júpiter original
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Radioastronomıa con JupiterXVI Jornadas astronomicas - Castellon 2008
Roberto Palmer [email protected]
IES La Hoya de Bunol
15 de marzo de 2008
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 1 / 34
Introduccion
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 2 / 34
Introduccion
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 2 / 34
Introduccion
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 2 / 34
Fuentes del campo electrico
El campo electrico−→E es una condicion del espacio creada por un sistema
de cargas electricas, su intensidad en un punto depende directamente delvalor de la carga y del cuadrado de la distancia:
−→E =
k · qr2
−→r
La direccion del campo electrico es paralela al vector posicion.
La variacion del campo en un punto no es instantanea, se propaga ala velocidad de la luz.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 3 / 34
Fuentes del campo electrico
El campo electrico−→E es una condicion del espacio creada por un sistema
de cargas electricas, su intensidad en un punto depende directamente delvalor de la carga y del cuadrado de la distancia:
−→E =
k · qr2
−→r
La direccion del campo electrico es paralela al vector posicion.
La variacion del campo en un punto no es instantanea, se propaga ala velocidad de la luz.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 3 / 34
Fuentes del campo electrico
El campo electrico−→E es una condicion del espacio creada por un sistema
de cargas electricas, su intensidad en un punto depende directamente delvalor de la carga y del cuadrado de la distancia:
−→E =
k · qr2
−→r
La direccion del campo electrico es paralela al vector posicion.
La variacion del campo en un punto no es instantanea, se propaga ala velocidad de la luz.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 3 / 34
Fuentes del campo magnetico
La relacion de la intensidad del campo magnetico en un punto del espacioproducido por un elemento de corriente electrica viene dada por la ley deBiot y Savart:
d−→B =
µo
4π
Id−→l ×−→rr2
La direccion del campo magnetico es perpendicular a la direccion dela corriente.
La variacion del campo en un punto no es instantanea, se propaga ala velocidad de la luz.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 4 / 34
Fuentes del campo magnetico
La relacion de la intensidad del campo magnetico en un punto del espacioproducido por un elemento de corriente electrica viene dada por la ley deBiot y Savart:
d−→B =
µo
4π
Id−→l ×−→rr2
La direccion del campo magnetico es perpendicular a la direccion dela corriente.
La variacion del campo en un punto no es instantanea, se propaga ala velocidad de la luz.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 4 / 34
Fuentes del campo magnetico
La relacion de la intensidad del campo magnetico en un punto del espacioproducido por un elemento de corriente electrica viene dada por la ley deBiot y Savart:
d−→B =
µo
4π
Id−→l ×−→rr2
La direccion del campo magnetico es perpendicular a la direccion dela corriente.
La variacion del campo en un punto no es instantanea, se propaga ala velocidad de la luz.
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Radiacion electromagnetica I
Las variaciones de los campos electrico y magnetico creados por cargas enmovimiento constituyen la radiacion electromagnetica (EM).
La radiacion EM se propaga por el espacio como una onda que representala variacion de los campos magnetico y electrico en funcion del tiempo yde la posicion.
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Radiacion electromagnetica I
Las variaciones de los campos electrico y magnetico creados por cargas enmovimiento constituyen la radiacion electromagnetica (EM).
La radiacion EM se propaga por el espacio como una onda que representala variacion de los campos magnetico y electrico en funcion del tiempo yde la posicion.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 5 / 34
Radiacion electromagnetica I
Las variaciones de los campos electrico y magnetico creados por cargas enmovimiento constituyen la radiacion electromagnetica (EM).
La radiacion EM se propaga por el espacio como una onda que representala variacion de los campos magnetico y electrico en funcion del tiempo yde la posicion.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 5 / 34
Radiacion electromagnetica II
Caracterısticas de un onda EM
Una onda EM queda perfectamente caracterizada por su velocidad c , lalongitud de onda λ y la frecuencia ν.
