La Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas de la UNLP será parte de este proyecto, a través de investigadores, docentes, estudiantes y su Observatorio Geofísico de Trelew.

El próximo 14 de diciembre sucederá un eclipse total de sol que podrá ser observado en su totalidad desde la Patagonia argentina. A partir de ese fenómeno natural, especialistas de distintas disciplinas e instituciones, formaron un proyecto de campaña de observación meteorológica, geofísica y astronómica. Como señalan, "aunque este ha sido un año muy difícil y con muchas incertezas, tenemos una propuesta sólida que queremos presentarles de manera conjunta".

Los experimentos propuestos son de diferente índole, y muchos de ellos están asociados a proyectos preexistentes de cada grupo, o en función del instrumental en operación. Entre algunos, figura el de monitoreo de la radiación solar directa y difusa (UVA, UVB, total); medición de la variabilidad del contenido total electrónico (TEC: Total Electron Content) con técnicas GNSS (Global Navigation Satellite System); mediciones de la variabilidad del campo magnético terrestre haciendo uso de las observaciones del magnetómetro ubicado en el Observatorio Geofísico de Trelew; registro de presión, temperatura y de campo eléctrico atmosférico y sus variaciones durante el eclipse.

También habrá actividades de extensión, en particular, con una estrecha colaboración con las autoridades y comunidades de Valcheta y Fray Luis Beltrán de la Provincia de Río Negro.

Entrevistas

Dra. Amalia Meza
"Eclipses visto con los "ojos" de la alta atmósfera"

Así introduce el tema la Dra. en Astronomía Amalia Meza, Profesora de FCAG, investigadora de CONICET y Directora del Laborarorio MAGGIA. (Laboratorio de Meteorología espacial, Atmósfera terrestre, Geodesia, Geodinámica, diseño de Instrumental y Astrometría).

"Un eclipse es un fenómeno "rápido" comparado con el cambio día-noche en la variación ionosférica. Sin embargo, durante el eclipse solar la ionosfera se reconfigura en un estado similar al de la situación nocturna. Dicho de otro modo: la fotoionización cae casi hasta el nivel de la noche. A medida que el sol es ocultado por la sombra de la Luna, el flujo solar decrece, la temperatura de la atmósfera también cae y se puede definir entonces una mancha fría con un borde bien definido. Cuando el flujo solar comienza a crecer nuevamente, se reinician los procesos de ionización y nuevamente se calienta la atmósfera al nivel diurno.
Los eclipses solares representan un fenómeno que puede predecirse con precisión, con las efemérides del sol y la luna, calculamos el sitio y momento del día que se produce con gran antelación, esto hace que podamos preparar su monitoreo. Su efecto en el plasma ionosférico se pueden estudiar mediante técnicas GNSS, sondeos ionosféricos verticales, etc".

-¿Quiénes viajarán para hacer ese tipo de mediciones y con qué equipos?

 Nuestra experiencia principal consiste en medir contenido total electrónico (TEC) y campo magnético terrestre. Para ello llevaremos un equipo GNSS (sistema global de navegación por satélite) del Laboratorio y dos magnetómetros -uno de préstamo por parte del Dr. Rasson, consultor honorario del Royal Meteorological Institute- y otro perteneciente a nuestra Facultad.
Para realizar las mediciones, dos miembros más del Laboratorio MAGGIA iremos a Valcheta: Bernardo Eylenstein, María Paula Natali.
La Geofísica Elfride Chalar colaborará en el testeo de calidad de dato. El Dr. Guillermo Bosch (IALP) colaborará en el armado y cuidado de equipamiento (procesamiento del post-proceso TEC).

Para la experiencia debemos medir mínimo tres días -uno antes y otro después del eclipse-, con lo cual debemos montar una carpa al lado del equipamiento y cuidar la continuidad en el registro de mediciones. La idea de medir antes y después del eclipse, es debido a que debemos analizar los días de referencia (sin eclipse) para poder aislar y cuantificar adecuadamente el fenómeno.

Equipo que medirá el campo magnético terrestre.

