CRAAM – Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie

RÁDIO TELESCÓPIO POEMAS - Projeto FAPESP (2009/50637-0)

(POlarização da Emissão Milimétrica da Atividade Solar) 45 e 90 GHz

 

O sistema POEMAS é formado por dois telescópios, os quais monitoram o Sol diariamente, operando em duas faixas de comprimento de onda milimétrica, 45 e 90 GHz, com medidas da polarização circular. No sistema POEMAS, a emissão solar detectada é automaticamente calibrada para temperatura de brilho e armazenada. Sua rotina também inclui a medida da opacidade da atmosfera terrestre em certos períodos durante as observações diárias.

Responsável

 

Adriana Valio (avalio@craam.mackenzie.br)

 

O banco de dados dos POEMAS possui observações desde Novembro de 2011 até Dezembro de 2013. Estes dados estão disponíveis e podem ser solicitados via email acima enquanto aguarda a manutenção do equipamento.

 

Justificativa

 

O espectro de explosões solares contém informação importante sobre a física envolvida no processo explosivo. Atualmente, entretanto, existe uma grande lacuna em frequência desde 20 até 200 GHz. Infelizmente esta lacuna em frequência impede a determinação de vários parâmetros de explosões solares como: 

 

(i) a frequência do pico espectral, da qual se deduzem a intensidade do campo magnético da fonte emissora e a densidade de elétrons emissores; 

 

(ii) o índice espectral da fonte opticamente fina, relacionado diretamente com o espectro de energia dos elétrons acelerados, cujo espectro depende do mecanismo de aceleração presente nas explosões; e

 

(iii) outros parâmetros físicos como tamanho da fonte, presença de inomogeneidades que também podem ser inferidas a partir de um espectro com completa resolução espectral. 

 

Recentemente foi descoberta uma nova componente espectral em altas frequências com fluxo aumentando com a frequência, acima de 200 GHz. Esta componente é distinta da componente tradicional observada em microondas, a qual possui um pico por volta de 10 GHz. Para elucidar a natureza das duas componentes (microondas e submilimétrica) e determinar os parâmetros físicos que caracterizam as explosões solares, torna-se essencial observar nas frequências intermediárias de 45 e 90 GHz.

 

Localização

 

Os Telescópios foram instalados no observatório Complexo Astronômico El Leoncito

(CASLEO), na Argentina a 2550 m de altitude local ideal para observação solar na faixa de altas frequências de rádio. Neste mesmo local está instalado desde 1999, o Telescópio Solar Submilimétrico (SST), o qual monitora diariamente o Sol em 212 e 405 GHz.

 

Especificações

 

O instrumento possui dois receptores para patrulhamento solar em 45 e 90 GHz, com medidas de polarização circular à direita e à esquerda com resolução temporal de 10 ms. O telescópio em 45 GHz é formado por um refletor que possui 44 cm de diâmetro e em 90 GHz é formado por uma lente com diâmetro de 16.5 cm. Projetado para observar todo o disco do Sol, apresenta uma largura de feixe à meia potência de 1,4o. Possui uma sensibilidade de 2 e 4 K que corresponde a 4 e 20 Unidades de Fluxo Solar (1 SFU = 104 Jy) e uma eficiência de abertura de 50+5% e 75+8% em 45 e 90 GHz, respectivamente (Valio et al. 2013, Solar Physics, 283:651:665).

 

 

45 (GHz)

90 (GHz)

FWHM

1,4o

1,4o

Sensibilidade (K)

2

4

Sensibilidade (SFU)

4

20

Eficiência de abertura (%)

50+5

75+8

Resolução temporal

10 ms

10 ms

Polarização Circular

Sim

Sim

 

Explosões solares

 

O objetivo principal do telescópio é a detecção de explosões solares. Durante os dois anos de funcionamento dos POEMAS, de Novembro de 2011 a Dezembro de 2013), dezenas de explosões foram detectadas. Um exemplo da emissão de uma explosão medida nas duas polarizações (RCP e LCP), pode ser visto na figura abaixo.