Velocidad
En el vacıo las radiacion EM se propaga a la maxima velocidad c de299792 km/s
Relacion λ y ν
c = λ · νλ =
c
ν
ν =c
λ
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Radiacion electromagnetica II
Caracterısticas de un onda EM
Una onda EM queda perfectamente caracterizada por su velocidad c , lalongitud de onda λ y la frecuencia ν.
Velocidad
En el vacıo las radiacion EM se propaga a la maxima velocidad c de299792 km/s
Relacion λ y ν
c = λ · νλ =
c
ν
ν =c
λ
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 6 / 34
Radiacion electromagnetica II
Caracterısticas de un onda EM
Una onda EM queda perfectamente caracterizada por su velocidad c , lalongitud de onda λ y la frecuencia ν.
Velocidad
En el vacıo las radiacion EM se propaga a la maxima velocidad c de299792 km/s
Relacion λ y ν
c = λ · νλ =
c
ν
ν =c
λ
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Espectro de la radiacion EM
La velocidad de onda EMes constante, siempre queno cambie el medio depropagacion. La radiacionde frecuencia elevadatiene longitud de ondacorta y al reves.
La radiacion EM se emiteen continuo y el intervaloque va desde elevadas abajas frecuencias o decortas a largas longitudesde onda recibe el nombrede espectro de laradiacion.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 7 / 34
Espectro de la radiacion EM
La velocidad de onda EMes constante, siempre queno cambie el medio depropagacion. La radiacionde frecuencia elevadatiene longitud de ondacorta y al reves.
La radiacion EM se emiteen continuo y el intervaloque va desde elevadas abajas frecuencias o decortas a largas longitudesde onda recibe el nombrede espectro de laradiacion.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 7 / 34
Ventanas atmosfericas
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 8 / 34
Jupiter e Io
Imagen tomada por HST el 24 de julio de 1996 muestra a Io, la lunavolcanica de Jupiter, pasando sobre las turbulenas nubes del planetagigante.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 9 / 34
Descubrimiento de la radiacion de Jupiter
Bernard Burke
Kenneth Franklin
Placa conmemorativa del 50 aniversarioorganizado por el Departament of
Terrestrial Magnetism of the CarnegieInstitution of Washington
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 10 / 34
Antena Cruz Mills
Vista aerea de Mills Cross Array, sin fecha del ano 1954. (Archives of theCarngie Institution of Washington)
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 11 / 34
Posicion de Jupiter y M1 en abril de 1954
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 12 / 34
Campo magnetico de Jupiter
De los planetas del sistema solar Jupitertiene el campo magnetico mas intenso, estecampo magnetico interacciona con el vientosolar y forma una burbuja llamadamagnetosfera, dentro de la cual hay unplasma energetico que emite ondas de radioconvirtiendo a Jupiter en una de lasradiofuentes mas intensas en el cielo.
El campo magnetico de Jupiter es como undipolo inclinado 10◦ de su eje de rotacion,gira con el planeta y tiene una intensidadestimada de 4.2 Gauss en el ecuador y entre10 y 14 Gauss en los polos (el campomagnetico terrestre es de unos 0.3 Gauss enel ecuador).
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 13 / 34
Campo magnetico de Jupiter
De los planetas del sistema solar Jupitertiene el campo magnetico mas intenso, estecampo magnetico interacciona con el vientosolar y forma una burbuja llamadamagnetosfera, dentro de la cual hay unplasma energetico que emite ondas de radioconvirtiendo a Jupiter en una de lasradiofuentes mas intensas en el cielo.
El campo magnetico de Jupiter es como undipolo inclinado 10◦ de su eje de rotacion,gira con el planeta y tiene una intensidadestimada de 4.2 Gauss en el ecuador y entre10 y 14 Gauss en los polos (el campomagnetico terrestre es de unos 0.3 Gauss enel ecuador).
