Radio ocultación

Poderoso método para la caracterización de nuestra atmósfera

Carlos Duarte Muñoz

Fecha: 2017-02-01


 

La radio ocultación es una técnica de percepción remota que sirve para caracterizar la atmósfera de un planeta. Esta técnica se basa en la refracción o desvío de la trayectoria recta que sufre una señal de radio a medida que atraviesa la atmósfera debido a que su composición altera la velocidad de transmisión de las señales electromagnéticas. Para realizarla es necesario transmitir una señal de radio de características conocidas desde un vehículo espacial y recibirla una vez que atraviese las capas de la atmósfera. La fase, la polarización y la amplitud de la señal de radio se alteran de acuerdo al índice de refracción de la atmósfera y esta alteración permite medir parámetros como la temperatura, la humedad o la densidad de carga eléctrica de la atmósfera. Esta técnica se empleó por vez primera a finales de la década de los sesenta para estudiar las atmósferas de otros planetas como Marte.

 

 

En la actualidad se utilizan las señales que transmiten los sistemas de navegación por satélite, particularmente el GPS, para realizar estudios de radio ocultación y caracterizar la atmósfera de la tierra a través de recibir estas señales por medio de satélites de órbita baja o incluso aviones.  Mediante esta técnica, un receptor recibe las señales de un satélite de posicionamiento global GPS y a partir de estimar la desviación de las señales se infieren los gradientes de temperatura y humedad de la atmósfera, ya que la magnitud de la refracción depende de la temperatura y la concentración de vapor de agua en la atmósfera. En la Fig. 1 se muestran las trayectorias de rayos de las señales GPS en su camino hacia el satélite LEO y cómo se doblan las trayectorias de rayos durante una ocultación.

 

 

Figura 1. Radio ocultación de señales GPS detectada por satélites de órbita baja.

 

 

A medida que un satélite de órbita baja (a una altitud de 600 a 800 km) gira alrededor de la tierra, los satélites GPS se ocultan bajo el horizonte de la tierra y las señales de navegación que emiten atraviesan la atmósfera. Cada satélite GPS trasmite continuamente señales en dos frecuencias de la banda L: L1 a 1.57542 GHz (~19 cm) y L2 a 1.227 GHz (~24.4 cm).  Dado que en la atmósfera la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es menor que en el vacío, esto hace que la trayectoria de las señales de radio se curve a pasar por las diferentes capas que poseen propiedades distintas de temperatura, humedad y densidad de carga eléctrica. Este efecto hace que las ondas electromagnéticas se demoren más en llegar al satélite que si transmitieran en el vacío y aunque el satélite no puede “ver” la trayectoria curva de las ondas, la puede calcular a través de medir el retraso de propagación de las señales y sus cambios de amplitud y fase.

 

 

Una vez se calcula el ángulo de refracción de las señales electromagnéticas, éste se puede utilizar para calcular la densidad de la atmósfera a lo largo de la trayectoria de la señal. Esto a su vez puede utilizarse para calcular la temperatura, la presión, la humedad y la densidad electrónica. Con suficientes satélites en órbita la radio ocultación GPS (GPSRO por sus siglas en inglés), puede proporcionar cobertura global de perfiles de temperatura, presión, vapor de agua y densidad de electrones desde cerca de la superficie de la Tierra hasta la parte superior de la atmósfera. Por lo tanto, a través de la radio ocultación se puede obtener una representación casi instantánea del estado atmosférico y dado que la posición relativa entre el satélite GPS y el satélite de baja órbita terrestre cambia con el tiempo, esto se puede utilizar para caracterizar verticalmente de capas sucesivas de la atmósfera.

 

 

Actualmente hay varias empresas que está empezando a emplear la técnica de radio ocultación para caracterizar la atmósfera terrestre. Entre estas empresas están Spire Global y GeoOptics, las cuales tienen un contrato con la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA, por sus siglas en inglés) para proporcionar datos de radio ocultación y evaluar la factibilidad de incorporarlos en los modelos numéricos del clima.

 

 

Con la proliferación de empresas dedicadas a realizar aplicaciones satélites pequeños, con toda seguridad tendremos una mayor oferta de estudios de la atmósfera a partir de la radio ocultación en el futuro cercano y eso nos permitirá una mejor comprensión de los procesos que generan el clima en la tierra.



Etiquetas: Radio ocultación,atmósfera,

Revista Hacia El Espacio de divulgación de la ciencia y tecnología espacial de la Agencia Espacial Mexicana.




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