Sensores pequeños y de bajo costo desarrollados recientemente (e inesperadamente) por científicos espaciales de la Universidad de Texas en Dallas para estudiar la atmósfera superior de la Tierra proporcionaron información sobre el Sol, algo para lo que los dispositivos no fueron diseñados.
Los dispositivos, llamados monitores de centelleo ionosférico o sensores ScintPi, volverán a ser el centro de atención cuando los investigadores de UT Dallas los implementen para recopilar datos durante el eclipse solar total del 8 de abril y ponerlos a disposición para proyectos de ciencia ciudadana.
"Los sensores ScintPi reciben señales de radio de satélites, similares a los receptores GPS de los teléfonos móviles", afirmó el Dr. Fabiano Rodrigues, profesor asociado de física y miembro del Profesor Distinguido Eugene McDermott de la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas de UT Dallas. P>
"Se pueden implementar y mantener fácilmente y su construcción nos cuesta alrededor de $600, que es mucho menos que las versiones comerciales que cuestan entre $10,000 y $15,000".
Si bien los sensores ScintPi no están destinados a reemplazar completamente a los monitores comerciales, pueden usarse en muchas aplicaciones educativas y científicas, afirmó Rodrigues.
Las señales de radio intercambiadas entre los dispositivos terrestres y los satélites viajan a través de una región de la atmósfera terrestre llamada ionosfera. La radiación solar crea la ionosfera al arrancar electrones de los átomos atmosféricos, lo que da como resultado una capa de partículas cargadas, o iones, alrededor de la Tierra.
Las perturbaciones y turbulencias en la ionosfera pueden afectar las comunicaciones por radio y la calidad de las señales de radio GPS. Una mejor comprensión de la dinámica de la región y los factores que la afectan ayuda a los científicos a desarrollar modelos para pronosticar la variabilidad con mayor precisión.
"En el lado diurno de la Tierra, cuando hay mayor radiación solar, hay más ionosfera, una mayor densidad de electrones. Por la noche, la densidad de electrones disminuye y hay menos ionosfera", dijo Rodrigues, que utiliza un variedad de equipos terrestres para estudiar la ionosfera.
Como parte de sus estudios de posgrado, Josemaría Gómez Sócola, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica de la Escuela de Ingeniería e Informática Erik Jonsson, desarrolló los sensores ScintPi para que científicos y científicos ciudadanos de todo el mundo pudieran recopilar datos sobre la densidad de iones. El tiempo que tardan las señales de radio en viajar hacia y desde los satélites se utiliza para determinar la densidad de iones en la región situada encima de la ubicación de un sensor. La investigación fue publicada en el Journal of Space Weather and Space Climate .
Los sensores se han desplegado en 23 sitios en todo el hemisferio occidental, incluidos Brasil, Honduras, Perú, Puerto Rico, Costa Rica, 12 estados de EE. UU. e Islandia, para que los científicos puedan estudiar la ionosfera en latitudes bajas, medias y altas. P>
Isaac Wright BS, estudiante de doctorado en física, analizó los datos de los sensores recopilados en 2022 y notó algo inusual alrededor del 28 de agosto de 2022. Los datos mostraron una breve degradación de las señales de radio, pero la causa no fue una perturbación en la ionosfera. /P>
Los investigadores determinaron que la señal se vio afectada por el ruido resultante de un breve aumento en el nivel de las señales de radio de cierta frecuencia que emanan del sol. La explosión de radio solar (SRB) duró unos 30 minutos.
"Esto no era lo que estábamos buscando", dijo Wright. "Nuestros sensores están diseñados para estudiar la ionosfera, no los eventos solares; sin embargo, detectamos una explosión de radio solar, lo que demuestra que sensores de bajo costo como el nuestro podrían usarse para estudios más allá de la ionosfera. Hemos demostrado que podemos cuantificar cuánto afectan las explosiones de radio solares y las perturbaciones ionosféricas a señales como el GPS."
Sólo se han reportado unas pocas ráfagas de radio solar en la banda de frecuencia utilizada por el GPS.
"Este evento fue interesante porque fue detectado en la frecuencia utilizada por nuestra red de receptores GPS", dijo Rodrigues. "Y es posible que se haya pasado por alto:uno de los principales radiotelescopios terrestres que detecta e informa sobre los SRB no estaba operativo ese día".
"Nuestra configuración experimental para el eclipse solar total del 8 de abril tiene dos objetivos:aumentar el conocimiento sobre la ionosfera de la Tierra y crear nuevos conjuntos de datos que cuantifiquen los efectos de los eclipses en la ionosfera", dijo Rodrigues, quien dirige el Laboratorio de Detección Remota de la Atmósfera Superior en el Centro William B. Hanson de Ciencias Espaciales.
Los sensores a lo largo de la trayectoria del eclipse recopilarán datos de los sitios que experimentarán un eclipse parcial en New Hampshire, Pensilvania e Illinois, así como en UT Dallas, que se encuentra en la trayectoria del eclipse total.
Los datos del sensor UTD se muestran en un sitio web que captura y traza la concentración de electrones en la ionosfera durante 48 horas. Rodrigues planea proyectar la disposición de los electrones casi en tiempo real en una pantalla grande en el campus para mostrar a los espectadores los cambios en la ionosfera durante el eclipse solar total.
Durante el eclipse solar anular del 14 de octubre de 2023, que ocurrió alrededor del mediodía en gran parte de Texas, los sensores ScintPi midieron la caída en la concentración de electrones en la ionosfera cuando la luna bloqueó parcialmente la radiación del sol y la fotoionización disminuyó. Después del eclipse, volvió a aumentar cuando la radiación solar volvió a la normalidad.
"Durante el eclipse solar total, esperamos que haya una caída aún mayor en la concentración ionosférica cerca de Dallas porque estamos en el camino de la totalidad y la Tierra recibirá mucha menos radiación del sol", dijo Rodrigues.
"Tenemos modelos de la ionosfera, pero queremos saber qué tan bien coinciden estos modelos con nuestras observaciones. La investigación que estamos haciendo en UT Dallas y las mediciones que hacemos pueden ayudar a verificar y refinar esos modelos".
Experimento del eclipse solar
Más información: Isaac G. Wright et al, Sobre la detección de un evento de ráfaga de radio solar que ocurrió el 28 de agosto de 2022 y su efecto en las señales GNSS observadas por monitores de centelleo ionosférico distribuidos en el sector estadounidense, Journal of Space Weather and Space Climate (2023). DOI:10.1051/swsc/2023027
Proporcionado por la Universidad de Texas en Dallas
