FA Bareilles , R. Morras , FP Hauscarriaga , JC Olalde , L. Guarrera

La opacidad atmosférica en 210 GHz:
caracterización de un nuevo sitio en la Puna Salteña
1,2
1,2
1
1
1
F. A. Bareilles , R. Morras , F. P. Hauscarriaga , J. C. Olalde , L. Guarrera
1,2
y E. M. Arnal
(1) Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR-CONICET)
(2) Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas - UNLP
• Mina Aguilar (línea de base 209 Km): Se exploró una cumbre parcial
a 4607 msnm. Tiene un establecimiento minero cerca y redes celulares.
Posee caminos.
• Susques (línea de base 142 Km): No tiene alturas mayores a 4200 msnm,
y la infraestructura se encuentra muy lejos. El suelo es demasiado arenoso. Posee caminos.
• Chorrillo (línea de base 130 Km): Posee alturas de 4800 msnm; excelente infraestructura y caminos a 1.5 Km del sitio. Esta próximo a la
localidad de San Antonio de los Cobres (unos 16 Km en línea recta).
Si bien Mina Aguilar es un sitio cuya exploración es recomendable, debido a que es un territorio explotado por una empresa privada, se decidió no
realizar por ahora mas inversiones en él. La ubicación geográfica de estos
sitios puede verse en la Figura 3.
Influencia de la opacidad en ondas milimétricas y submilimétricas
460
405
Tsys
210
29%
τ0=0.1
τ0=0.3
τ0=0.5
[TRx + ... ] ≈ 100 Κ
300
43 Km
250
200
150
9%
Figura 3: Mapa parcial del Noroeste Argentino (NOA) con los sitios evaluados.
100
0
10
20
30
40
50
60
70
z
0
Figura 2:Dependencia de Tsys con
z para diferentes valores de τo
800
Figura 1: Gentileza de Caltech Submillimeter Observatory
1.2
2.3
La región del Chorrillo calificó en todos los aspectos, por lo que se decidió emplazar el Tipper (radiómetro medidor de opacidad) ahí, donde opera
desde los últimos días de julio de 2009.
Debido a un error en la identificación de una construcción en la localidad
de San Antonio de los Cobres, el instrumento no pudo quedar conectado
a Internet, pero se prevé la vinculación a la red en los próximos meses.
El instrumento operó en Tolar Grande hasta abril de 2009, cuando fue
trasladado al IAR, donde fue reacondicionado y donde además fueron mejorados los elementos (de hardware y software) que presentaron problemas
en los 5 años de funcionamiento previo.
¿Por qué queremos un τ0 bajo?
La temperatura de sistema (Tsys) es lo que ve un radiotelescopio sin fuente:
receptor, atmósfera, antena y contribuciones de tierra.
h
i
Tsys = eτ0A TRx + ηℓ Tatm(1 − e−τ0A) + (1 − ηℓ )Tsbr + ... ;
Tsys depende fuertemente del valor de la opacidad atmosférica τ0, y este
valor de Tsys determina la sensibilidad del instrumento (∆TRM S ). Por lo
tanto si τ0 aumenta, debemos aumentar el tiempo de integración tint para
mantener la sensibilidad:
Por problemas técnicos, no pudimos recibir los 45 días de datos que deberíamos tener actualmente. Los datos que poseemos no son estadísticamente
significativos, ya que se trata de unos pocos días solamente, pero vale su
comparación con los datos obtenidos en el cordón del Macón (Tola Grande).
En la Figura 4 podemos ver el histograma y la curva de distribución acumulativa, donde todos los datos obtenidos poseen una opacidad (τ0) inferior
a 0.15; esto es equivalente a 2.2 mm de PWV (vapor de agua precipitable).
En este breve período se obtuvo una moda de τ0 = 0.065 y una media de τ0
= 0.08, mientras que la opacidad fue inferior a 0.1 el 85 % del tiempo.
2 Sitios
Durante los últimos cinco años el Instituto Argentino de Radioastronomía
(IAR) ha decidido invertir parte de sus recursos económicos en financiar
campañas de monitoreo de transparencia atmosférica en el Noroeste de Argentina (NOA) (provincias de Salta y Jujuy), con el fin de seleccionar sitios
adecuados para la instalación de instrumentos radioastronómicos que pudieran operar a longitudes de onda de pocos milímetros o de fracción de
milímetro.
El primer sitio del NOA estudiado fue Tolar Grande, donde obtuvimos
datos en forma sistemática durante 5 años. Los resultados pueden verse en
los trabajos: [4], [3] y [1].
Cumulative Function and Histogram for τ0 at 210 GHz
Alto Chorrillo: July of 2009
Cumulative Distribution Function [%]
Cambio de objetivos
15
30
10
20
5
10
[email protected]
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
τ0
0.3
0.35
0.4
0.45
0
0.5
80
15
70
60
10
50
40
30
5
8
70
60
6
50
40
4
30
20
2
10
[email protected]
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
τ0
0.3
0.35
0.4
0.45
0
0.5
Figura 6: Datos del mismo período del año para Tolar Grande (Macón)
3.1
Análisis
Resumimos los datos en la siguiente tabla:
Chorrillo
Macón
fines de julio 10 mejores días julio de 2008
Moda
0.065
0.045
0.055
Media
0.080
0.050
0.100
No podemos concluir que Chorrillo sea mejor o peor que Tolar Grande
(TG) con los pocos datos obtenidos. La moda obtenida es ligeramente mayor que la de TG, y la media se encuentra en una situación intermedia entre
lo mejor que se puede esperar y la estadística de un mes completo. A favor
de los datos de julio de TG, podemos decir que el segundo máximo parcial
en el histograma (Figura 6) se debe a una nevada; pero una par de semanas
antes de obtener los datos en Chorrillo, se registró una nevada, por lo que
estos datos también están afectados por la evaporación del agua en el suelo.
