RADIOASTRONOMIA

La radio dejo de ser un campo científico para convertirse en un poderoso medio de comunicación, reconocieron además que las ondas de radio eran un poderoso medio para aprender más sobre la tierra.

En 1931 Karl Jansky fue la primera persona que detectó ondas de radio cósmicas, reconociendo que provenían del centro de nuestra Galaxia, La Via Lactea .Con el descubrimiento de Jansky se inició un nuevo campo de exploración-el uso de ondas de radio para estudiar el universo.

En la década de los 30 Grote Reber construyó la primera antena parabólica en el patio de su casa-la usó para estudiar las emisiones de radio de nuestra galaxia. Durante la segunda guerra mundial se desarrolló la tecnología y favoreció el progreso en la radioastronomía. Las mejoras en el campo de la electrónica y la creación de telescopios de mayor tamaño contribuyeron a aumentar el nivel de sofisticación de los sistemas radiodetectores .Con estas mejoras pudieron descubrir nuevas fuentes de emisiones de radio del planeta . Jupiter hasta las llamadas radiogalaxias, los cuáeres y una fuente de radio pulsante que se descubrió más tarde que eran estrellas de neutrones de rotación rápida . Se descubrió además que las intensas fuentes de emisiones de las partes externas de las estrellas y nubes de gases interestelares eran máseres naturales-los cuales operan bajo los mismos principios que el laser.
En 1956 Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron una señal de radio que fue generada poco después que se originó el universo con el Big Ban .Por eso se le otorgó el Premio Nobel en 1978.

LA CONFIGURACION DE ARECIBO
( ESFÉRICA VS PARABÓLICA )

La mayoría de las antenas de radio, como la parabólica de satelite, así como la mayoría de los telescopio reflectores ópticos, usan un reflector de toma parabólica para recibir radiación. La energía que llega rebota en la superficie y es dirigida hacia el otro foco donde un radioreceptor detecta la señal. La parábola sinembargo posee un limitado un número de posiciones desde donde puede dirigir energía hasta su eje central esto obliga al observador mover el telescopio cada vez que desea mirar de una dirección a otra.

Un reflector esférico aparece igual desde todas las direcciones si se observa desde el centro. Dicho tipo de antena es sensbible a la radiación que proviene de diversas direcciones pero no puede focalizarla en un punto específico como lo hace el reflector parabólico. Esto quiere decir que se necesita un dispositivo adicional para poder focalizar la señal.

Un tal dispositivo es la antena lineal, que consiste en una larga antena movil que recoge y focaliza la energía .En Arecibo esta antena debe medir 96 pies de largo para poder tener la capcaidad necesaria para recoger toda la energía reflejada por el reflector esférico principal. Estas antenas lineales  trabajan muy bien las frecuencias bajas pero su operación está limitada a un rango muy estrecho de frecuencias.

En tres años se completó el Observatorio ionosférico de Arecibo Se utilizaria para estudiar  la ionósfera con una técnica llamada "incoherent scatter radar" (radar de dispersión inconvexa)
El radar también se utilizaria para estudiar diversos cuerpo del sistema solar,etc. Se completó la construcción en 1997 por un valor de $25 millones. Está ubicado a 137 metros de altura.

En 1996 se instaló un dispositivo alterno llamado sistema Greogiarno que utiliza dos  reflectores que enfocan la energía en un punto dado. Este sistema opera en un campo de frecuencia mayor. Por lo que esto incrementa el intérvalo de frecuencias en el cual el telescopio es utilizable.

¿Quien lo hizo y Como funciona?

William E Gordon fue quien concibió el telescopio de Arecibo Profesor de ingeniería eléctrica de la Universidad de Crpnell. Gordon esta interesado en estudiar las características de las capas superiores de la atmósefera terrestre (ionósfera) y pensó que podía usar este radar para medir la densidad y la temperaturas de la ionósfera .A Gordon se le ocurrió colocar reflectores esféricos fijos respecto a la superficie del terreno que tuviera un receptor movible suspendido encima del reflector . Un telescopio cuyo reflector midiera 1,000pies resultaría más eficiente si se colocaba en un lugar donde el sol, la luna y los planetas transitaran cerca del cenit .Puerto Rico poseía esta cualidad, además el terreno de tipo Cársico( pequeños valles profundos), rodeado por cerros de piedra caliza.