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Mecanismo de la radiacion sincrotron de Jupiter
El campo magnetico de Jupiter es capaz de atrapar partıculas cargadasprocedentes del viento solar, del propio planeta y de las emisionesvolcanicas de su satelite mas proximo Io. Estas partıculas cargadas semueven a velocidades elevadas trazando trayectorias espirales al tiempoque radian energıa que se propaga al espacio en forma de ondaselectromagneticas.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 14 / 34
Caracterısticas de la radiacion sincrotron de Jupiter
intensidad la intensidad de esta radiacion depende del campomagnetico, de la densidad de las partıculas cargadas(electrones) y de su energıa.
isotropıa es una radiacion isotropa, se emite en todas las direcciones,pero desde la Tierra solo se detecta cuando la direccion delcampo magnetico es perpendicular a la lınea de vision.
longitud de onda se han observado radiaciones centimetricas SHF,decimetricas UHF y decametricas HF
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 15 / 34
Caracterısticas de la radiacion sincrotron de Jupiter
intensidad la intensidad de esta radiacion depende del campomagnetico, de la densidad de las partıculas cargadas(electrones) y de su energıa.
isotropıa es una radiacion isotropa, se emite en todas las direcciones,pero desde la Tierra solo se detecta cuando la direccion delcampo magnetico es perpendicular a la lınea de vision.
longitud de onda se han observado radiaciones centimetricas SHF,decimetricas UHF y decametricas HF
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 15 / 34
Caracterısticas de la radiacion sincrotron de Jupiter
intensidad la intensidad de esta radiacion depende del campomagnetico, de la densidad de las partıculas cargadas(electrones) y de su energıa.
isotropıa es una radiacion isotropa, se emite en todas las direcciones,pero desde la Tierra solo se detecta cuando la direccion delcampo magnetico es perpendicular a la lınea de vision.
longitud de onda se han observado radiaciones centimetricas SHF,decimetricas UHF y decametricas HF
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 15 / 34
Probabilidades de observacion
De las observaciones se ha podido establecer que la probabilidad de estaemsision depende de que:
Jupiter este sobre el horizonte
el planeta presente unas coordenadas planetograficas determinadas
su satelite Io ocupe una cierta posicion en su orbita.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 16 / 34
Probabilidades de observacion
De las observaciones se ha podido establecer que la probabilidad de estaemsision depende de que:
Jupiter este sobre el horizonte
el planeta presente unas coordenadas planetograficas determinadas
su satelite Io ocupe una cierta posicion en su orbita.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 16 / 34
Probabilidades de observacion
De las observaciones se ha podido establecer que la probabilidad de estaemsision depende de que:
Jupiter este sobre el horizonte
el planeta presente unas coordenadas planetograficas determinadas
su satelite Io ocupe una cierta posicion en su orbita.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 16 / 34
Coordenadas planetograficas: Luna
Coordenadas selenograficas en la Luna: el meridiano cero pasa por elcentro medio del disco lunar visto desde la Tierra; la longitud es positivahacia el Mar de la Crisis y la latitud positiva hacia el Mar de la Serenidad.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 17 / 34
Luna
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 18 / 34
Coordenadas planetograficas: Marte
Coordenadas areograficas en Marte. El meridiano cero pasa por el craterAiry-O. La longitud positiva es hacia Syrtis Major y la latitud positivahacia Acidalia.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 19 / 34
Marte
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 20 / 34
Coordenadas planetograficas: Jupiter
Jupiter tiene varios sistemas de coordenadas debido a que suvelocidad de rotacion es diferente a distintas longitudes. El Sistemade coordenadas II se basa en la rotacion atmosferica media de loscinturones acuatoriales norte y sur. La latitud es positiva en elhemisferio opuesto al de la Mancha Roja.
En el caso de los satelites galileanos, Io, Europa, Ganımedes yCallisto, se usa un sistema similar al selenografico por cumplir lapropiedad, igual que la Luna, de sincronismo entre el periodo de laorbita y el de rotacion.