 

O  evento de 17 de fevereiro de 2013 ocorreu entre às 17:47:03 e 17:48:02 UT e foi classificado como M1.9 de acordo com os raios X moles detectados pelo satélite GOES. A explosão foi localizada na região ativa NOAA 11675 (N12E17).

 

Financiamento:

Os sistemas de telescópios POEMAS foi financiado pelo projeto FAPESP (2009/50637-0) 

 

 

Diagnóstico de explosões solares em inédito intervalo espectral, de micro-ondas até frequências THz: desafios para interpretação (FLAT)

Financiamento: FAPESP (Projeto Temático)

 

Pesquisador Principal: Pierre Kaufmann

 

Observações de explosões solares a partir do solo e do espaço, em comprimentos de onda desde rádio até raios gama, produziram consideráveis avanços, mas também suscitaram varias controvérsias não resolvidas. A última fronteira em comprimentos de onda para analisar explosões solares está no intervalo do submilimétrico ao infra-vermelho. Embora o foco central desta prposta está descrição da atividade solar em frequências sub-THz s THz, será essencial analisar suas relações com observações em outros intervalos de frequência, em rádio, no visível e em frequências nas faixas de maior energia no UV, raios-X e raios-gama, para encontrar novas pistas para entender os processos de armazenamento de energia e sua liberação explosiva nas regiões ativas. Para atingir estes objetivos propomos realizar um esforço especial ao longo da fase de decaimento do atual Ciclo Solar 24 (2014-2018), mantendo e atualizando os programas em curso e implementando novas facilidades experimentais. A proposta inclui pesquisa e desenvolvimento complementar de sensores THz, filtros, materiais e sistema integrados para as aplicações propostas. Esforços especiais serão dirigidos para a interpretação de resultados das emissões de explosões solares em THz, emissões associadas em outros comprimentos de onda, no rádio, no visível, no UV, raios X e gama. Atenção será dada a processos físicos de alta energia que ocorrem na aceleração de partículas e sua comparação a mecanismos na escala de aceleradores de laboratório. A proposta está apresentada nas seguintes seções: Justificativas científicas; Novas observações solares em 30 THz; Observações solares em comprimentos de onda cm, mm e sub-mm no Itapetinga e em El Leoncito, Andes argentinos; Observações com elevada cadência em Ha; Detecção complementar de neutros e partículas carregadas; Fotômetros THz para explosões solares em voos de balões estratosféricos de longa duração; Cooperação com experimento GRIPS, UC Berkeley sobre Antartica; Cooperação com Instituto Lebedev de Física sobre a Rússia. Lebedev Physical Institute over Russia;Disponibilização da gôndola de atitude controlada a outros usuários brasileiros; Observações de explosões solares no THz a partir do solo; Transmissão atmosférica THz; O telescópio HATS; Estimativa prçamentária (2014-2018); References.

Geodésia Espacial no Rádio Observatório Espacial do Nordeste (ROEN), Eusébio/Fortaleza

Financiamento: NASA (Contrato NASA/Mackenzie renovado até 2019)

Pesquisador Principal: Pierre Kaufmann

 

Atividades experimentais em geodésia espacial com operações do Rádio Observatório Espacial do Nordeste, ROEN, em Eusébio/Fortaleza, CE,  construído em 1992-1993 nas instalações do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, INPE, mediante convênio com o Mackenzie com recursos iniciais da FINEP (Financiadora de Projetos do MCT) e da agência norte-americana NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), geridos pelo Mackenzie. Atualmente as atividades são coordenadas pelo Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie, CRAAM, da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie, em colaboração com o INPE. Os recursos outorgados pelo contrato NASA-Mackenzie, no contexto do Acordo de Cooperação firmado entre a NASA e a Agência Espacial Brasileira, AEB, complementando as participações do Mackenzie e do INPE.