Parte del magnetómetro (microcomputadora y almacenamiento de datos). Constituye uno de los dos desarrollos electrónico nacionales, realizado por el Ing. Bernardo Elyestein, que permite la interface de la experiencia a desarrollar en Valcheta.

Equipo que medirá el campo magnético terrestre (magnetómetro de protones).

Antena y receptor GNSS.

-¿Qué cuestiones cambiarán durante el eclipse?

 En cuanto al estudio del contenido total electrónico, todo el proceso de un eclipse hace que el contenido total de electrones caiga entre un 30% a un 50% de su valor esperado. Este decaimiento es rápido y sucede generalmente entre 5 a 20 minutos después que se produce la máxima ocultación que es el momento que el Sol y la Luna se encuentran perfectamente alineados.
El máximo efecto de este evento, es decir el máximo decrecimiento del contenido electrónico, depende fuertemente de la altura en la que se encuentra el Sol en el momento de manifestarse en la atmósfera como una mancha de sombra (cuanto más vertical esté el Sol, mayor será el decrecimiento del contenido electrónico).

En lo que se refiere al campo magnético, mediremos la variación del campo magnético en cada una de sus tres componentes espaciales: X hacia el norte geográfico; Y hacia el este y perpendicular a las anteriores y apuntando hacia abajo. Las variaciones que esperamos medir es de unas diez a quince nanoteslas, estas variaciones son muy pequeñas, teniendo en cuenta que el módulo de campo o intensidad del mismo es más de 2000 veces más grande. Para dicha medición debemos contar con un sitio aislado en un radio de 70 metros como mínimo. Esta variación se vincula con la variación en la corriente eléctrica ionosférica, o visto de otro modo la conductividad eléctrica, que a su vez se relaciona con la cantidad de electrones libres en la atmosfera es decir la variación del TEC que hablábamos al principio.

-¿Trabajan con antecedentes de observación de eclipses similares?

 En estos últimos meses hemos seleccionado como evento de estudio el eclipse del 21 de agosto de 2017. Este eclipse fue también solar y total y cubrió la zona de centro norte de Estados Unidos, haciendo un barrido longitudinal en horas de la mañana-mediodía. Las características de este eclipse, si bien todos los eclipses son diferentes desde un punto de vista interacción radiación-atmosfera, presenta características generales similar al eclipse 2020.

Ambos se dan en horas de plena fotoionización, hace un barrido a lo largo de nuestra Patagonia de costa a costa, y barre a la ionosfera en posición geográfica de latitud media. Esto último es importante ya que la ionosfera intrínsecamente es más tranquila en esa posición geográfica.

En el estudio del eclipse en Estados Unidos se cuenta con una red de estaciones GNSS muchísimo más grande que la nuestra, aunque con una cantidad similar a la nuestra de observatorios geomagnéticos.
Gracias a este análisis hemos desarrollado la experiencia en el manejo del dato y también el código del modelo teórico de variabilidad.
De todas maneras, hasta donde sabemos, nadie ha ido al sitio de mejor observación -Valcheta en nuestro caso donde habrá una mayor ocultación- y haya situado equipamiento para medir la ionosfera y el campo magnético.

-¿Expectativas?

Un eclipse nos ofrece un "laboratorio" natural donde podemos estudiar variabilidades abruptas de radiación solar y su efecto en la ionosfera -cantidad de electrones libres- que a su vez afectará a las corrientes ionosfericas y por ende producirá variación en el campo magnético terrestre.
Todo este estudio, modelos para explicar dichos comportamientos y mediciones que validen o no las hipótesis de trabajo, nos ayudan a entender mejor la alta atmósfera y los fenómenos de interacción entre electrones libres en la ionosfera y variación de campo magnético.

Enlace de interés:

http://www.maggia.unlp.edu.ar/

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Dr. Eliam Wolfram

"Todos nosotros somos absolutamente enamorados de la atmósfera y cada uno acercó su profesión para que este proyecto ocurra"

Lo dice Elian Wolfram, Doctor en Física por la UNLP, investigador de CONICET, y Director de las Redes de Observación del Servicio Meteorológico Nacional. Su trayectoria profesional está relacionada con el sensado remoto de la atmósfera, el estudio del ozono estratosférico y la radiación solar. Dialogamos con él antes del eclipse total de Sol del 14 de diciembre.

