Astronomía de radar

La astronomía de radar es una técnica de observación de objetos astronómicos cercanos reflejando ondas de radio o microondas en los objetos objetivo y analizando sus reflejos. La astronomía de radar se diferencia de la radioastronomía en que esta última es una observación pasiva (es decir, solo recibe) y la primera es activa (transmite y recibe). Los sistemas de radar se han llevado a cabo durante seis décadas aplicados a una amplia gama de estudios del Sistema Solar. La transmisión del radar puede ser pulsada o continua. La fuerza de la señal de retorno del radar es proporcional a la inversa de la cuarta potencia de la distancia. Las instalaciones mejoradas, el aumento de la potencia del transceptor y los aparatos mejorados han aumentado las oportunidades de observación.

Las técnicas de radar brindan información que no está disponible por otros medios, como probar la relatividad general mediante la observación de Mercurio y proporcionar un valor refinado para la unidad astronómica. Las imágenes de radar proporcionan información sobre las formas y las propiedades de la superficie de los cuerpos sólidos, que no se pueden obtener mediante otras técnicas terrestres.

Basándose en radares terrestres de alta potencia (de hasta un megavatio), la astronomía por radar puede proporcionar información astrométrica extremadamente precisa sobre la estructura, la composición y el movimiento de los objetos del Sistema Solar. Esto ayuda a formar predicciones a largo plazo de impactos de asteroides con la Tierra, como lo ilustra el objeto 99942 Apophis. En particular, las observaciones ópticas miden dónde aparece un objeto en el cielo, pero no pueden medir la distancia con gran precisión (confiar en el paralaje se vuelve más difícil cuando los objetos son pequeños o están mal iluminados). El radar, por otro lado, mide directamente la distancia al objeto (y qué tan rápido está cambiando). La combinación de observaciones ópticas y de radar normalmente permite la predicción de órbitas al menos décadas, ya veces siglos, en el futuro.

En agosto de 2020, el Observatorio de Arecibo (Radar Planetario de Arecibo) sufrió una falla en el cable estructural, lo que provocó el colapso del telescopio principal en diciembre de ese año.

Queda una instalación astronómica de radar en uso regular, el radar del sistema solar Goldstone.

Ventajas

• Control de atributos de la señal [es decir, modulación y polarización del tiempo/frecuencia de la onda]
• Resolver objetos espacialmente.
• Precisión de medición de delay-Doppler.
• La penetración opticamente opaca.
• Sensible a altas concentraciones de metal o hielo.

Desventajas

El alcance máximo de la astronomía por radar es muy limitado y está confinado al Sistema Solar. Esto se debe a que la fuerza de la señal cae muy abruptamente con la distancia al objetivo, la pequeña fracción del flujo incidente que es reflejado por el objetivo y la fuerza limitada de los transmisores. La distancia a la que el radar puede detectar un objeto es proporcional a la raíz cuadrada del tamaño del objeto, debido a la dependencia de uno sobre distancia a la cuarta de la intensidad del eco. El radar podría detectar algo ~1 km a través de una gran fracción de una UA de distancia, pero a 8-10 AU, la distancia a Saturno, necesitamos objetivos de al menos cientos de kilómetros de ancho. También es necesario tener unas efemérides relativamente buenas del objetivo antes de observarlo.

Historia

La Luna está comparativamente cerca y fue detectada por radar poco después de la invención de la técnica en 1946. Las mediciones incluyeron la aspereza de la superficie y el mapeo posterior de las regiones sombreadas cerca de los polos.

El siguiente objetivo más fácil es Venus. Este fue un objetivo de gran valor científico, ya que podría proporcionar una forma inequívoca de medir el tamaño de la unidad astronómica, que se necesitaba para el campo naciente de naves espaciales interplanetarias. Además, tal destreza técnica tuvo un gran valor de relaciones públicas y fue una excelente demostración para las agencias de financiación. Por lo tanto, hubo una presión considerable para obtener un resultado científico a partir de datos débiles y ruidosos, lo que se logró mediante un procesamiento posterior intensivo de los resultados, utilizando el valor esperado para saber dónde buscar. Esto condujo a afirmaciones tempranas (de Lincoln Laboratory, Jodrell Bank y Vladimir A. Kotelnikov de la URSS) que ahora se sabe que son incorrectas. Todos coincidieron entre sí y el valor convencional de AU en ese momento, 149467000 km.

La primera detección inequívoca de Venus fue realizada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro el 10 de marzo de 1961. El JPL estableció contacto con el planeta Venus usando un sistema de radar planetario del 10 de marzo al 10 de mayo de 1961. Usando datos de velocidad y alcance, un nuevo valor de 149598500±500 km fue determinado para la unidad astronómica. Una vez que se conoció el valor correcto, otros grupos encontraron ecos en sus datos archivados que coincidían con estos resultados.

La siguiente es una lista de cuerpos planetarios que han sido observados por este medio:

• Mercurio - Mejor valor para la distancia de la tierra observada (prueba de RG). Periodo rotativo, libración, mapeo superficial, esp. de regiones polares.
• Venus - primera detección de radar en 1961. Periodo de rotación, propiedades superficiales brutas. La misión de Magallanes mapeó todo el planeta usando un altímetro de radar.
• Tierra - numerosos radares aéreos y naves espaciales han mapeado todo el planeta, para diversos propósitos. Un ejemplo es la Misión de Topografía Radar de Shuttle, que mapeó grandes partes de la superficie de la Tierra a 30 m de resolución.
• Marte - Mapping of surface rugness from Arecibo Observatory. La misión Mars Express lleva un radar de captación terrestre.
• Sistema Júpiter - Satélites galileos
• Saturn System - Anillos y Titan del Observatorio de Arecibo, mapeo de la superficie de Titan y observaciones de otras lunas de la nave espacial Cassini.

Asteroides y cometas

El radar brinda la capacidad de estudiar la forma, el tamaño y el estado de rotación de asteroides y cometas desde el suelo. Las imágenes de radar han producido imágenes con una resolución de hasta 7,5 metros. Con suficientes datos, se puede extraer el tamaño, la forma, el giro y el albedo de radar de los asteroides objetivo.

Solo 19 cometas han sido estudiados por radar, incluido 73P/Schwassmann-Wachmann. Ha habido observaciones de radar de 612 asteroides cercanos a la Tierra y 138 asteroides del cinturón principal a principios de 2016. Para 2018, esto había aumentado a 138 asteroides del cinturón principal, 789 asteroides cercanos a la Tierra, también en ese momento se habían observado 20 cometas.

Se observan muchos cuerpos durante su sobrevuelo cercano a la Tierra.

Mientras estaba en funcionamiento, el Observatorio de Arecibo proporcionó información sobre los impactos de cometas y asteroides que amenazan la Tierra, lo que permite predicciones de impactos y cuasi accidentes en décadas futuras, como las de Apophis y otros cuerpos. Al ser más pequeño, el Goldstone Solar System Radar es menos sensible y no puede proporcionar la misma capacidad predictiva.

Telescopios

• Observatorio de Arecibo
• Goldstone Deep Space Communications Complex
• RT-70
• Plutón
• Deep Space Network