 

As pesquisas utilizam a técnica radioastronômica de interferometria de muito longa linha de base, chamada de VLBI (“very long baseline interferometry”), com rádio telescópio de 14,2-m de diâmetro operando em duas freqüências de micro-ondas (2,6 e 8,8 GHz), utilizando receptores criogênicos, mantidos a 250 graus abaixo de zero, um complexo sistema de aquisição de dados, controlados por um relógio atômico de hidrogênio, o único existente e o mais preciso do Brasil. Dezenas de quasares extraterrestres são observados simultaneamente com outros 10 a 25 rádio telescópios localizados na Europa, nos USA, na África do Sul e na Antártica. Estas observações são combinadas com medidas de propagação dos sinais de satélites GPS, visando o monitoramento preciso dos movimentos do planeta Terra, variação na duração dos dias, movimentos da crosta causada por eventos sísmicos, deriva de continentes, efeitos do clima espacial na Terra e outros fenômenos menos conhecidos que influenciam o nosso planeta.

 

As pesquisas incluem estruturas espaciais e atividade próprias dos quasares. As atividades integram o IVS (International VLBI Service for Geodesy and Astrometry), em estreita colaboração com o IERS (International Earth Rotation Service. Os resultados obtidos estão disponíveis para toda a comunidade de geodésia, geofísica, astrometria e astrofísica.

South America VLF Network (SAVNET)

Financiamento: FAPESP

 

Pesquisador Principal: Jean-Pierre Raulin

 

A South America VLF Network (SAVNET) utiliza as propriedades da propagação de ondas de VLF em longas distâncias entre um transmissor (TX) e um receptor (RX) no Guia de ondas Terra-Ionosfera (EIW - sigla em inglês para Earth-Ionosphere Waveguide).

 

O receptor é formado, por um lado, pela superfície da Terra, que é um condutor elétrico, e, por outro lado, pela baixa região-D ionosférica em ~ 70km de altitude, em condições diurnas, e a região-E em ~90km de altitude durante a noite sem a presença de radiação solar.

 

As características de propagação de ondas de VLF (amplitude e velocidade de fase) no EIW, dependerão, fundamentalmente, da geometria da EIW, e da condutividade elétrica de suas fronteiras, bem como do campo geomagnético. Todos os fenômenos naturais ou provocados pelo homem, capaz de mudar essas propriedades, o EIW irão afetar as características de propagação de VLF no EIW.

 

Suporte financeiro

 

A maior parte do projeto SAVNET foi financiada pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Com financiamentos adicionais providos pelo Conselho Nacional de Pesquisas (CNPq), Centro Nacional de Pesquisas Científicas (CNRS-França) e Mackpesquisa.

 

Status de Desenvolvimento

 

Os testes foram realizados no Rádio Observatório de Itapetinga (ROI) a partir de maio de 2006 e foram concluídos em novembro de 2007. Durante esse período, o design e as características dos sensores de VLF foram estudados, otimizados e construídos. Os pré-amplificadores também foram desenvolvidos, construídos e testados no ROI. A base receptora modelo observa vários TX desde dezembro de 2006.

 

Esta base SAVNET inicial (ATI) fica perto de Atibaia, Brasil, S 23 graus 11 ´, W 46 graus. 36´

 

Os procedimentos de instalação restantes foram realizados da seguinte forma:

 

  • 2007, 01-08 de abril - Instalação em Ponta Lobos (PLO) CONIDA base no Peru: S 12 deg 30';W 76 deg. 48';
  • 2007, 21 abril - 02 maio - Instalação em São Martinho da Serra (SMS) no Brasil: S 29 deg. 43'; W 53 deg. 43';
  • 2007, 05 - 12 junho - Instalação em Piura (PIU) no Peru: S 05 deg. 12'; W 80 deg. 38';
  • 2007, 20 - 26 maio - Instalação em Palmas (PAL) no Brasil: S 10 deg. 10'; W 49 deg. 20';
  • 2007, 26 julho – 04 agosto - Instalação no CASLEO (CAS) na Argentina: S 31 deg. 32'; W 68 deg. 31';
  • 2007, dezembro - Instalação na Estação Antártica Comandante Ferraz (EAC) no Brasil: S 62 deg. 05'; W 58 deg. 24';
  • 2009, abril - Instalação em Ica (Ica) no Peru: S 31 deg. 32'; W 68 deg. 31'

 

 

SAVNET tem dois objetivos:

 

  • um monitoramento indireto de longo prazo da radiação solar.
  • fornecer um diagnóstico para estudar a baixa ionosfera na região de Anomalia Magnética do Atlântico Sul (SAMA, sigla em inglês para South Atlantic Magnetic Anomaly), durante períodos quiescentes e geomagneticamente perturbado.

