ITU-R RA 1630-0 SPANISH-2003 Technical and operational characteristics of ground-based astronomy systems for use in sharing studies with active services between 10 THz and 1 000 TH.pdf

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1、 Rec. UIT-R RA.1630-0 1 RECOMENDACIN UIT-R RA.1630-0*, * Caractersticas tcnicas y operacionales de los sistemas astronmicos situados en tierra para ser utilizadas en los estudios de comparticin con servicios activos entre 10 THz y 1 000 THz* (2003) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, consi

2、derando a) que durante siglos se ha utilizado el espectro entre 400 THz y 750 THz para efectuar observaciones astronmicas y que slo en los ltimos 30 aos ha sido posible explorar exhaustivamente todo el espectro entre 10 THz y 1 000 THz, gracias a los avances tecnolgicos; b) que las observaciones ent

3、re 10 THz y 1 000 THz proporcionan datos indispensables para dar respuesta a cuestiones fundamentales de la astronoma que quedaran sin resolver si slo se pudiese realizar observaciones astronmicas por debajo de 275 GHz; c) que el espectro entre 10 THz y 1 000 THz se utiliza tanto en la investigacin

4、astronmica como en muchas otras aplicaciones; d) que la tecnologa de la observacin astronmica, en el espectro comprendido entre 10 THz y 1 000 THz, se encuentra en permanente evolucin; e) que las observaciones astronmicas desde tierra en el espectro visible, entre 400 THz y 750 THz, tambin las reali

5、zan rutinariamente los astrnomos aficionados; f) que las frecuencias entre 10 THz y 1 000 THz se utilizan hoy en da en los enlaces de datos, dispositivos de medicin de distancia y otros sistemas activos situados en plataformas terrestres y espaciales, y que con la rapidez de expansin y proliferacin

6、de estos sistemas aumenta la probabilidad de interferencia entre los sistemas activos y pasivos; g) que muchas aplicaciones de los sistemas activos y pasivos que funcionan entre 10 THz y 1 000 THz son muy semejantes a las utilizadas en frecuencias inferiores del espectro electromagntico; h) que si b

7、ien hay diferencias notables entre las tecnologas utilizadas en esta parte del espectro y las que se utilizan en frecuencias inferiores (por ejemplo, recuento de fotones frente a integracin de potencia en el tiempo), no es menos cierto que hay muchas semejanzas (por ejemplo, ambas se utilizan en las

8、 observaciones del continuum y de las lneas espectrales); j) que es oportuno estudiar el tipo de medidas de proteccin y las consideraciones de comparticin necesarias para que los telescopios astronmicos situados en tierra puedan continuar funcionando sin interferencia, * Esta Recomendacin debe seala

9、rse a la atencin de la Unin Astronmica Internacional (UAI) y de la Unin Radiocientfica Internacional (URSI). * La Comisin de Estudio 7 de Radiocomunicaciones introdujo modificaciones redaccionales en esta Recomendacin en 2017, de conformidad con la Resolucin UIT-R 1. * 1 THz 1 000 GHz. 2 Rec. UIT-R

10、RA.1630-0 reconociendo a) que en el UIT-R no se ha estudiado la utilizacin del espectro ni su comparticin entre 10 THz y 1 000 THz, recomienda 1 que los astrnomos tengan en cuenta la posibilidad de interferencia procedente de los transmisores que funcionan entre 10 THz y 1 000 THz para la eleccin de

11、 los emplazamientos de los observatorios y el diseo de la instrumentacin; 2 que los astrnomos faciliten a las Comisiones de Estudio de Radiocomunicaciones la oportuna informacin sobre los ltimos avances tecnolgicos relativos a las observaciones astronmicas desde tierra en las frecuencias comprendida

12、s entre 10 THz y 1 000 THz; 3 que los estudios de la interferencia en los sistemas astronmicos que funcionan a frecuencias comprendidas entre 10 THz y 1 000 THz tengan en cuenta los parmetros tcnicos y operacionales contemplados en los Anexos 1 y 2. Anexo 1 1 Introduccin Los telescopios situados en