"Este proyecto científico se centra en observar un fenómeno natural desde distintos ángulos, cómo afecta el eclipse a la atmósfera, en este caso, en la Patagonia. El proyecto nació de una charla con la Dra. Gabriela Nicora en octubre del año pasado, y ahí empezaron las primeras conexiones con la ciudad de Valcheta -uno de los lugares de observación elegidos- y se fueron sumando otros colegas entusiastas".

-¿Cuál será tu tarea en Valcheta durante el eclipse?

Principalmente, relevar el efecto del eclipse sobre la atmósfera, eso tiene muchos aspectos, todo lo que tenga que ver con la fotoquímica, reacciones que se inducen a través de fotones y estos fotones provienen, en este caso, del Sol. Cuando un eclipse "apaga" el Sol se espera que ocurran ciertas cosas interesantes para estudiarlas.

-¿Qué cosas?

Por ejemplo, un cambio en el contenido total de ozono, que tiene que ver con la producción y el equilibrio fotoquímico del oxígeno y el ozono, el nitrógeno y los clorofluorocarbonos y los demás componentes que interactúan para dar un valor medio de ozono en la estratosfera, en un determinado momento.

Voy a monitorear la radiación solar que llega a nivel del suelo, con una serie de instrumentos similares a los de red SaverNet, en distintas longitudes de onda ultravioleta -a y b- y en el visible, lo que se llama el espectro solar normal, lo que vemos con nuestros ojos.

Llevaremos cuatro instrumentos, algunos son de banda ancha, y otro de bandas moderadas. Los pondremos sobre una camioneta en un lugar establecido por la municipalidad de Valcheta.

También, monitorearemos variables meteorológicas básicas, como son la presión, la temperatura, la humedad, la dirección y velocidad del viento. Cuando el eclipse "apague" la fuente -el Sol en este caso- se registrará la variación de la temperatura y también la temperatura superficial terrestre.

Nuestro grupo del Servicio Meteorológico Nacional está conformado por Federico Vertraeten, Claudia Martínez, Gustavo Pereyra. Durante 7 días -tres días antes y tres después del eclipse- mediremos en forma continua mismo lugar quiero en forma continua. Con radiómetros obtendremos 1440 datos por día.

-En el año 2019, la Argentina pudo observar un eclipse total de Sol cuya franja de totalidad fue en el centro del país. ¿Por qué no hicieron estos estudios en ese momento?

Ese eclipse sucedió con el Sol cerca del horizonte, más al oeste y en invierno pero sí nos sirvió para pensar este proyecto que nació de una charla con la Dra. Gabriela Nicora en octubre de 2019. El próximo eclipse en diciembre, se verá de manera total en el norte de la Patagonia, al mediodía. Gabriela hizo las primeras conexiones en la zona y así empezó a crecer la idea de viajar junto a otros entusiastas de otras especialidades.

Otra cosa importante es la geometría astronómica de este eclipse, el Sol estará bien alto, en el cenit y eso nos dará una interesante oportunidad de estar en el pico máximo de la radiación que está llegando a la superficie del planeta. Si bien la totalidad del eclipse son solo unos minutos, todo el proceso dura unas horas y podremos tomar diferentes registros.

Cada grupo hará su experticia, algunos van a estudiar el contenido total electrónico, otro, cómo es la variación del campo magnético de la Tierra. Otros grupos no estarán físicamente allí pero sí lo van a seguir y registrar en laboratorios ubicados en Trelew, Cipolletti, lugares del SMN y la UNLP.

-¿Hay estudios similares como el de este proyecto?

En el eclipse de 2017 que pudo ser observado en su totalidad de oeste a oeste en Estados Unidos, hubo todo tipo de registro; desde ese punto de vista nuestro proyecto no es innovador pero hay que registrar de todas maneras, porque en la ciencia lo que documentes, tal vez en un determinado momento sirva para resolver otro determinado problema.

Lo más importante es ir y registrar con todo lo que podamos que esté a nuestro alcance, aún con las dificultades de la pandemia, porque hay muchas cosas que todavía no sabemos que van a pasar.