 

Outros objetivos incluem

 

  • propriedades de estudos da região-D da ionosfera durante perturbações e transientes como explosões solares.
  • diagnosticar perturbações extra-solares das perturbações na ionosfera.
  • fenômenos naturais relacionados com perturbações ionosféricas, como Sprites, TGFs e processos de Sismo-eletromagnetismo.
  • fornecer dados experimentais para alimentar a propagação de códigos para a obtenção de modelos diários de propriedades de ondas VLF em um determinado caminho de propagação TX-RX.
  • Estudar as propriedades peculiares da ionosfera em altas latitudes.

 

Instrumentos do Projeto Savnet

 

 

Cada receptor da base SAVNET é composto por duas antenas direcionais loop quadrado (3m x 3m) e uma antena isotrópica (6m) vertical. Os sinais do sensor são amplificados e transportados para uma placa A / D de áudio. As características das ondas são então fornecidas pelo Software SoftPAL: (sigla em inglês para Software Phase and Amplitude Logger)

 

No momento SAVNET é composto por oito bases receptoras, espalhadas por todo o continente da América do Sul.

 

  • Atibaia (ATI), Brasil - S 23 graus 11 ´- W 46 graus. 36´
  • Ponta Lobos (PLO), Peru - S 12 deg 30' - W 76 deg. 48'
  • São Martinho da Serra (SMS), Brasil - S 29 deg. 43' - W 53 deg. 43'
  • Piura (PIU), Peru - S 05 deg. 12' - W 80 deg. 38'
  • Palmas (PAL), Brasil - S 10 deg. 10' - W 49 deg. 20'
  • CASLEO (CAS), Argentina - S 31 deg. 32' - W 68 deg. 31'
  • Estação Antártica Comandante Ferraz (EAC), Brasil - S 62 deg. 05' - W 58 deg. 24'
  • Ica (ICA), Peru - S 14 deg. 01' - W 75 deg

 

Quicklooks

 

Os dados do SAVNET são compostos por arquivos FITs diários. Há um arquivo por base SAVNET, sete arquivo diariamente para toda a rede. Os dados do SAVNET não estão disponíveis nesse site, os arquivos FITS podem ser requisitados por um período determinado, enviando um e-mail para savnet@craam.mackenzie.br

 

As imagens em "quicklook" diárias observadas suas fases e amplitudes estão disponíveis em cada uma das bases receptoras SAVNET. O nome da base receptora SAVNET (RX) e a data de observação são indicadas no topo de cada parcela. Essa parcela é composta por oito quadros (de cima para baixo e da esquerda para a direita).

 

O atraso no micro-segundo GPS ("nós"). As fases são calculadas utilizando um sinal de PPC e de um receptor GPS. Os atrasos de GPS são, portanto, útil para checar qualquer variação de fase de instabilidade contra a demora do GPS. Por exemplo, um desvio de atraso GPS de 0,5 nós corresponde a cerca de 4 graus em 24 kHz. Uma pequena explosão solar (classe C ou inferior) poderia produzir uma variação de fase cerca 5 graus em um longo caminho (por exemplo, ANA-ATI cerca de 8000km em 24 kHz), e facilmente, detectável pelo receptor SAVNET.

 

Há monitoramento 24 horas de variações de fase (rosa) e amplitude (verde), de 0 a 24 UT, em graus e unidades dB, respectivamente. O nome do transmissor observado (TX) está localizado na parte inferior direita de frame. A "L" e/ou "V" significa que quando um dado TX tem sido monitorado através de um loop (-V) ou vertical (-L) da antena. Do lado de cada um nós indicamos os valores, mínimo e máximo, para variações da fase (graus) e amplitude (dB).