Saturno, Urano, y Neptuno tambien tienen varios sistemas decoordenadas, entre ellas el sistema III, basado en la rotacion delcampo magnetico.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 21 / 34
Coordenadas planetograficas: Jupiter
Jupiter tiene varios sistemas de coordenadas debido a que suvelocidad de rotacion es diferente a distintas longitudes. El Sistemade coordenadas II se basa en la rotacion atmosferica media de loscinturones acuatoriales norte y sur. La latitud es positiva en elhemisferio opuesto al de la Mancha Roja.
En el caso de los satelites galileanos, Io, Europa, Ganımedes yCallisto, se usa un sistema similar al selenografico por cumplir lapropiedad, igual que la Luna, de sincronismo entre el periodo de laorbita y el de rotacion.
Saturno, Urano, y Neptuno tambien tienen varios sistemas decoordenadas, entre ellas el sistema III, basado en la rotacion delcampo magnetico.
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Coordenadas planetograficas: Jupiter
Jupiter tiene varios sistemas de coordenadas debido a que suvelocidad de rotacion es diferente a distintas longitudes. El Sistemade coordenadas II se basa en la rotacion atmosferica media de loscinturones acuatoriales norte y sur. La latitud es positiva en elhemisferio opuesto al de la Mancha Roja.
En el caso de los satelites galileanos, Io, Europa, Ganımedes yCallisto, se usa un sistema similar al selenografico por cumplir lapropiedad, igual que la Luna, de sincronismo entre el periodo de laorbita y el de rotacion.
Saturno, Urano, y Neptuno tambien tienen varios sistemas decoordenadas, entre ellas el sistema III, basado en la rotacion delcampo magnetico.
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Prediccion de radioemisiones de tipo Io-A
tormenta tipo Io-ACML 215o - 255o
fase de Io 220o - 240o
L Bursts (erupciones 10s)
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 22 / 34
Prediccion de radioemisiones de tipo Io-B
tormenta tipo Io-BCML 100o - 180o
fase de Io 80o - 100o
S Bursts (erupciones 10ms)
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 23 / 34
Prediccion de radioemisiones de tipo Io-C
tormenta tipo Io-CCML 320o - 340o
fase de Io 240o - 260o
L y S Bursts
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 24 / 34
Desarrollo experimental: frecuencia y antena
¿Que frecuencia?
Tras consultar la maxima informacion posible acerca de la frecuencia quehabıan utilizado otros colectivos para realizar la experiencia y despues derepasar varios proyectos y de realizar pruebas con un receptor pocoadecuado tomamos la decision de utilizar la frecuencia de 21 Mhzcorrespondiente a una longitud de onda de unos 14 m.
¿Que antena?
Construimos una antena consistente en un simple dipolo cuya longitudtotal debe ser igual a la mitad de la longitud de onda, es decir unos 7metros aproximadamente y cada parte del dipolo 3,5 metros. Utilizamoscable de cobre rıgido de 1,5 mm de diametro, colocado a unos 2 m delsuelo y orientado de este a oeste y conectado a un cable coaxial por mediode dos pinzas de cocodrilo.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 25 / 34
Desarrollo experimental: frecuencia y antena
¿Que frecuencia?
Tras consultar la maxima informacion posible acerca de la frecuencia quehabıan utilizado otros colectivos para realizar la experiencia y despues derepasar varios proyectos y de realizar pruebas con un receptor pocoadecuado tomamos la decision de utilizar la frecuencia de 21 Mhzcorrespondiente a una longitud de onda de unos 14 m.
¿Que antena?
Construimos una antena consistente en un simple dipolo cuya longitudtotal debe ser igual a la mitad de la longitud de onda, es decir unos 7metros aproximadamente y cada parte del dipolo 3,5 metros. Utilizamoscable de cobre rıgido de 1,5 mm de diametro, colocado a unos 2 m delsuelo y orientado de este a oeste y conectado a un cable coaxial por mediode dos pinzas de cocodrilo.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 25 / 34
Desarrollo experimental: receptor y lugar
¿Que receptor?
