Radio Observatorio de Jicamarca

Radio Observatorio de Jicamarca nació en ROJ.

El Radio Observatorio de Jicamarca (ROJ) es una estación ecuatorial de la cadena de radio observatorios de dispersión incoherente (ISR, por sus siglas en inglés Incoherent Scatter Radar) del Hemisferio Oeste que se extiende desde Lima, Perú hasta Kangerlussuaq, Groenlandia. El ROJ es la primera facilidad científica en el mundo para el estudio de la ionosfera ecuatorial. El Observatorio se ubica a media hora de viaje en automóvil hacia el este de Lima y a 10 km de la Carretera Central. Su ángulo de inclinación magnética es aproximadamente 1º, pero varía ligeramente con la altitud y la estación del año.

El radar puede determinar la dirección del campo magnético terrestre (B) con gran precisión y puede ser apuntado perpendicularmente a B en las altitudes a lo largo de la ionósfera. El estudio de la ionósfera ecuatorial ha logrado un gran desarrollo debido, en gran parte, a las contribuciones realizadas por el ROJ en radio-ciencia.

La antena principal del radar del ROJ es la más grande entre los radares de dispersión incoherente en el mundo, la cual consiste en un arreglo cuadrado de 300 m × 300 m y está conformada por 18,432 antenas dipolo. Las principales áreas de investigación del observatorio son: la ionosfera ecuatorial estable, irregularidades del campo alineado ionosférico, dinámica de la atmósfera ecuatorial neutra y física de meteoros.

El observatorio es una instalación del Instituto Geofísico del Perú, el cual es operado con el apoyo de la US National Science Foundation a través de un acuerdo cooperativo con la Universidad Cornell.

El Radio Observatorio de Jicamarca fue construido en 1960-61 por el Laboratorio Central de Radio Propagación (Central Radio Propagation Laboratory, sus siglas en inglés CRPL) del National Bureau of Standards (NBS) de Estados Unidos. Posteriormente, este laboratorio formaría parte del Environmental Science Service Administration (ESSA), la cual finalmente se convertiría en la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). El proyecto fue dirigido por el Dr. Kenneth L. Bowles, quien es considerado como el “padre del ROJ”.

Aunque el último dipolo fue instalado el 27 de abril de 1962, las primeras mediciones de dispersión incoherente en Jicamarca fueron realizadas a comienzos de agosto de 1961, utilizando una parte del área total proyectada y sin la etapa final de transmisión. En 1969, la ESSA transfirió el mando del Observatorio al Instituto Geofísico del Perú (IGP), el cual había cooperado con el CRPL durante el Año Geofísico Internacional en 1957-58 y se había involucrado estrechamente en todos los aspectos de construcción y operación de Jicamarca. La ESSA, luego NOAA, continuó proporcionando apoyo a las operaciones por varios años después de 1969; en gran parte, debido a los esfuerzos de un grupo informal llamado los “Amigos de Jicamarca” y fue dirigido por el Prof. William E. Gordon, quien inventó en 1958 la técnica de radar de dispersión incoherente.

Algunos años después la National Science Foundation empezó parcialmente a apoyar en el funcionamiento de Jicamarca, primero a través del NOAA, y desde 1979, a través de la Universidad Cornell mediante un Convenio de Cooperación. En 1991, se crea Ciencia Internacional (CI), una organización no gubernamental sin fines de lucro, creada para contratar a la mayor parte del personal del Observatorio y apoyar al IGP en el funcionamiento del Observatorio.

A partir de 1969, la mayoría de componentes del radar habían sido reemplazados y modernizados con hardware y software “hecho en casa”, diseñado y construido por ingenieros y técnicos peruanos. Más de 60 estudiantes de Doctorado (Ph.D.) de instituciones de los EE. UU., habían realizado sus investigaciones asociados con Jicamarca y de los cuales más de 15 eran peruanos.

El ROJ tiene como instrumento principal el radar VHF, el cual opera a 50 MHz y es utilizado para estudiar la física de la ionosfera ecuatorial y la atmósfera neutra. Como cualquier otro radar, sus principales componentes son: antenas, transmisores, receptores, controladores de radar y sistemas de adquisición y procesamiento. El radar del ROJ se distingue principalmente por: (1) su antena (la más grande en el mundo) y (2) por sus potentes transmisores.