Monitoramento da alta atmosfera na região Antártica e na América do Sul

Financiamento: CNPq

 

Pesquisador Principal: Emília Correia

 

Estudo do comportamento da ionosfera a médio e longo prazo, das médias (EACF) até as baixas latitudes (América do Sul), para se caracterizar espacial e temporalmente os impactos do clima espacial nas suas propriedades eletrodinâmicas. Estudo de fenômenos naturais que ocorrem nas camadas inferiores da atmosfera através de seu acoplamento com a ionosfera, especialmente com fenômenos que ocorrem na troposfera e, se possível, definir um índice associado às variações na concentração de ozônio. O monitoramento da ionosfera através de redes trará subsídios para avaliar o papel das alterações provocadas pelo impacto do clima espacial nas variações climáticas atuais que estão ocorrendo na região Antártica e suas conexões com a América do Sul. O monitoramento envolvendo diferentes técnicas de sondagens da ionosfera permitirá caracterizar as propriedades físicas das suas diferentes camadas, e dar subsídios para sua modelagem sobre a América do Sul, especialmente na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS). E em longo prazo, permitirá caracterizar o comportamento da ionosfera associado ao ciclo de atividade solar.

Caracterização da dinâmica da ionosfera na região Antártica e sua conexão com a América do Sul: interação com o geoespaço e acoplamento com as demais camadas da atmosfera.

Financiamento: CNPq

 

Pesquisador Principal: Emília Correia

 

O projeto visa estudar do comportamento da ionosfera a médio e longo prazo, desde a região antártica até as baixas latitudes (América do Sul), está sendo possível se caracterizar espacial e temporalmente os impactos do clima espacial (geoespaço) nas suas propriedades eletrodinâmicas. Estudo recente mostrou que o comportamento diurno da ionosfera apresenta uma variação de longo prazo associada ao ciclo de 11 anos da intensidade da radiação ultravioleta solar, e também que a baixa ionosfera é fortemente afetada por processos dinâmicos originados nas camadas inferiores da atmosfera. O efeito foi detectado predominantemente durante os períodos de inverno a cada ano, e foi atribuído a alterações de densidade eletrônica na base da ionosfera, produzidas pela passagem de ondas planetárias de origem troposférica ou estratosférica.

O objetivo do projeto ajudar a ampliar nosso conhecimento a respeito de como as alterações da ionosfera produzidas por forçantes externos afetam as condições das camadas inferiores. Além disso, caracterizar o comportamento da ionosfera frente aos efeitos dos fenômenos oriundos das camadas mais baixas da atmosfera, principalmente os associados as ondas de gravidade, planetárias e as marés, que são geradas na troposfera e estratosfera devido a ação de ventos. Este estudo dará subsídios para o entendimento da formação e dinâmica do buraco de ozônio na Antártica.

Dinâmica da Atmosfera Solar Ativa

Financiamento: CNPq

 

Pesquisador Principal: Carlos Guillermo Giménez de Castro

 

O projeto visa ampliar a compreensão da dinâmica da atmosfera solar durante eventos explosivos, tendo como principais objetivos: i) a descrição espectral e temporal dos fenômenos transcientes solares, com ênfase nos comprimentos de onda milimétricos e submilimétricos; ii) a comparação dos modelos atuais com as observações; e iii) a determinação de restrições físicas para a formulação de modelos teóricos.  Ligados a esses temas, estão questões centrais da Física Solar, como o aquecimento da Coroa, a aceleração das partículas e o transporte de energia dentro da atmosfera solar.

Processos de alta energia no Sol, meio interplanetário e seus efeitos na atmosfera terrestre

Financiamento: FAPESP

 

Pesquisador Principal: Jean-Pierre Raulin

 


Este projeto pretende estudar os mecanismos físicos de liberações de altas energias nas regiões quiescentes e ativas do Sol, assim como a suas assinaturas na atmosfera da Terra. Para isso, é necessário um acervo experimental que inclui diagnósticos em altas freqüências de radio detectadas em solo, e de fótons de alta energia observados no espaço. Parte desse acervo já existe e está sendo operado com sucesso no CASLEO, San Juan, Argentina. O observatório heliogeofísico no CASLEO investiga os fenômenos explosivos solares em ondas milimétricas (45 e 90 GHz), submilimétricas (212 e 405 GHz), Infra-Vermelho (30 THz), assim como os efeitos da radiação solar em raios X na ionosfera terrestre, e das partículas carregadas na atmosfera terrestre. Propõe se complementar este acervo instrumental com um novo detector de nêutrons solares e atmosféricos, um cintilador sensíveis a raios-? de alta energia, e sensores de ondas de ELF e VLF. Os objetivos principais são: (i) obter e caracterizar os espectros solares na faixa das altas freqüências de radio e na banda de raios X e ? de alta energia, levando informação importante para explicar a emissão submilimétrica e THz, pouca compreendida até então; (iii) monitorar de forma continua os fenômenos energéticos solares e investigar a sua freqüência de ocorrência; (iii) investigar a relação causal entre fenômenos atmosféricos como relâmpagos, produção de fótons e nêutrons de alta energia, Terrestrial Gamma-ray Flashes (TGFs), e raios cósmicos.