13、tierra pueden observar una gran diversidad de objetos del Universo a frecuencias inferiores a 275 GHz as como en el espectro comprendido entre 10 THz y 1 000 THz (30 m a 0,3 m). Las mediciones efectuadas en distintos dominios de la frecuencia suelen proporcionar informacin sobre las propiedades fsic

14、as (tales como la temperatura, la densidad y la distribucin espacial) de diversos estados de los distintos componentes (como estrellas, gas y polvo) que integran los objetos observados, as como sobre los campos magnticos locales. En general, cuanto mayor es el intervalo de frecuencias cubierto por l

15、as observaciones, mayor es el detalle de la informacin sobre las condiciones fsicas locales que puede obtenerse. Por otra parte, determinados tipos de objetos csmicos pueden estudiarse nicamente, o ms adecuadamente, a frecuencias inferiores a 275 GHz o bien en el espectro entre 10 THz y 1 000 THz (3

16、0 m a 0,3 m). La comunidad astronmica ha estado efectuando observaciones con telescopios en la banda de frecuencias comprendida entre 400 THz y 750 THz (0,75 m y 0,4 m) aproximadamente, durante unos 400 aos. En los ltimos 30 aos con la llegada de las tecnologas de deteccin se han ampliado las bandas

17、 disponibles para la investigacin astronmica al espectro comprendido entre 10 THz y 1 000 THz (30 m a 0,3 m). Los astrnomos suelen denominar infrarrojos a las frecuencias comprendidas entre 10 THz y 300 THz (30 m y 1 m), mientras que el espectro comprendido entre 300 THz y 1 000 THz (1 m y 0,3 m) se

18、 conoce generalmente como ptico. El espectro entre 10 THz y 1 000 THz es idneo para los estudios de las emisiones trmicas csmicas y de las de un gran nmero de lneas espectrales de tomos y molculas. Durante los ltimos 30 aos, los astrnomos han sido testigos de la aparicin de adelantos tecnolgicos que

19、 permiten la deteccin de determinadas seales que antes slo era posible desde plataformas orbitales. Los astrnomos aficionados a su vez, efectan observaciones en el espectro comprendido entre 400 THz y 750 THz (0,75 m y 0,4 m). Los propios pases por un lado y los consorcios internacionales por otro e

20、stn realizando grandes inversiones en la construccin de observatorios dotados de grandes espejos (antenas) de hasta 10 m de dimetro e incluso mayores, que junto con los detectores modernos, llegarn a alcanzar Rec. UIT-R RA.1630-0 3 sensibilidades sin precedente. Del mismo modo, la llegada de lseres

21、fiables y asequibles ha provocado una revolucin en las aplicaciones activas, entre las que se encuentran los enlaces de comunicaciones de banda ancha de gran capacidad espacio-espacio, Tierra-espacio, espacio-Tierra y los enlaces de datos terrenales, el radar y otros dispositivos de medicin de dista

22、ncias. La instrumentacin astronmica que funciona en el espectro comprendido entre 10 THz y 1 000 THz (30 m a 0,3 m) es extremadamente sensible a la interferencia, pudiendo incluso quemarse los detectores por captar seales de demasiada intensidad. No obstante, la elevada directividad de sistemas acti

23、vos tales como los sistemas de telecomunicaciones que utilizan lser funcionando en frecuencias entre 20 THz y 375 THz (15 m y 0,8 m), junto con las propiedades de propagacin de las ondas en este intervalo de frecuencias dan pie a la posibilidad de manifestaciones de la interferencia hasta ahora desc

24、onocidas, aunque tambin es cierto que hay un gran abanico de opciones para evitar la interferencia y compartir las bandas. Para llevar a cabo los estudios de evitacin de la interferencia y de comparticin de las bandas en este intervalo de frecuencias se necesitar conocer las caractersticas tcnicas y

25、 operacionales de los receptores astronmicos y de los sistemas de telescopios. 2 Bandas de inters Debido a las limitaciones atmosfricas, la mayor parte de las observaciones astronmicas desde tierra por encima del lmite superior de 1 THz mencionado en la disposicin nmero 5.565 del Reglamento de Radio