La profundidad debía ser de 167 pies, ocupa un area de 18 héctares.el equivalente a 26 campos de futbol. La superficie del reflector está compuesta de 38,778 paneles de alumino los cuales descanzan sobre una red de cables a través de la cuenca natural de piedra caliza. EL reflector se encuentra en conjuto con una estructura metálica conocida como: "la plataforma "con un peso de 700 toneladas. Los cables están sujetos  a torres que se matienen balanceadas, más cables adicionales que se extiennden a la tierra hasta enormes bloques de concreto a su vez , anclados en rocas. El sistema de cables contraresta con los cambios de temperatura que de otro modo afectaría la inclinación y altura de la plataforma.

La parte superior de la plataforma consite de un gran triángulo que en su borde inferior contiene un riel circular que guía el movimiento, en la dirección" azimutal"(es decir en el plano horizonal) y un brazo azimutal. El barzo tiene 93 pies de largo y de el se suspenden las antenas lineales y la cúpula del sistema Gregoriano(pesa 75 toneladas.)

Es sistema fucniona con frecuencias entre los 50 y 10,000 megahercios (10GHz) las que corresponde a las longitudes de ondas entre los 6 metros y 3 centímetros.
El reflector escoge las ondas de radio y las refleja en el receptor Gregoriano que focaliza dichas señales .La información viaja a través de los cables eléctricos y llega al edificio de operaciones donde equipo especializado lo convierte en formato digital. Los datos digitales pasan a  las computadoras y son almacenados. Se ilustra luego en forma gráfica en los terminales de video para que los científicos puedan exminarla de inmediato.

¿Que observan?

Los meteórologos estudian la interface entre la Tierra y el espacio por medio de la medición de la temperatura, velocidad del viento, capacidad eléctrica y la composición de la materia que se halla en la atmósfera, incluso estudian las ionósfera, que es la región atmosférica de la Tierra que está arriba de 30 millas de altitud. La composición de la ionósfera incluye iones (átomos que han perdido uno a varios electrones) como resultado de la radiación ultravioleta.

La ionósfera está compuestas de gases neutros, pero contiene además, oxígeno ionizado, helio, e iones metálicos producidos por la combustión de meteoritos . A diferencia de lo átomos, los iones tiene carga eléctrica por tal razón la fuerza y dirección del campo electromagnético de la Tierra afectan su movimiento.

Las condiciones del tiempo en el espacio:

Los disturbios geomagnéticos producidos por cambios súbitos en la cantidad de radiación y de partículas con carga eléctrica que proviene del sol- pueden alterar la ionásfera, la cual utilizamos en las comunicaciones de larga distancia cuando rebotamaos las ondas de radio contra sus capas inferiores. Los cambio en el nivel de energía solar también influyen en la ionósfera. El radar de dispersión inconvexa (la de Arecibo) rebota las señales contra los electrones e iones de la atmósfera lo que facilita las mediciones de las propiedades de la ionósfera que se hallan a 4 mil millas .Estos estudios ayudan a comprender más detalladamente las capas gaseosas que rodean nuestro planeta.

Arecibo pertenece a una cadena de observatorios ópticos y de radar que se extienden desde Groenlandia hasta Perú. Sus objetivos son:

* Estudiar las reacciones de las distintas capas de la atmósfera de la Tierra a las fuerzas gravitacionales, el aumento o disminución de la temperatura, los campos magnéticos y eléctricos. Se ha podido estudiar hasta los efectos gravitacioneales de la luna.

* Observar meteoritos y partículas cósmicas- que a veces a penas miden centímetros de diámetros- cuando se acercan a la tierra.

* Estudiar las auroas boreales, tormentas y relámpagos.

* Examinar el movimiento vertical de elementos atmosféricos tales como el ozono, el vapor de agua y los aerosoles producidos por las erupciones volcánicas y los aviones jet supersónicos. Algunos de ellos entre los que está Arecibo, se han equipado con"lidars" instrumentos que usan la tecnología láser para estudiar la estructura y dinámica atmosférica.

LA EXPLORACION POR RADAR
¿ Como aprendemos sobre el sistema solar ?

Los científicos utilizan un sistema de radio con millones de vatios para estudiar el sistema solar. Esas señales son dirigidas hacia los planetas, lunas, asterioides, cometas y anillos planetarios, reflejados por los mismos y analizados en detalle cuando regresan al laboratorio. El nivel de energía de transmisión necesario es tan alto, pues solo una minúscula fracción de la energía transmitida regresa al telescopio después de ser reflejada por un objeto lejano.