Por lo tanto, podemos esperar que el lugar sea comparable o mejor que
TG, previamente estudiado.
Se está por adquirir una estación meteorológica para ser adosada al equipamiento en el Chorrillo (Figura 7b a 7h), oportunidad en la cual también se
completará la vinculación del instrumento a Internet.
Referencias
10
[email protected]
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
τ0
0.3
0.35
0.4
0.45
0
[2] Recabarren P., Muriel H., García Lambas D., Vrech R., Renzi V.,
Stasyszyn F. 2006, BAAA, 49, 370-373
0.5
[3] Bareilles F. A., Morras R., Olalde J. C., Hauscarriaga F. P. & Arnal E.
M. 2005. BAAA, 48, 480-484
Figura 4: Primeros datos obtenidos en el Chorrillo
En la Figura 5 se muestran los datos correspondientes a la selección de los
10 mejores días en el cordón del Macón para los 5 años de registros. Esta
selección se hace únicamente para tener una idea de cuál sería el caso ideal.
De la misma se obtiene: una moda de τ0 = 0.045 y una media de τ0 = 0.05
c
80
[1] Bareilles F. A., Morras R., Olalde J. C., Hauscarriaga F. P. & Arnal E.
M. 2007. BAAA, 50, 329-332
Nuevos sitios evaluados
b
10
0
20
0
Con el objetivo de encontrar un sitio que posea una línea de base mayor
a 110 Km, encaramos una nueva búsqueda. Para ello seleccionamos sitios
con alturas mayores a los 4500 metros sobre el nivel del mar (msnm) y que
en lo posible tuvieran algo de infraestructura cerca. Los sitios evaluados
fueron:
90
4 Trabajo futuro
90
0
a
40
20
100
La caracterización de sitios potenciales comenzó carente de un instrumento
en particular para ser instalado. En los últimos meses empezó a cristalizar la idea de instalar una facilidad radioastronómica que pueda operar con
ALMA (VLBI), para lo cual el sitio estudiado (Tolar Grande) no poseía
una línea de base (proyección Este-Oeste) lo suficientemente grande (es tan
sólo de 43 Km, ver Figura 3).
2.2
20
0
3 Datos
Tsys
∆TRM S ∝ √
B tint
2.1
Chorrillo
Histogram [%]
400
600
Frecuencia (GHz)
50
Histogram [%]
450
53%
200
25
60
Cumulative Function and Histogram for τ0 at 210 GHz
Tolar Grande: July of 2008
350
20
70
En la Figura 6 mostramos un escenario más real, correspondiente a los
datos obtenidos en Macón en julio de 2008, donde obtuvimos una moda de
τ0 = 0.055 y una media con τ0 = 0.10
90%
40
30
100
0.5 mm
Vapor de Agua Precipitable: 1.0 mm
2.0 mm
60
80
130 Km
400
80
Transmisión (%)
345
225
95%
35
Figura 5: Los mejores 10 días del los 5 años de medición en Tolar Grande (Macón)
Transmisión Atmosférica
97%
90
0
Desde las frecuencias de microondas hasta el infrarrojo, la opacidad del
cielo está dominada por la cantidad de oxígeno y vapor de agua presentes
en la atmósfera. La cantidad de oxígeno aproximadamente constante, mientras que la de vapor de agua varía en el tiempo. A 210 GHz la opacidad es
dominada por el vapor de agua; esto nos permite convertir la opacidad al
cenit directamente a vapor de agua precipitable (PWV).
En la figura 1 podemos ver la transmisión atmosférica para diferentes valores de vapor de agua, donde se han marcado algunas líneas de interés
radioastronómico:
100
40
0
Cumulative Distribution Function [%]
1.1
100
Histogram [%]
1 Introducción
Cumulative Function and Histogram for τ0 at 210 GHz
Tolar Grande: Best 10 days between 2004 and 2009
Cumulative Distribution Function [%]
Resumen
Presentamos datos preliminares de opacidad atmosférica en la frecuencia de 210
GHz, obtenidos en julio de 2009 en “Alto Chorrillo”, un sitio cercano a la localidad
de San Antonio de los Cobres, provincia de Salta. Se comparan estos datos con los
obtenidos en la campaña previa realizada en Tolar Grande (Salta). Este sitio posee
una línea de base mayor a 100 Km con respecto a ALMA, lo que lo hace candidato
a instalar una facilidad radioastronómica que pueda operar con ALMA (VLBI). Presentamos también una evaluación sobre la infraestructura y logística disponibles. El
trabajo obedece a las campañas de caracterización de sitios que el Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR) realiza en el territorio Nacional desde 2002.
d
e
Figura 7: Imágenes del tipper instalado en la región del Chorrillo a 4800 msnm.
[4] Bareilles F. A., Olalde J. C., Picardo C., Guarrera L., Arnal E. M.,
Morras R., Perilli D. & Salazar P. 2003. BAAA, 46, 50
[5] Radford S. J. E. 2000, ALMA Memo 334.1
f
g
h