26、comunicaciones tienen lugar en el intervalo espectral comprendido entre 100 THz y 1 000 THz. La Fig. 1 ilustra la relacin entre la transmitancia de la atmsfera y la frecuencia en tres trayectos cenitales. La zona sombreada en gris claro representa un emplazamiento de gran calidad con aire seco situa

27、do a 5 km por encima del nivel del mar. La zona en gris oscuro muestra la absorcin atmosfrica adicional que tendra lugar en un emplazamiento situado 2 km por encima del nivel del mar (por ejemplo, Kitt Peak). Las regiones en negro muestran la repercusin adicional de la atmsfera correspondiente a un

28、emplazamiento situado a nivel del mar. Todos los trayectos utilizan los perfiles de temperatura y presin de la Recomendacin UIT-R P.835. La absorcin por debajo de 1 THz se calcula con la Recomendacin UIT-R P.676. La Figura muestra claramente que la atmsfera es opaca a la energa electromagntica en ca

29、si todas las frecuencias entre 1 THz y 10 THz, salvo en determinados emplazamientos astronmicos de gran altitud. Por encima de 10 THz, la transparencia de la atmsfera resulta muy conveniente para las observaciones de energa csmica desde la superficie de la Tierra. Por encima de 1 000 THz la atmsfera

30、 vuelve de nuevo a ser opaca. La transmitancia de la regin espectral entre 10 THz y 1 000 THz, se muestra en detalle en la Fig. 2 para estos tres trayectos cenitales. Se caracteriza por una serie de ventanas de visibilidad separadas por regiones de absorcin estrechas aunque de gran intensidad. La tr

31、ansparencia de las ventanas de visibilidad individuales queda limitada por una fina estructura de mltiples lneas de absorcin dbil. Las lneas de absorcin individuales se deben a la presencia de componentes gaseosos de la atmsfera incluidos entre otros: NH3, CO2, CO, CH4, NO2, NO, O2, O3, SO2, H2O y d

32、iversos clorofluorocarbonos. Las Recomendaciones UIT-R vigentes en materia de propagacin no contemplan actualmente algunos de estos gases, que son importantes para las observaciones astronmicas entre 10 THz y 1 000 THz. La intensidad de las lneas de absorcin suele depender de la temperatura y de la

33、presin. Debido a que la intensidad y la anchura de estas lneas es variable, las bandas de inters para los astrnomos de sistemas pticos situados en tierra incluyen todo el espectro comprendido entre 10 THz y 1 000 THz. 4 Rec. UIT-R RA.1630-0 Se puede acceder a un espectro ms amplio utilizando observa

34、torios areos, tales como globos y aviones, dedicados a las observaciones astronmicas. Para ampliar el acceso a este importante espectro astronmico, se utilizan observatorios espaciales tales como el telescopio espacial Hubble. 3 Tipos de observaciones Algunas de las observaciones efectuadas en el es

35、pectro correspondiente al intervalo de frecuencias 10 THz a 1 000 THz son semejantes a las efectuadas en bandas actualmente atribuidas al servicio de radioastronoma, a saber, la medicin de la densidad espectral de flujo de potencia (defp) del continuum y de las propiedades de las lneas espectrales (

36、lnea defp, desviacin Doppler y forma de las lneas). Una de las diferencias ms importantes entre las observaciones astronmicas realizadas a frecuencias inferiores a 275 GHz y las efectuadas en el intervalo de frecuencias comprendido entre 10 THz y 1 000 THz es la facilidad, incomparablemente mayor, c

37、on la que pueden generarse imgenes directamente en esta ltima banda, tanto en el modo del continuum como en de las lneas espectrales. La disponibilidad y sensibilidad de los sistemas de detectores, de varios millones de pxels cada uno de ellos, y de las cmaras fotogrficas, hacen que esta tcnica se u

