alguna franja en el infrarrojo y casi toda la parte de radio. Y esto es solo el comienzo de una interesante y fructífera historia la Radioastronomía.
La radioastronomía
Jansky y su antena
La historia de la radioastronomía comienza en 1931 con Karl G. Jansky, un investigador de los laboratorios Bell que trabajaba en Nueva Yersey. Como suele ocurrir en la ciencia, el nacimiento de la radioastronomía fue por casualidad, Jansky buscaba para Bell interferencias en las comunicaciones de larga distancia, y en sus estudios encontró que había una fuente en radio que giraba con el mismo periodo de la Tierra, finalmente descubrió que era el centro de la Vía Láctea.
La señal no se repetía cada 24 horas, sino cada 23 horas y 56 minutos. Finalmente, se dio cuenta de que la radiación venía de la Vía Láctea y de que ésta era más intensa en la dirección del centro de la Vía Láctea, en la constelación de Sagitario. Pero los Laboratorios Bell tenían ya la información que querían acerca de los ruidos: los ruidos no eran un problema para la radiocomunicación transatlántica. Jansky fue asignado a otro proyecto y nunca terminó su investigación en Radioastronomía.
En 1943, Grote Reber realizó con una antena casera (de 9,5 m) un mapa en radio de la Vía Láctea. En esa época de la II Guerra Mundial se descubrió que el Sol también emitía ondas de radio. En los años 50, con el fin de la II Guerra Mundial y sus avances tecnológicos la radioastronomía comenzó a desarrollarse profesionalmente.
En 1965 los investigadores Arno Penzias y Robert Wilson obtuvieron el premio Nobel de física por descubrir (también de forma casual) la radiación de fondo cósmica, en microondas, prueba del Big Bang postulada por George Gamov. El último gran proyecto ha sido la misión COBE (Explorador de Fondo Cósmico), encargada de hacer un mapa de la radiación de fondo cósmica. En 2006 el Nobel de Física recayó en dos investigadores que estudiaron las anisotropías (irregularidades) de esta radiación.
Radioastronomía a nivel amateur
No es el radiotelescopio de Arecibo pero funciona
La astronomía goza de una gran comunidad de observadores amateurs, nadie lo duda, sin embargo, poca gente se dedica a ver el universo en radio, aunque se puede. Evidentemente no podemos ni alcanzar el 1% de lo que se puede hacer con un radiotelescopio como el de Arecibo o Effelsberg, la tecnología usada es muy cara, necesita de una gran infraestructura grande detrás. A nivel amateur con una antena parabólica de una envergadura considerable (1 m) podemos detectar las radiofuentes principales como el Sol y la Luna, interesante es también hacer un seguimiento de eclipses en radio. También se pueden escuchar “tormentas” en Júpiter, pero estas tormentas no son de rayos y truenos, sino de electrones. Unos proyectos interesantes son los de RadioJove de la Nasa, donde explican como construir el sistema para escuchar estas tormentas, y que además sirve para monitorizar la actividad solar.
En astronomía a veces se necesita la colaboración de observadores y astrofotógrafos como por ejemplo para calcular y actualizar órbitas de cometas y asteroides, como el MPC. En radioastronomía más o menos se da la misma situación, el IMO (International Meteror Organization) tiene una sección de observaciones en radio, que es un aspecto poco estudiado de las lluvias de meteoros, su “componente” en radio. Así que aquí todo dato obtenido es científicamente aprovechable incluso.
Radioastronomía “térmica”
Con una antena de TV se puede hacer radioastronomía
Todo objeto se comporta de tal modo que absorbe radiación y emite radiación, lo que llamamos cuerpo negro, esta radiación viene en función de la temperatura del cuerpo y viene expresada por la ley de Plank. Podemos intentar escuchar estas radiaciones con una antena de Tv por satélite ya que la emisión es en todo el espectro. En caso de una parabólica de 1,1 metros la longitud de onda viene en función de: es decir, captaremos ondas de una longitud de onda de once centímetros en adelante. El LNB universal (receptor normal de TV), en banda Ku, recoge de 10,7 GHz a 11,7 GHz. Esta será nuestra ventana de recepción. ¿Pero que podemos ver con esto?
