1、 Rec. UIT-R RA.1630 1 RECOMENDACIN UIT-R RA.1630*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*(Cuestin UIT-R 235/7) (2003) La Asamblea de Radiocomunicaciones de
2、la UIT, considerando 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 obse
3、rvaciones entre 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
4、investigacin 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, tam
5、bin las realizan 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
6、proliferacin 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
7、; h) que si bien 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 ut
8、ilizan en las 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 Recomendaci
9、n debe sealarse a la atencin de la Unin Astronmica Internacional (UAI) y de la Unin Radiocientfica Internacional (URSI). *1 THz = 1 000 GHz. 2 Rec. UIT-R RA.1630 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
10、 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 los emplazamientos de los observatorios y el diseo de la instrumentacin; 2 que los astrnomos faciliten a las Comisiones de Estudio de Radiocomunica
11、ciones la oportuna informacin sobre los ltimos avances tecnolgicos relativos a las observaciones astronmicas desde tierra en las frecuencias comprendidas 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
12、 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 tierra pueden observar una gran diversidad de objetos del Universo a frecuencias inferiores a 275 GHz as como en el espectro comprendido entre 10 TH
13、z 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 fsicas (tales como la temperatura, la densidad y la distribucin espacial) de diversos estados de los distintos componentes (como estrellas, gas y polvo)
14、 que integran los objetos observados, as como sobre los campos magnticos locales. En general, cuanto mayor es el intervalo de frecuencias cubierto por las observaciones, mayor es el detalle de la informacin sobre las condiciones fsicas locales que puede obtenerse. Por otra parte, determinados tipos
15、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 (30 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
16、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 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 infrarr
17、ojos 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 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 gra
18、n 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 permiten la deteccin de determinadas seales que antes slo era posible desde plataformas orbitales. Los astrnomos aficionados a su vez, efectan obse
19、rvaciones 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 estn realizando grandes inversiones en la construccin de observatorios dotados de grandes espejos (antenas) de hasta 10 m de dimetro e incluso mayore
20、s, que junto con los detectores modernos, llegarn a alcanzar Rec. UIT-R RA.1630 3 sensibilidades sin precedente. Del mismo modo, la llegada de lseres fiables y asequibles ha provocado una revolucin en las aplicaciones activas, entre las que se encuentran los enlaces de comunicaciones de banda ancha
21、de gran capacidad espacio-espacio, Tierra-espacio, espacio-Tierra y los enlaces de datos terrenales, el radar y otros dispositivos de medicin de distancias. 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 in
22、terferencia, pudiendo incluso quemarse los detectores por captar seales de demasiada intensidad. No obstante, la elevada directividad de sistemas activos 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 pr
23、opiedades de propagacin de las ondas en este intervalo de frecuencias dan pie a la posibilidad de manifestaciones de la interferencia hasta ahora desconocidas, aunque tambin es cierto que hay un gran abanico de opciones para evitar la interferencia y compartir las bandas. Para llevar a cabo los estu
24、dios de evitacin de la interferencia y de comparticin de las bandas en este intervalo de frecuencias se necesitar conocer las caractersticas tcnicas y operacionales de los receptores astronmicos y de los sistemas de telescopios. 2 Bandas de inters Debido a las limitaciones atmosfricas, la mayor part
25、e de las observaciones astronmicas desde tierra por encima del lmite superior de 1 THz mencionado en la disposicin nmero 5.565 del Reglamento de Radiocomunicaciones 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
26、 atmsfera y la frecuencia en tres trayectos cenitales. La zona sombreada en gris claro representa un emplazamiento de gran calidad con aire seco situado 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
27、 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 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 p
28、or 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 casi todas las frecuencias entre 1 THz y 10 THz, salvo en determinados emplazamientos astronmicos de gran altitud. Por encima de 10 THz, la transparenci
29、a 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 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 tray
30、ectos cenitales. Se caracteriza por una serie de ventanas de visibilidad separadas por regiones de absorcin estrechas aunque de gran intensidad. La transparencia de las ventanas de visibilidad individuales queda limitada por una fina estructura de mltiples lneas de absorcin dbil. Las lneas de absorc
31、in 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 diversos clorofluorocarbonos. Las Recomendaciones UIT-R vigentes en materia de propagacin no contemplan actualmente algunos de estos gases, que son imp
32、ortantes 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 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 tie
33、rra incluyen todo el espectro comprendido entre 10 THz y 1 000 THz. 4 Rec. UIT-R RA.1630 1630-011 10 100 1 000510152025303540455030 000 3 000 300 30 3FIGURA 1Absorcin (zona sombreada) de una atmsfera normal a lo largo de un trayecto vertical60 GHzregin deabsorcin275 GHzfin de las atribuciones radioe
34、lctricas0,01 0,1Absorcin (dB)Frecuencia (THz)0,3Longitud de onda (m)Se puede acceder a un espectro ms amplio utilizando observatorios areos, tales como globos y aviones, dedicados a las observaciones astronmicas. Para ampliar el acceso a este importante espectro astronmico, se utilizan observatorios
35、 espaciales tales como el telescopio espacial Hubble. 3 Tipos de observaciones Algunas de las observaciones efectuadas en el espectro 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
36、, la medicin de la densidad espectral de flujo de potencia (defp) del continuum y de las propiedades de las lneas espectrales (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
37、 las efectuadas en el intervalo de frecuencias comprendido entre 10 THz y 1 000 THz es la facilidad, incomparablemente mayor, con 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
38、 sistemas de detectores, de varios millones de pxels cada uno de ellos, y de las cmaras fotogrficas, hacen que esta tcnica se utilice extensamente. Adems, se suelen utilizar anchuras de banda mucho mayores. Rec. UIT-R RA.1630 5 1630-02100 1 000510152025303540455030 10 3 110FIGURA 2Absorcin (zona som
39、breada) en un trayecto vertical de una atmsfera normal por encima de 10 THz Absorcin (dB)Frecuencia (THz)0,3Longitud de onda (m)La recogida de los datos astronmicos en el intervalo de frecuencias comprendido entre 10 THz y 1 000 THz se realiza utilizando diversas tcnicas de medicin. Cada una de esta
40、s 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 la resolucin angular dependen, en la prctica, del tipo de medicin efectuada. Lo
41、s 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 intensidad de la emisin que se observa. Se suelen efectuar varias mediciones individua
42、les 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 alta frecuencia de las observaciones del continuum de las fuentes csmicas de d
43、efp 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, estrellas, objetos del sistema solar y polvo entre las estrellas o en torno a ellas,
44、 en una diversidad de objetos repartidos por todo el Universo. 6 Rec. UIT-R RA.1630 La fotometra es una tcnica utilizada en todo el intervalo de frecuencias en cuestin, que utiliza bandas de frecuencias normales definidas por filtros insertados en el trayecto luminoso de los detectores. El Cuadro 3
45、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 diversos intervalos de frecuencias. Entre estos detectores se pueden ci
46、tar: 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. Asimismo se utilizan filtros de banda estrecha centrados en lneas espe
47、ctrales 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 lneas espectrales de las bandas de radioastronoma por debajo de 275 G
48、Hz. 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 especial importancia a esta rama de la
49、 astronoma y subraya la importancia del acceso a este intervalo de frecuencias. Las observaciones de las lneas espectrales se llevan a cabo para obtener, por ejemplo, la composicin, qumica, propiedades fsicas y dinmica de una gran diversidad de objetos, tales como las nubes interestelares, las galaxias individuales, los grupos y cmulos de g