El telescopio de Arecibo puede producir ahora imagenes con definición de1 un kilómetro (media milla) del planeta Venus, cuya superficie está cubierta de nubes y estudiar los asteroides y cometas que orbitan alrededor del sol con definición bajo los 15 metros (50 pies).

El sitsema de radar transmite pulsos de energía y recibe reflexión resultante, o eco, de los objetos que se hallan en la trayectoria definida por el haz. Los antrónomos pueden precisar la distancia que hay por ejemplo entre la tierra y los objetos de nuestro sistema solar cuando el tiempo que tarda una señal en regresar, sabiendo que la señal se propaga a la velocidad de la luz (186 mil millas por segundo).

Si la señal está en movimiento sufre  la señal que refleja sufre un desplazamiento Doppler (es decir que la frecuencia de la radiación regresa con un valor ligeramente diferente  con al que se transmitió) eso permite medir el movimiento del objeto.

Midiendo desplazamiento Doppler, los científicos han podido crear mapas de la superficie de dichos objetos .También salen datos sobre la composición química y estructural del material de la superficie reflejante. Esta información ha sido útil a la NASA a la hora de seleccionar los mejores lugares para el alunizaje de las expediciones Apolo y los aterrizajes del Viking en Marte.

¿Que se ha descubierto de los planetas?

* Usando el telescopio de Arecibo como radar, se han podido elaborar mapas de La Luna, que se encuentra a 240 mil millas, de Venus a 30millones de milla, de Marte (40 millones de millas, de Mercurio 60 millones de millas y aún de los anillos de Satruno  1.3 billones de millas de nuestro planeta. La señal tarda aproximadamente 2 horas y media de llegar de Saturno a la Tierra.  El alcance del radar en el sistema solar tiene como limitación el tiempo que tarda la señal en ir y venir, mas bien que le falta sensitividad.

* Ántes que pudieramos estudiar con ondas de radio el planeta Mercurio, los científicos pensaban que tenia una rotacion"vinculada", mostrando siempre el mismo hemisferio al sol, tal como nuestra Luna que siempre muestra la misma faz a la tierra. Los primeros experimentos se llevaron a canbo en Arecibo obervaron una mayor velocidad de rotacion: Mercurio completa su rotación en 59 días y no en 88 como se creía originalmente. Los astrónomos han podido observar además que hay regiones de hielo en las regiones polares de Mercurio en el fondo de cráteres que no reciben luz solar.

*  Venus, llamado el "planeta velado", está perpetuamente cubierto de nubes muy densas lo que imposibilita el estudio de su superficie con telescopios ópticos. Las ondas de radar no  pueden penetrar dicha cubierta de nubes, permitiendo por primera vez la definición de mapas de gran parte de la superficie del planeta. Las obervaciones que se han hecho en Arecibo demuestran que el período de rotación de Venus es muy lento 243 días y que el planeta rota en dirección opuesta a la dirección de rotación de los otros planetas de nuestro sistema solar , con la excepción de Urano.

LA EXPLORACION DEL UNIVERSO
Rdioastronomía

Se dedica aproximadamente 70% del tiempo de observación en Arecibo a la radioastronomia: recibir, detectar. amplificar y grabar señales de radio provenientes de objetos astronómicosdistantes-- distintos tipos de estrellas, nubes interestelares dentro de lo que forman las nuevas estrellas: galaxias y cuásares.

Los púlsares-Faros celestiales:

Son algunos de los cuerpos celestes más fascinantes que se estudian en Arecibo. Fueron descubiertos por astrónomos de La Universidad de Cambridge en 1967 Los pulsares son estrellas de neutrones que rotan rápidamente y emiten ondas de radio muy fuertes aunque solo durante parte de su vida. Las estrellas de neutrones se forman como resultado de las explociones violentas de supernovas- que ocurren cuando el centro de una estrella de masa elevada se desintegra al agotarse el combustible nuclear.

Los púlsares tienen campos magnéticos muy fuertes. El débil campo magnético de la estrella madre se fortalece enormemente cuando la misma colapsa y se crea un púlsar. El púlsar rotante y magnetizado genera ondas de radio que se emiten desde muy cerca de sus polos magnéticos, dicha radiación es emitida en un haz relativamente estrecho, como en el caso de un faro. Cuando el haz transita a través de la tierra, detectamos un pulso.