38、tilice extensamente. Adems, se suelen utilizar anchuras de banda mucho mayores. 1 6 3 0 - 0 11 10 10 0 1 00 0510152025303540455030 0 00 3 00 0 30 0 30 3F I G U R A 1A b s or c i n ( z o n a s o m b r e a d a) d e u n a at m s f e r a n or m a l a l o l ar go d e u n t r ay e c t o ve r t i c a l60 G

39、 H zr e gi n dea b s or c i n27 5 G H zf i n de l a s a t r i bu c i one s r a di oe l c t r i c a s0, 01 0, 1Absorcin (dB)F r e c ue n c i a ( T H z )0, 3L on gi t u d d e ond a ( m)Rec. UIT-R RA.1630-0 5 La recogida de los datos astronmicos en el intervalo de frecuencias comprendido entre 10 THz y

40、 1 000 THz se realiza utilizando diversas tcnicas de medicin. Cada una de estas tcnicas proporciona informacin nica acerca de los objetos medidos. Los valores caractersticos de los parmetros utilizados tales como la anchura de banda, la sensibilidad del receptor, el tamao del campo de observacin y l

41、a resolucin angular dependen, en la prctica, del tipo de medicin efectuada. Los tiempos de integracin que se suelen utilizar varan considerablemente y oscilan entre 0,001 s y varias horas, dependiendo de la estabilidad de la atmsfera, del tipo de detector utilizado y de las caractersticas e intensid

42、ad de la emisin que se observa. Se suelen efectuar varias mediciones individuales con tiempos de integracin cortos, que se graban digitalmente y se integran posteriormente para conseguir la sensibilidad correspondiente a un tiempo de integracin largo. 3.1 Fotometra La fotometra es el equivalente en

43、alta frecuencia de las observaciones del continuum de las fuentes csmicas de defp efectuadas en las bandas de radioastronoma por debajo de 275 GHz. Las mediciones de la defp en el intervalo de frecuencias comprendido entre 10 THz y 1 000 THz suelen tener en cuenta todos los tipos de galaxias, estrel

44、las, objetos del sistema solar y polvo entre las estrellas o en torno a ellas, en una diversidad de objetos repartidos por todo el Universo. 1 6 3 0 - 0 210 0 1 00 0510152025303540455030 10 3 110F I G U R A 2A b s or c i n ( z o n a s o m b r e a d a) e n u n t r a ye c t o v e r t i c al d e u n a

45、at m s f e r a n or m a l p or e n c i m a d e 10 T H z Absorcin (dB)F r e c ue n c i a ( T H z )0, 3L on gi t u d d e ond a ( m)6 Rec. UIT-R RA.1630-0 La fotometra es una tcnica utilizada en todo el intervalo de frecuencias en cuestin, que utiliza bandas de frecuencias normales definidas por filtro

46、s insertados en el trayecto luminoso de los detectores. El Cuadro 3 contiene una relacin de los filtros de banda ancha ms utilizados en el intervalo de frecuencias comprendido entre 10 THz y 1 000 THz. En el Cuadro 2 se proporcionan ejemplos de los distintos tipos de detectores utilizados en los div

47、ersos intervalos de frecuencias. Entre estos detectores se pueden citar: los bolmetros y diversos detectores fotoconductores y fotovoltaicos para las bandas N y Q, los detectores InSb para las bandas J, H, K, L, y M y los dispositivos de acoplamiento de carga (CCD) para las bandas U, B, V, R e I. As

48、imismo se utilizan filtros de banda estrecha centrados en lneas espectrales de especial inters. Las observaciones fotomtricas se suelen calibrar por comparacin con estrellas perfectamente caracterizadas. 3.2 Espectroscopia La espectroscopia es el equivalente en alta frecuencia de las mediciones de l

49、neas espectrales de las bandas de radioastronoma por debajo de 275 GHz. La abundancia de lneas espectrales a lo largo de todo el intervalo de frecuencias comprendido entre 10 THz y 1 000 THz, la mayor parte de las cuales corresponden a diversos estados de elementos y molculas sin lneas a frecuencias inferiores a 275 GHz, otorga especi