El radar opera principalmente en dos modos: (1) modo de dispersión incoherente (ISR, sus siglas en inglés) y (2) modo de dispersión coherente (CSR, sus siglas en inglés). En el modo ISR se utilizan los transmisores de alta potencia, y se realizan mediciones de la densidad de los electrones, temperatura de electrones e iones, composición de iones, y campos eléctricos verticales y zonales en la ionosfera ecuatorial. Dada su ubicación y frecuencia de operación, Jicamarca tiene la capacidad de medir la densidad absoluta de electrones mediante la rotación Faraday, y los campos eléctricos ionosféricos con gran precisión, apuntando el haz perpendicularmente hacia el campo magnético de la tierra. En el modo CSR, el radar calcula los ecos que son más fuertes en 30 dB a los ecos de ISR. Estos ecos provienen de irregularidades ecuatoriales generadas en la troposfera, estratosfera, mesosfera, electrochorro ecuatorial, región E y región F. Debido a la fuerza de los ecos, se utilizan los transmisores de baja potencia y secciones más pequeñas de antenas.

JULIA significa investigación desatendida y prolongada de la Ionosfera y Atmósfera (Jicamarca Unattended Long-term Investigations of the Ionosphere and Atmosphere), un nombre descriptivo para un sistema diseñado para observar las irregularidades del plasma ecuatorial y ondas atmosféricas neutra por largos períodos. JULIA utiliza un sistema de adquisición de datos basado en una computadora personal, utiliza también alguna de las etapas de excitación del radar principal a través de la antena principal. En muchas formas, este sistema duplica la función del radar de Jicamarca, excepto que, éste no usa los transmisores principales de alta potencia, los cuales son costosos y requieren de una labor intensa para operar y mantener. JULIA también puede operar sin supervisión por largos períodos. Con sus dos transmisores pulsados de 30 kW de potencia pico, alimentan el arreglo de antena de 300 m × 300 m, JULIA es un formidable radar de dispersión coherente. Este ha sido preparado para estudiar, día a día, la variabilidad de las irregularidades ecuatoriales en largos períodos, las cuales hasta ahora han sido investigadas esporádicamente o en campañas.

Se han recolectado una gran cantidad de datos de las irregularidades ionosféricas durante las campañas CEDAR MISETA, a partir de agosto de 1996 y continuando hasta el presente. Los datos incluyen observaciones diarias del electrochorro ecuatorial, ecos de 150 km y observaciones nocturnas de dispersión de la capa F.

Además del radar principal y JULIA, el ROJ alberga y/o ayuda en la operación de una variedad de radares así como también instrumentos de radio y ópticos para complementar sus principales observaciones. Estos instrumentos son: Varios magnetómetros base tierra distribuidos a lo largo del Perú, una ionosonda digital, muchos receptores GPS en Sudamérica, un radar de cielo-completo parea meteoros, un radar biestático Jicamarca-Paracas CSR para la medición de la región E del perfil de densidad de electrones, receptores de cintilaciones en Ancón, un interferómetro de Fabry-Perot en Arequipa, un pequeño prototipo de radar UHF AMISR,...

Las principales áreas de investigación del ROJ son: el estudio de la ionósfera ecuatorial estable, irregularidades en el alineamiento de campo, dinámica de la atmósfera ecuatorial neutra y física de meteoros. Aquí algunos ejemplos:

Además de las observaciones ISR y CSR, el sistema principal del ROJ ha sido utilizado como radio telescopio, un calentador VHF y radar planetario. Como radio telescopio, el arreglo principal ha sido utilizado para estudiar el sol, las radio estrellas (como Hydra), la radiación sincrotrón de la magnetósfera, la radiación Júpiter. En los 60's, el ROJ fue utilizado para estudiar Venus y la superficie de la luna, y recientemente para estudiar el sol. Últimamente, el electrochorro ecuatorial ha sido ligeramente modulado utilizando el ROJ como un calentador VHF a fin de generar ondas VLF.