Desenvolvimento do Brazilian Decimetric Array (Fase II)

Financiamento: FAPESP

 

Participação: Luiz Claudio Lima Botti

 

Um radiointerferômetro operando em 1,2-1,7; 2,8 e 5,6 GHz, de alta tecnologia e baixo custo, designado de Brazilian Decimetric Array - BDA, está em desenvolvimento para investigações solares, galáticas e extragaláticas e aplicações para previsão do clima espacial. O projeto BDA está sendo desenvolvido em 3 fases. Fase I: um protótipo de 5 elementos com antenas de 4m de diâmetro e completo sistema de rastreio. Fase II: arranjo com 26 elementos. Fase III: 12 antenas adicionais serão incorporadas ao arranjo com linhas de base máximas de ~2,3 km a 1,2 km nas direções Leste-Oeste e Sul, respectivamente. Na fase I foram desenvolvidos e testados todos os subsistemas e softwares através de observações solares e de radiofontes calibradoras, definidas as características técnicas, estratégia de desenvolvimento e configuração do arranjo para as próximas fases e foi feita transferência de tecnologia entre instituições do exterior e brasileiras e treinamento de pessoal em técnicas de interferometria. Este projeto temático refere-se ao desenvolvimento da fase II: 20 elementos serão adicionados ao arranjo, com a participação das empresas locais. As 26 antenas constituirão um arranjo compacto em forma de "T", com linhas de base máximas de 252 m na direção Leste-Oeste e 162 m na direção Sul. As frequências de operação serão 1,2-1,7; 2,8 e 5,6 GHz. Nesta fase, o BDA fornecerá uma imagem solar a cada 100 ms com resolução espacial de 3 x 4 min de arco. Os recursos solicitados correspondem apenas às antenas, à estrutura mecânica, ao front end e aos sistemas de recepção e comunicação para transmissão dos sinais e controle das antenas para a fase II.

Estudo de Interações hadrônicas a altas energias

Financiamento: FAPESP

 

Participação: Francisco Durães

 

O projeto tem por objetivo estudar as interações hádron-hádron, hádron-núcleo e núcleo-núcleo a altíssimas energias (GeV ~ TeV), com o intuito de esclarecer: a) a natureza e propriedades da matéria nuclear, suas formas de excitação e seu novo estado em condições de alta densidade e temperatura, o plasma de quarks e glúons; e b) o confinamento dos quarks e glúons em hádrons, as interações destas partículas, e as propriedades do vácuo da QCD. Este estudo se defronta com o problema da descrição de sistemas de muitos corpos fortemente interagentes controlados por uma dinâmica relativística, para a qual uma teoria fundamental e aplicável ainda não está disponível. Dentro deste contexto, é crucial a elaboração de modelos fenomenológicos como um passo intermediário nesta direção. Ao mesmo tempo, um entendimento de certas propriedades da matéria hadrônica tais como confinamento dos quarks e a quebra dinâmica da simetria quiral, a partir dos primeiros princípios da QCD, é fundamental para se fazer progresso nesta área. Especificamente, problemas tratados no projeto são: a) simulações de QCD na rede; b) teorias de campos efetivos; c) modelos para colisões elásticas, inelásticas e difrativas hadrônicas; d) modelos de hádrons (Skyrmions e sacolas); e) produção e supressão de estranheza e charme na matéria hadrônica; f) fenômenos de transporte, hidrodinâmica relativística e transições defase em QCD.