Радиообсерватория Хикамарки

Радиообсерватория Хикамарка

Радиообсерватория Хикамарка - Лима, Перу
Местоположение	Перу
Координаты	11 ° 57'05 ″ ю.ш., 76 ° 52'28 ″ з.д. / 11,95139 ° ю.ш. 76,87431 ° з.д. / -11,95139; -76,87431 Координаты : 11 ° 57'05 ″ ю.ш., 76 ° 52'28 ″ з.д. / 11,95139 ° ю.ш. 76,87431 ° з.д. / -11,95139; -76.87431
Организация	Геофизический институт Перу. Корнельский университет. Национальный научный фонд
Длина волны	6 м (50 МГц)
Построен	–1961 (–1961 )
Телескопический стиль	радиотелескоп
Площадь сбора	82,944 м (892,800 кв. Футов)
Веб-сайт	jro.igp.gob.pe / english
Местоположение радиообсерватории Хикамарки
Связанные СМИ на Wikimedia Commons

Радиообсерватория Хикамарки (JRO) экваториальный якорь западного полушария цепочки некогерентного рассеяния радарных (ISR) обсерваторий, простирающихся от Лимы, Перу в Сёндре-Стрёмфьорд, Гренландия. JRO - главный научный центр в мире для изучения экваториальной ионосферы. Обсерватория примерно полчаса езды вглубь (на восток) от Лимы и в 10 км от Центрального шоссе (11 ° 57′05 ″ ю.ш., 76 ° 52′27,5 ″ з.д. / 11,95139 ° ю.ш. 76,874306 ° з.д. / -11,95139; - 76.874306, 520 метров над уровнем моря). Угол магнитного падения составляет около 1 ° и незначительно меняется в зависимости от высоты и года. Радар может точно определять направление магнитного поля Земли (B) и может быть направлен перпендикулярно B на высотах по всей ионосфере. Изучение экваториальной ионосферы быстро становится зрелой областью, во многом благодаря вкладу JRO в radio науку.

основную JRO Антенна является самой большой из всех радаров некогерентного рассеяния в мире. Основная антенна представляет собой квадратную решетку с кросс-поляризацией, состоящую из 18 432 диполей с половинной длиной волны, занимающих площадь примерно 300 x 300 м. Основными областями исследований обсерваторий являются: устойчивая экваториальная ионосфера, ионосферные выровненные неоднородности поля, динамика экваториальной нейтральной атмосферы и метеора физика.

Обсерватория - это объект Геофизического института Перу, управляемый при поддержке Национального научного фонда США Соглашения о сотрудничестве через Корнельский университет.

• 1 История
• 2 Оборудование
  • 2.1 Главный радар
    • 2.1.1 Компоненты радара
    • 2.1.2 Режимы работы радара
  • 2.2 Радар JULIA
  • 2.3 Другие инструменты
• 3 Основные направления исследований
• 4 эхосигнала с когерентным рассеянием
• 5 Нетрадиционные исследования
• 6 Резюме научного вклада и вехи (с 1961 года)
• 7 Директора JRO и главные исследователи
• 8 См. Также
• 9 Ссылки
• 10 Внешние ссылки

Радиообсерватория Хикамарка была построена в 1960–61 гг. Центральной лабораторией распространения радиоволн (CRPL) Нати. Национальное бюро стандартов (NBS). Позднее эта лаборатория стала частью Управления экологической науки (ESSA), а затем Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). Руководил проектом Dr. Кеннет Л. Боулз, известный как «отец JRO».

Хотя последний диполь был установлен 27 апреля 1962 года, первые измерения некогерентного рассеяния в Хикамарке были выполнены в начале августа 1961 года с использованием части общей площади проектируется и без последней ступени передатчика . В 1969 году ESSA передало обсерваторию Геофизическому институту Перу (IGP), который сотрудничал с CRPL в течение Международного геофизического года (МГГ) в 1957–58 и принимал непосредственное участие во всех аспектах исследования. строительство и эксплуатация Хикамарки. ESSA, а затем NOAA продолжали оказывать некоторую поддержку операциям в течение нескольких лет после 1969 года, в основном благодаря усилиям неофициальной группы под названием «Jicamarca Amigos» во главе с профессором Уильямом Э. Гордон. Профессор Гордон изобрел метод некогерентного рассеяния радар в 1958 году.