Lo importante es que observaremos el eclipse desde distintas experiencias: quienes nos interesa la atmósfera o lo relacionado a ella, como el campo geomagnético, el contenido fotónico, la alta atmósfera, la baja atmósfera, el ozono, la radiación, los parámetros de temperatura, de presión, parámetros meteorológicos básicos.

Nuestro estudio no sucede en un laboratorio clásico sino en uno natural que no podemos anticipar. ¡Ojalá que el día del eclipse sea de esos despejadísimos de la Patagonia!".

Ozono y más

Consultado sobre sus primeros temas de investigación, el Dr. Wolfram mencionó a su mentor, "fue un profesor de la UNLP, el Dr. Jorge Tocho, mi director de tesis de licenciatura. A través suyo conocí a Gabriela Nicora que ya trabajaba en el CITEDEF y nos metimos en el censado de la atmósfera. Jorge me dio toda su experiencia en optoelectrónica y en física pero me quedaba un vacío en la parte de meteorología.

En el 2000 me quedé sin trabajo, no entré a CONICET, y al terminar mi carrera empecé a trabajar en CITEDEF -durante 20 años trabajé en el Departamento de láser y aplicaciones-. Mi tesis de doctorado fue el desarrollo de un radar óptico para medir ozono en la estratosfera. Así, me metí de lleno en vincular la física y la observación de la atmósfera.

La técnica se llama LIDAR (Light Detection and Ranging), es similar al radar pero utilizando pulsos de luz. Permite medir el tiempo enlazado entre una emisión de un pulso láser y la recepción de dicho pulso luego de haber interactuando con las moléculas y partículas de la atmósfera. De esa manera, se puede relevar su contenido, contarlas.
Para ser gráfico, digo que devuelve el "eco" de la luz que interactuó contra la partícula o la molécula o la nube, por ejemplo. La nube actúa como reflejo y vuele a tierra. Así haces la telemetría de la nube, o en otro caso, de partículas de cenizas volcánicas o polución atmosférica, etc.

En mi tesis combiné dos pulsos láser en una técnica que se llama absorción diferencial y conté las moléculas de ozono en la estratosfera; "escuchando" el eco de dos pulsos láser en vez de uno. Fue el primer aparato que hubo en el país y se instaló en la base militar de Río gallegos hace unos 12 años, y allí permanece. Hoy es parte del Observatorio Atmosférico de la Patagonia Austral (CONICET-CITEDEF). Hubo 12 instrumentos de ese tipo en el planeta y hoy quedan menos ya que son muy caros de mantener. Todo surgió de un programa mundial sobre protección y monitoreo de la capa de ozono.

Fue el primer problema global ambiental al que el mundo encontró solución. A más de 30 años del protocolo de Montreal, generamos evidencia científica sobre que la capa de ozono se está recuperando. Pero todavía nos falta resolver el problema de los gases de efecto invernadero, seguimos emitiendo la misma materia energética".

La Argentina fue uno de los pocos lugares del mundo que tuvo instrumentos desde tierra que midieran con mucha precisión el perfil de ozono, la cantidad de moléculas en una determinada altura de la atmósfera. Estos datos se cotejan con lo que miden los satélites para chequear si lo que están midiendo es correcto".

A partir de aquel instrumento para medir el ozono se generaron proyectos y subsidios internacionales entre el año 2013 y 2018. "El más grande es el proyecto Savernet que generó una red de observación en todo nuestro país con instrumentos para medir el ozono y tecnología LIDAR para medir toda la radiación solar en distintas longitudes de onda.
Estuve encargado hasta el 2018, de toda esa línea de producción que tuvo que ver directamente con armar, diseñar y llevar adelante esta red de monitoreo de radiación en Argentina.

El destinatario final es el Servicio Meteorológico Nacional (SMN). Fue desarrollado por el CITEDEF junto con instituciones de Japón. En 2019, la directora del SMN me llamó para saber si me quería unir al staff como director nacional de redes de observación, cargo que acepté y que sigo ocupando".

Enlaces de interés:

https://unidef.conicet.gov.ar/laboratorios-la/div-atmosfera/
www.savernet-satreps.org

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