Muchos de los púlsares conocidos se vieron por primera vez en Arecibo.
La aceleración de cuerpos de gran masa genera radiación gravitacional. Mientras giran los pulsares se comportan como relojes sumamente precisos .Estos cuerpos se mueven en una danza alrededor de otra estrella de neutrones acercándose lentamente uno al otro moviéndose en sus propias órbitas y ocurria un choque inevitable en cientos de millones de años..La teoría de Einstein predijo este fenómeno pero nunca fueron observados hasta el desubrimiento del pulsar binario lo que hizo que Taylor y Hule ganaoan el Pemio Nobel de Física en 1993 por su descubrimiento.

Otro decubrimiento que se hizo en Arecibo está relacionado con el rápido púlsar B1257+12:se observó que tiene tres planetas en órbita alrededor, los primeros planetas de masa comparable a al Tierra que se han detectado fuera de nuestro sistema solar. Si se han formado planetas alrededor del púlsar, es posible que se puedan formar también alrededor de otro tipo de estrellas.

Otros descubrimientos han demostrado que hay dos clases generlaes de púlsares. 
La primera integrada por cuerpos de lento período de rotación y la segunda ,que se mueven velozmente a través de la Via Lactea hasta a veces mas rápidas que cien veces una de otras. Esta traslación rápida se origina en explosiones asimétricas de supernovas .Por lo menos el 25% de los pulsares logran evadir la fuerza gravitacional de la galaxia y escapar al espacio intergaláctico. Los pulsares pertenecen a las segunda clase-púlsares milisegundo-rotan  a gran velocidad, cientos de veces por segundos, pero se mueven a través de la galaxia lentamente que los púlsares de la primera clase, aunque mucha más rápido que la mayoría de las estrella, Estos formados bajo diferentes cirscuntancias.

CUÁSARES- 
Fuentes de radio causi estelares

Los cuásares o(quásares)-son cuerpos astronómicos descubiertos en 1964 . Los cuársares parecen ser regiones centrales de galaxias jovenes en el centro de las cuales un pequeño volumen de materia produce una enorme cantidad de energía. Una región que es apenas más grande que la distancia que hay entre la Tierra y su vecino estelar mas cercano, puede emitir 100 veces la iluminosidad de una entera galaxia.
Los cuársares se encuentran muy lejos de la Tierra,  a veces más alla del 90% del radio del universo observable. Se alejan de nosotros a velocidades de 95% de la velocidad de la luz.
Las señales de radio recibidas de los cuáceres han estado variando hacia nosotros por más de 10 billones de años.

LA GALAXIAS Y MATERIA OSCURA

Las galaxias son enormes conglomerados de estrellas distribuidas a tarvés del eterno universo. Hacia la década de los 70 observaciones realizadas en Arecibo demostraron que las galaxias son mucha más vastas que se había creido entonces .Estan compuestas principalmente de materia que no se puede ver directamente y que se revela por medio de sus efectos de movimientos de las estrellas y gases interestelares. Se cree ahora que se componen  de lo que los cientificos llaman"materia oscura:" y constituye la mayor parte de toda la materia que hay en el universo.

Se han podido observar galaxias en etapas evolutivas más tempranas exhibiendo halos extensos de gas que bien pueden ser los procursores de los discos que tiene hoy dia las galaxias Como la via Lactea.

En los 80 se pudieron obtener mapas de la distribución tridimencional de las galaxias en el espacio, los cuales mostraron enormes y complejas estrucutras parecidas a filamentos cada una conteniendo miles de galaxias y extendiéndose a través de enormes distancias. Se cree estas estructuras son vesitgios de primordiales especies de"arrugas": que se forman durante las etapas mas tempranas de la evolución del universo.

Laboratorio Químico

Otra área de investigación científica es el estudio de átomos de moléculas espaciales.

Hay distintos tipos de moléculas que emiten ondas de radio de diferentes longitudes  de onda. Por medio de la espectoscopía, se pueden identificar la variedad de substancias que constituyen un laboratoto químico estelar.

Se han detectado proximadamente 100 especies de moléculares de las nubes interestelares entre ellas las de alcohol , formaldehido y monóxido de cabono .Con el estudio de las moléculas han aprendido los científicos a cerca de la química de bajas temperatura.

La radiación que emiten las distintas molécuas de las densas nubes interestelares provee indicios importantes sobre el proceso que tiene lugar en estas regiones que los astrónomos llaman"Jardín de la infancia estelar" y que son los centros donde nacen y se forman las aestrella. Han estudiado estas nubes de gases en la Via Lactea y en otra galaxias.

Tomado dePublicacion:
Arecibo Observatory
National Center and Ionosphere Center
9-04