Un cuerpo negro es un elemento ideal que en equilibrio termodinámico a una temperatura T, irradia por lo menos tanta energía como cualquier otro cuerpo a igual
temperatura. Los materiales reales generalmente se refieren como cuerpos grises, ya
que emiten menos que un cuerpo negro y no necesariamente absorben toda la energía que les incide. Luego en la región de microondas el brillo de un cuerpo negro (Bcn) en
un determinado ancho de banda será:
a) b)
Figura 3.18 – Fuentes generadoras de temperatura de brillo, a) superficie terrestre y b) radiofuente celeste. 2 2 cn f K T B B B B (3.69)
Analicemos una antena utilizada como radiotelescopio o una antena de un satélite observando parámetros geofísicos de la corteza terrestre (Figura 3.19), ya que son casos similares y en donde podemos aplicar los mismos conceptos teóricos; por lo tanto podemos decir que si un brillo B() correspondiente a la radiación, en una
determinada dirección es producido por una temperatura TB (), llamada temperatura de brillo (Figura 3.18) [12], éste se puede expresar como:
2 2 ( , ) ( , ) K TB B B (3.70)
Considerando la emisión de una radiofuente o de una zona de la corteza terrestre, como se observa en las figuras 3.19a y 3.19b, podemos ver que la misma está compuesta por varios factores.
Figura 3.19 – a) Emisión de una zona de la corteza terrestre y b) emisión de una zona de una radiofuente.
Según la figura 3.19 las temperaturas que intervienen son los siguientes:
Tdesc: temperatura de radiación descendente que puede ser producida por el sol,
la atmósfera y otras fuentes; producirán una radiación por dispersión (scattering) sobre la tierra.
Tscat: temperatura de radiación por dispersión producidas al incidir rayos
descendentes sobre la corteza terrestre.
Tfondo: temperatura a la cual se encuentra el fondo de la zona que se observa, en
el caso de una observación satelital de la corteza terrestre va a depender principalmente de la temperatura física de la misma (mar o tierra), y en el caso de un radiotelescopio serán los 2,73°K de radiación de fondo del Universo.
Tatm: temperatura atmosférica y va a depender de la radiación o absorción que
produce la atmósfera a la frecuencia que se está observando.
TlobLat: temperatura que pueden detectar los lóbulos laterales y que puede ser de
lo más variada; en el caso de observaciones remotas hasta parte de la estructura del satélite puede radiar y sumar por los lóbulos laterales una temperatura
adicional, en los radiotelescopios se producen niveles de señal por contribución principalmente de la tierra.
TB(): temperatura de la radiofuente, generada por las variaciones térmicas
producidas por los fenómenos físicos que se desean observar. Las otras temperaturas contribuirán como ruido o interferencia sobre la información a detectar.
Por lo tanto el brillo en estos casos lo definimos como:
2 2 ( , ) ( , ) K TAP B B (3.71)
donde TAP() es la temperatura aparente de la zona observada, siendo la contribución
de varios factores como se observa en las figuras 3.19a y 3.19b, conteniendo a la temperatura de brillo (TB()) de la radiofuente, la cual se desea determinar.
Figura 3.20 – Observación
radioastronómica del continuo, barrido norte sur del hemisferio sur celeste [22].
a) Observación promedio del fondo en zonas sin la presencia de radiofuentes. b) Barrido típico observado o temperatura aparente de brillo.
c) El mismo barrido pero sin la contribución de fondo o temperatura de brillo de la zona observada.
En la figura 3.20 se ve un barrido de la antena en la dirección norte sur del hemisferio celeste detectado con un radiotelescopio y la forma de rescatar la información de la temperatura aparente de brillo. En la figura 3.20a podemos observar el promedio de observaciones en zonas donde no existe la presencia de radiofuente, con lo cual se puede rescatar la línea de base que representan todas las emisiones (temperatura de fondo, radiación atmosférica, señales entrantes por los lóbulos laterales, etc.) de los factores que se suman a la señal que se quiere detectar. En la figura 3.20b se observa un
observación corresponde a la temperatura aparente (TAP( ) ) observada por el
radiómetro. La diferencia entre los dos gráficos, mostrados en la figura 3.20c, permiten rescatar la temperatura de brillo (TB()) de la zona observada.
Figura 3.21 –Temperatura de brillo del Universo (Video), observación en el continuo en 1420 MHz.
En la Figura 3.21 se observa un mapa total en el continuo en la banda de frecuencia de 1,4 GHz, siendo la figura 3.20 un barrido típico de este mapa. La observación del hemisferio sur se efectuó con un radiómetro polarimétrico instalado sobre una antena reflectora parabólica de 30 metros de diámetro [21-22], el hemisferio norte se realizó con
una antena de características similares en el Max Planck Institut de Alemania. Los colores más intensos (rojo) representan mayor nivel de la señal en el continuo.
En la figura 3.22a se puede observar la temperatura aparente de brillo detectada con uno de los radiómetro de microondas montado sobre una antena reflectora parabólica toroidal de eje desplazado (MWR, Microwave Water Radiometer), instrumento del satélite Aquarius/SAC-D. Este satélite permite detectar parámetros geofísicos para el análisis del ciclo global del agua, datos de importancia para poder estudiar los cambios climáticos de la corteza terrestre. La información procesada, correspondiente a la temperatura de brillo referente a la columna de vapor de agua, se puede observar en la figura 3.22b.
a)
Figura 3.22 – a) Imagen de la temperatura aparente de brillo de la tierra en banda Ka (36,5 GHz) y b) datos procesados determinando la columna del vapor de agua de la atmósfera (Video).
b)