La antena la conectamos a un receptor marca Grundig modeloSatellit-1400 de onda corta y la salida de auriculares a la entrada demicrofono de un PC para digitalizar el sonido
¿Que lugar?
La antena y el resto del equipo fue montado en el patio del instituto,ubicado en la parte alta del pueblo de Bunol cuyas coordenadasgeograficas son 39,417o N y 0,783o W.
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Desarrollo experimental: receptor y lugar
¿Que receptor?
La antena la conectamos a un receptor marca Grundig modeloSatellit-1400 de onda corta y la salida de auriculares a la entrada demicrofono de un PC para digitalizar el sonido
¿Que lugar?
La antena y el resto del equipo fue montado en el patio del instituto,ubicado en la parte alta del pueblo de Bunol cuyas coordenadasgeograficas son 39,417o N y 0,783o W.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 26 / 34
Fotografıas del montaje de observacion
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 27 / 34
Instantes de los registros
Pronosticos Tras el montaje descrito de antena, receptor y PC,consultamos el software de Radio Jove que pronosticaba quelos dıas 27 y 28 de junio habrıan tormentas.
Periodos de registros el dıa 27 de junio de 2006 grabamos de formacontinuada la senal en la frecuencia indicada desde las16h35m hasta las 20h50m y el dıa 28 desde las 18h06 hastalas 21h14m.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 28 / 34
Instantes de los registros
Pronosticos Tras el montaje descrito de antena, receptor y PC,consultamos el software de Radio Jove que pronosticaba quelos dıas 27 y 28 de junio habrıan tormentas.
Periodos de registros el dıa 27 de junio de 2006 grabamos de formacontinuada la senal en la frecuencia indicada desde las16h35m hasta las 20h50m y el dıa 28 desde las 18h06 hastalas 21h14m.
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Pronostico de RADIO JOVE
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 29 / 34
Tormentas registradas
Despues de escuchar toda la grabacion seleccionamos las partes del sonidoque contenıan aumentos de intensidad debido a las tormentas en losinstantes dados en la siguiente tabla:
dıa tiempo total degrabacion (UT)
intervalos temporales de tor-mentas (UT)
27-jun-06 16h35m - 20h50m 19h37m35s - 19h37m45s19h39m35s - 19h39m45s20h34m06s - 20h34m44s
28-jun-06 18h06m - 21h14m 19h27m51s - 19h27m57s
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Clasificacion de las tormentas EM de Jupiter
Para clasificar las tormentas EM registradas buscamos la informacionnecesario sobre la fase de Io y la longitud del meridiano central CML deJupite en los instantes:
Con la aplicacion Efemerides de los satelites naturales planetarios delInstitute de Mecanique Celeste obtuvimos la fase de Io.
Con las aplicaciones java-script Lunas de Jupiter de Sky andTelescope y con Apparent Disk of Solar System Object de U.S. NavalObservatory Astronomical Applications Department, obtuvimos laCML de Jupiter.
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 31 / 34
Clasificacion de las tormentas EM de Jupiter
Para clasificar las tormentas EM registradas buscamos la informacionnecesario sobre la fase de Io y la longitud del meridiano central CML deJupite en los instantes:
Con la aplicacion Efemerides de los satelites naturales planetarios delInstitute de Mecanique Celeste obtuvimos la fase de Io.
Con las aplicaciones java-script Lunas de Jupiter de Sky andTelescope y con Apparent Disk of Solar System Object de U.S. NavalObservatory Astronomical Applications Department, obtuvimos laCML de Jupiter.
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Tormenta typo Io-C 27-junio-2006 19:37 UT
fase de Io 244o
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 32 / 34
Tormenta typo Io-C 27-junio-2006 20:34 UT
fase de Io 252o
(Dpto. Fısica y Quımica) Planetario Castellon 2008 15 de marzo de 2008 33 / 34
Tormenta typo Io-B 28-junio-2006 19:27 UT
fase de Io 86o
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