Secció de Ionosfera

Objectius

La Sección Ionosférica del Observatorio del Ebro tiene por objeto el estudio y observación de la ionosfera terrestre. Tal objetivo se enmarca en la línea de actuación del Observatorio del Ebro que es el estudio de las relaciones solares - terrestres. La ionosfera es la parte de la atmósfera que está débilmente ionizada principalmente por la radiación solar (predominantemente Rayos X, Ultravioleta Extremo y Ultravioleta) en latitudes medias y bajas, y por la radiación corpuscular transportada por el viento solar en latitudes altas como efecto del campo geomagnético.

Observació

La observación de la ionosfera terrestre se basa en técnicas de medida indirectas. Estas técnicas utilizan la modificación que sufren las ondas electromagnéticas en su propagación cuando atraviesan un medio ionizado y en presencia de un campo magnético (reflexión, retraso de fase y grupo, absorción, cambio de polarización, etc.) para obtener diversos parámetros que caracterizan la ionosfera.

Actualmente en el Observatorio se realizan registros mediante sondeos de incidencia vertical. Normalmente se efectúa una exploración horaria con este sistema. También se realizan campañas específicas de sondeos con una cadencia de tiempo superior. El análisis de los registros genera diversos parámetros ionosféricos, así como el perfil de densidad electrónica en función de la altura.

Estos parámetros se envían regularmente a los Centros Mundiales de Datos diariamente, así como a los investigadores que los soliciten.

Instrumentació

Desde la constitución de la sección se han utilizado básicamente tres métodos de exploración ionosférica: Sondeos de incidencia vertical, Método A3 para la medida de absorción ionosférica, Medida del contenido total de electrones (CTE) de la Ionosfera a partir de señales de satélites artificiales. Cada método de exploración se efectúa mediante instrumentación específica y proporciona información particular sobre el estado de la Ionosfera, asociada a parámetros representativos. En la actualidad se realizan registros mediante sondeos de incidencia vertical y medida del CTE mediante señales del sistema GPS.

Sondeos de incidencia vertical

De manera esquemática el mecanismo es el siguiente: Se emite verticalmente pulsos de ondas de radio de frecuencia conocida, estos pulsos se reflejan en la ionosfera cuando encuentran una densidad electrónica suficiente y se reciben de nuevo en la estación ionosférica. Conocidos el tiempo de emisión y recepción y asumiendo una velocidad de propagación igual a la de la luz se determina la altura virtual en que ha tenido lugar la reflexión. El sistema efectúa un barrido de frecuencias y se obtiene como resultado lo que comúnmente se conoce como ionograma, una representación de la frecuencia de sondeo en función de la altura virtual. La altura virtual es mayor que la altura real, debido a que la ionosfera actúa como medio de propagación dispersivo, que hace que la velocidad de propagación de estos pulsos en este medio sea menor que la de la luz. Sin embargo, aplicando algoritmos de inversión del ionograma se obtiene un perfil de densidad electrónica en altura real. Además, mediante la integración del perfil de densidad electrónica en altura, se puede determinar el Contenido Total de Electrones (CTE).

Actualmente la Sección dispone de una base de datos digital de dichos parámetros que abarca desde 1955 hasta la actualidad.

Método de Absorción A3

La región ionosférica D, la más baja, no puede observarse mediante sondeos de incidencia vertical puesto que su densidad es demasiado baja para producir una reflexión con ángulo de incidencia grande. Para su observación, en el Observatorio se utilizó el método A3 para la medida de la absorción ionosférica. El sistema está constituido por un emisor remoto del que se conoce su frecuencia y potencia de emisión, y de un receptor sintonizado. Conocido el punto intermedio de reflexión y la altura aproximada a la que tiene lugar se puede deducir la absorción que ha sufrido la onda emitida y la densidad electrónica que ésta ha atravesado. Este sistema estuvo operativo desde 1967 a 1992, y el registro está disponible sobre papel.

Observación de Satélites artificiales

En Octubre de 1964 se inició una colaboración, primero con la NASA y lugo con la USAF, para determinar el Contenido Total de Electrones (CTE) mediante el cálculo de la rotación de Faraday. Este método se basa en el hecho que el plano de polarización de una señal linealmente polarizada emitida desde un satélite gira un ángulo durante su tránsito a través de la ionosfera proporcional al CTE. Registrando dicho ángulo, con la lógica ambigüedad de 2p, se puede determinar el CTE. Hubo dos tipos de registro para medir el CTE con este método, a partir de señales de satélites de órbita polar y a partir de satélites geoestacionarios. Este registro abarca desde 1964 a 1972 y está disponible en papel. Actualmente, la técnica de medida del CTE se basa en el análisis de las señales emitidas por la constelación de satélites GPS, NNSS, etc. Éstos emiten dos frecuencias i es necesario disponer de receptores GPS duales, con los que es posible diferenciar las dos fases asociadas a dichas frecuencias. De este modo se pueden determinar los retrasos de fase debido a la propagación de las señales a través de la ionosfera. Estos retrasos son proporcionales, excepto términos debidos al instrumental, a la densidad electrónica integrada en todo el rayo, y permiten obtener el CTE. Actualmente existe en el Observatorio un receptor GPS del ICC desde 1996 y, mediante el software proporcionado por el gAGE de la UPC se puede obtener el CTE sobre el OEB.