Несколько лет спустя Национальный научный фонд начал частично поддерживать работу Хикамарка, сначала через NOAA, а с 1979 года через Корнельский университет через соглашения о сотрудничестве. В 1991 году была создана некоммерческая перуанская организация под названием Ciencia Internacional (CI) для найма большинства сотрудников обсерватории и предоставления услуг и товаров IGP для управления обсерваторией.

С 1969 года подавляющее большинство компонентов радара было заменено и модернизировано на «самодельное» оборудование и программное обеспечение, разработанное и изготовленное перуанской инженеры и техники. Более 60 к.т.н. студенты, многие из институтов США и 15 из Перу, провели свои исследования совместно с Хикамаркой.

Главный радар

Основным инструментом JRO является VHF радар, который работает на 50 МГц (фактически на частоте 49,9 МГц) и используется для изучения физики экваториальной ионосферы и нейтральной атмосферы. Как и любой другой радар , его основными компонентами являются: антенна, передатчики, приемники, контроллер радаров, система сбора и обработки данных. Основными отличительными характеристиками радара JRO являются: (1) антенна (самая большая из всех ISR в мире) и (2) мощные передатчики.

Компоненты радара

• Антенна. Основная антенна представляет собой антенную решетку с двойной поляризацией, которая состоит из 18 432 полуволновых диполей, занимающих площадь 288 x 288 м. Массив разбит на кварталы, каждая из которых состоит из модулей 4х4. Главный луч массива можно вручную повернуть на +/- 3 градуса от его осевого положения, заменив кабели на уровне модуля. Будучи модульным, массив может быть настроен как для передачи, так и для приема в различных конфигурациях, что позволяет, например, выполнять одновременные многолучевые наблюдения, применять радиолокационную интерферометрию с несколькими базовыми линиями, а также радиолокационную визуализацию и т.д.
• Передатчики. В настоящее время JRO имеет три передатчика, каждый из которых может обеспечивать пиковую мощность 1,5 МВт. Вскоре будет закончен четвертый передатчик, который позволит передавать 6 МВт, как в первые дни. Каждый передатчик может получать питание независимо и может быть подключен к любой четверти секции основного массива. Эта гибкость позволяет передавать любую поляризацию : линейную, круговую или эллиптическую.
• Другое. Остальные компоненты РЛС постоянно меняются и модернизируются в соответствии с имеющейся технологией. Для сборки приемников, контроллера РЛС и системы сбора используются современные электронные устройства. Первый компьютер в Перу появился в компании JRO в начале 1960-х годов. С тех пор использовались разные компьютеры и системы.

Режимы работы радара

Основной радар работает в основном в двух режимах: (1) некогерентное рассеяние режим радара (ISR) и (2) режим когерентного рассеяния (CSR). В режиме ISR с использованием мощного передатчика Jicamarca измеряет электронную плотность, электрон и ион температуру, ионный состав и вертикальный и зональные электрические поля в экваториальной ионосфере. Учитывая его местоположение и частоту работы, Хикамарка обладает уникальной способностью измерять абсолютную электронную плотность с помощью вращения Фарадея и наиболее точные электрические поля ионосферы, указывая луч , перпендикулярный к магнитному полю Земли. В режиме CSR радар измеряет эхо-сигналы, которые более чем на 30 дБ сильнее, чем эхо-сигналы ISR. Эти эхосигналы исходят от экваториальных неоднородностей, генерируемых в тропосфере, стратосфере, мезосфере, экваториальном электроджете, E и области F. Учитывая мощность эхо-сигналов, обычно используются передатчики малой мощности и / или меньшие антенные секции.

