Investigadores y estudiantes del INAOE desarrollan proyectos de ciencia y tecnología del espacio

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Santa María Tonantzintla.- En 1999, la Asamblea General de las Naciones Unidas declaró que, del 4 al 10 de octubre, se celebraría anualmente la Semana Mundial del Espacio, con el objetivo de divulgar los beneficios científicos, tecnológicos, económicos y sociales que la utilización del espacio ultraterrestre proporciona.

 Desde 2014, el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), centro público de investigación del Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías —futura Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnologías e Innovación (Secihti)—, ofrece un posgrado en Ciencia y Tecnología del Espacio. Además de formación de talento humano altamente calificado, las personas investigadoras del posgrado y sus estudiantes llevan a cabo una diversidad de proyectos, entre los que se cuentan los siguientes.

 Bajo la dirección de los doctores Roberto Murphy y Daniel Ferrusca, la estudiante de doctorado, Aurea Medrano, estudia el funcionamiento de la transmisión de antenas en el ambiente espacial, para determinar los principales cambios en las figuras de mérito de las antenas con variación en temperatura y presión. Estas figuras de mérito caracterizan el funcionamiento de las antenas y su determinación permite optimizar la transmisión de comunicaciones y datos a tierra, y de tierra al satélite.

 El doctor Eduardo Mendoza dirige la tesis de doctorado de Luis Fernández, en la que se estudian el usó en satélites de propulsores Hall. Estos propulsores, que se basan en el efecto Hall, expulsan iones del motor de un satélite dándole impulso. Los propulsores Hall tienen eficiencias muy altas, mayores al 80 por ciento y, aunque los iones expulsados proporcionan poco impulso, por la aceleración constante que dan, son adecuados para misiones de espacio profundo. La investigación de Luis Fernández trata de extender el tiempo de vida de los propulsores Hall, para lo cual estudia las inestabilidades no-lineales para evitar la acumulación de electrones en partes del propulsor, la cual disminuye su tiempo de vida.

 Un método para medir el perfil de la densidad de vapor de agua en la atmósfera se basa en el uso de globos meteorológicos. A medida que un globo asciende, captura información (temperatura, humedad relativa, presión atmosférica) y la envía a tierra; con base en dichos parámetros, se estima la densidad de moléculas de vapor de agua; sin embargo, dichas mediciones están separadas por distancias de 100 metros a 1.5 kilómetros. Debido a que este muestreo deja grandes intervalos de altura sin censar, se pierde información útil para conocer el perfil de altura. Para subsanar este vacío, el doctor Mendoza y el estudiante de doctorado Eduardo Valadez estudian la obtención de perfiles verticales de datos atmosféricos con un globo-drone telecomandado, capaz de tomar imágenes en el infrarrojo, cercano y medio, para muestrear en intervalos de altura de 50 metros, o menores, a fin de optimizar modelos climáticos, ayudar en la predicción de sequías e inundaciones, apoyar en el monitoreo de la producción agrícola y estudiar el impacto de la contaminación en el clima local.

 El vapor de agua en la atmósfera se encuentra hasta alturas de aproximadamente 20 kilómetros. Una forma de conocer el contenido de vapor de agua integrado verticalmente o precipitable (PWV, por sus siglas en inglés) es a partir de observaciones en líneas de absorción de radiación solar del vapor de agua. El doctor Mendoza y su estudiante de doctorado, Marcial Jiménez, observan en una línea en 940 nanómetros en la zona espectral de mayor absorbancia del vapor de agua y en otra a 860 nanómetros, en donde casi no absorbe. Usando el cociente de las radiancias medidas en ambas líneas, se puede hacer una estimación del PWV. Para observar en las bandas mencionadas, usan sensores en el infrarrojo cercano con filtros en las longitudes de onda mencionadas, cada uno con un ancho de banda de 10 nanómetros; estos sensores son como los que se usarán en la Estación Espacial de China (CSS). Para determinar la respuesta de los detectores que se usarán en la CSS, se están realizando pruebas de laboratorio con diferentes fuentes de iluminación, varios tiempos de integración y diferentes ganancias.

 El doctor Eduardo Mendoza también dirige la tesis Identificación de las variaciones observadas en el flujo de los rayos cósmicos debidas a estructuras heliosféricas con imágenes heliosféricas a bordo de la misión STEREO, que desarrolla el estudiante de doctorado Eduardo Tirado Bueno.

 La corona solar, la parte más externa de la atmósfera del Sol, es una región altamente dinámica, pues en ella ocurren diversos fenómenos que generan eventos transitorios con una amplia gama de inestabilidades energéticas o eruptivas. En la mayoría de estos fenómenos, la cantidad de eventos varía a lo largo del tiempo siguiendo el conocido ciclo de actividad solar, el cual tiene un periodo de aproximadamente once años.

 Dentro de los fenómenos eruptivos podemos considerar los siguientes: ráfagas solares, eyecciones de masa coronal (EMC), partículas energéticas solares y regiones de interacción de corriente (RIC). Estos tipos de fenómenos transitorios difieren entre sí por sus escalas temporales, procesos físicos y diversos aspectos observacionales. Al transportarse en la corona solar, estos fenómenos afectan de manera significativa el flujo de rayos cósmicos detectado en la Tierra. Las EMC, además de transportar plasma del Sol, también llevan campo magnético, el cual interactúa con partículas cargadas.

 En los casos en los que una EMC se dirige hacia la Tierra, se genera una disminución del flujo de rayos cósmicos registrados por detectores en la superficie terrestre. Dichos decrementos son seguidos por un aumento gradual de recuperación del flujo que tarda varios días; a este tipo de eventos se les llama decrementos Forbush, los cuales pueden ser observados por la red global de monitores de neutrones y proporcionar información valiosa que puede utilizarse para monitorear el clima espacial en el ambiente interplanetario cercano a la Tierra.

 También, se han observado decrementos del flujo de rayos cósmicos en la superficie de la Tierra, en intervalos de tiempo en los que no se ha registrado la llegada a la Tierra de una EMC. A este tipo de eventos se les ha llamado “Forbush fantasma” y han sido muy pocos los eventos estudiados de este tipo. En este trabajo de tesis se estudian decrementos del flujo de rayos cósmicos, para las cuales no se han registrado contrapartes, como las EMC, que pudiera haber generado dichos decrementos. Para tal objetivo, se usan datos de varias misiones espaciales que observan la corona solar en diferentes escalas, incluyendo imágenes y datos in situ.

 Finalmente, el estudiante de doctorado Octavio Gómez Flores desarrolla un proyecto de simulaciones del transporte de partículas dentro de estructuras de campo magnético como las que hay en el Sol y en la magnetósfera terrestre.