El Sol es la estrella que reina en el Sistema Solar. El Sol tiene periodos de actividad violentos, en los que se producen “llamaradas”, explosiones de rayos X, las llamadas CME (Eyecciones de masa coronal) y las conocidas manchas. Cuando dan estos procesos generalemnte van acompañados de energía en todo el espectro. A menudo causan en la tierra tormentas electromagnéticas que entorpecen las telecomunicaciones y dañan los satélites.
A continuación puedes escuchar una tormenta solar:
La Luna refleja la luz del Sol, y por lo tanto, no solo refleja la luz de este, sino todas las radiaciones que le llegan, aunque solo un porcentaje del total, dicho porcentaje se denomina albedo. Por lo tanto la Luna es también un objetivo.
Tormentas en Júpiter
Este tipo de radiación se debe a la interacción de las partículas cargadas con campos magnéticos (cuando una carga entra en un campo magnético sufre una fuerza que modifica su trayectoria, a menudo en forma circular). Cuando este proceso es a velocidades “normales” se denomina radiación ciclotrón (por ejemplo aceleradores de partículas), una radiación que no es demasiado intensa para la astrofísica. Sin embargo, cuando dicha interacción se lleva a cabo a velocidades relativistas (cercanas a la velocidad de la luz), se llama radiación sincrotrón, y la intensidad de la radiación es suficientemente intensa para ser detectada, como por ejemplo en quásares o en Júpiter.
Tipos de tormentas en Júpiter
Este tipo de radiación sincrotrón, tormentas electromagnéticas llamadas bursts, se darán cuando Júpiter y su luna Ío tengan la orientación adecuada con respecto a la Tierra (y que sea de noche, ya que la emisión solar no permite observar). En la siguiente página tenemos archivos con la predicción para el año en vigor de las tormentas: http://www.kochi-ct.ac.jp/%7Eimai/jup/ , una página de la universidad de Kochi, en Japón con un pequeño código para calcular las efemérides de las tormentas jovianas. O en la página del proyecto de la NASA, Radiojove: http://radiojove.gsfc.nasa.gov/observing/predictions.htm
Para escuchar la radiación joviana podemos usar una simple antena circular de cobre unos 26,3 cm de diámetro colocada sobre una tabla forrada con un elemento conductor (simplemente papel de aluminio vale) a unos 30 cm de distancia. El hilo del cable coaxial se conecta a la circunferencia de cobre y la malla al recubrimiento de la base.
Aquí tienes ejemplos de los distintos tipos de tormentas: Tipo L y Tipo S
Escuchando meteoros
Meteorscattering
El meteorscattering es la técnica que, de forma indirecta, se una para el conteo de meteoros. Se basa en la reflexión temporal de las ondas que hace un meteoro cuando ioniza la atmósfera cercana (cola iónica del meteoro), pudiendo llegar ondas de emisores muy lejanos. Conociendo la frecuencia de emisión de uno de estos emisores se puede registrar la actividad meteórica.
Según algunos estudios previos, las frecuencias óptimas para registrar la señal están entre los 40-100 MHz, este rango de frecuencias se encuentra dentro de la denominada Banda I que va de los 47 a los 68 MHz y es un canal antiguo de emisión de TV. Las emisiones de TV usan un par de frecuencias denominadas portadora de video y portadora de sonido y otra adicional que es la portadora de color. De entre estas 3 frecuencias, la radiada a mayor potencia es la del vídeo, así que la frecuencia idónea para la radioobservación de meteoros será alguna frecuencia portadora de vídeo de una TV en la banda primera. Hay diversos sitios en internet donde se pueden encontrar listas de canales de TV y las frecuencias que usan. Por desgracia la banda primera está despareciendo a favor de las frecuencias en UHF y VHF y de la nueva TDT y el apagón analógico, por lo que en unos años seguramente habrá que buscar nuevas frecuencias.
Una antena yagi
El tipo de antenas idóneas son las antenas yagi (las normales de TV) en la antigua banda de TV de HF (high frecuency u onda corta) que comprende las VHF y UHF. Dentro de ella hay varias bandas, y precisamente la banda de VHF (very high frecuency) que tiene la llamada banda I cuyas frecuentas van por canales entre los 47 y 68 MHz siendo idónea para el meteorscattering.
Ejemplo de como “suena” un meteoro:
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