Радар JULIA

JULIA - это аббревиатура от Jicamarca Unattended Long-term Investigations of Ионосфера и Атмосфера, описательное название системы, предназначенной для наблюдения экваториальные плазменные неоднородности и нейтральные атмосферные волны в течение продолжительных периодов времени. JULIA - это независимая система сбора данных на базе ПК, которая использует некоторые из каскадов возбуждения основного радара Хикамарки вместе с основной антенной решеткой . Во многих отношениях эта система дублирует функцию радара Jicamarca , за исключением того, что в ней не используются основные мощные передатчики, которые дороги и трудоемки в эксплуатации и обслуживании. Поэтому он может работать без присмотра в течение длительных интервалов. Благодаря паре импульсных передатчиков с пиковой мощностью 30 кВт, управляющих модульной антенной решеткой (300 м) ^ 2, JULIA представляет собой мощный радар с когерентным рассеянием . Он уникально подходит для изучения повседневной и долгосрочной изменчивости экваториальных неоднородностей, которые до сих пор исследовались только эпизодически или в режиме кампании.

Большое количество данных о ионосферных неоднородностях было собрано во время кампаний CEDAR MISETA, начавшихся в августе 1996 года и продолжающихся по настоящее время. Данные включают дневные наблюдения экваториального электроджета, эхосигналы на 150 км и ночные наблюдения экваториального распространения F.

Другие инструменты

Помимо основного радара и JULIA, хосты JRO и / или помогают в операций, различных радаров, а также радио и оптических приборов в дополнение к их основным наблюдениям. К этим приборам относятся: различные наземные магнитометры, распространяемые через Перу, цифровой ионозонд, множество GPS приемников в Южной Америке., зеркальный метеор радар, бистатический Jicamarca- Paracas CSR для измерения E области электронов. профиль плотности, сцинтилляционные приемники в Ancon, Интерферометр Фабри – Перо в Арекипа, небольшой прототип AMISR UHF радар,…

Основными направлениями исследований JRO являются исследования: экваториальной стабильной ионосферы, экваториальной выровненные по полю неоднородности, экваториальная нейтральная атмосфера динамика и метеор физика. Вот несколько примеров тем JRO

• Стабильная ионосфера
  • Верхняя сторона : Что контролирует распределение света ионов ? Почему экваториальные профили так отличаются от профилей на Аресибо ? Какова временная характеристика шторма верхнего строения?
  • F область : полностью ли современные теории объясняют тепловой баланс электрона и иона ? Понимаем ли мы теперь влияние столкновения электронов на теорию ISR ? Какое влияние оказывает динамика F-области на закате на генерацию шлейфов ESF? Какое влияние оказывают северные и южные ветры на межполушарный перенос?
  • Восточная область : Каковы основные фоновые параметры в экваториальной восточной области ? Какова морфология профилей плотности в этой труднодостижимой области? Как эта морфология влияет на динамо E-области?
  • D-область : Какое влияние метеор абляция и мезосферное перемешивание оказывают на состав в этой области?
• Нестабильная ионосфера
  • F область : Пример радиолокационной карты дальности и интенсивности ESF, наблюдаемой над радиообсерваторией Хикамарка. Информация Доплера имеет цветовую кодировку, где оттенок представляет среднее значение Доплера, насыщенность, спектральная ширина, и яркость отношение сигнал / шум эхо-сигналов.Каковы основные плазменные процессы, включая нелинейные процессы, которые управляют генерация плазменных шлейфов? Каковы предшествующие явления ближе к вечеру F область, которые определяют, будет ли шлейф F-области образовываться после захода солнца ?
  • Дневные эхо Долины (или так называемые эхо 150 км). Какие физические механизмы вызывают их? (все еще остается загадкой по прошествии более 40 лет!)
  • E область : какие нелинейные плазменные физические процессы, которые управляют последним состояние экваториальной электроджеты неустойчивостей ? В какой степени эти нестабильности влияют на проводимость области E и, соответственно, на проводимость авроральной зоны E область, где существуют аналогичные, но более сильные и сложные нестабильности?
  • Нейтральная атмосфера динамика. Каковы приливные составляющие на низких широтах для разных сезонов и высот? Насколько сильны сдвиги ветра в мезосфере ? Каковы характеристики гравитационных волн ? Можем ли мы увидеть свидетельства связи гравитационной волны нижней атмосферы с ионосферой ?
  • Метеором физикой. Откуда взялись метеороиды ? Каковы масса и размер метеороидов ? Какова эквивалентная визуальная величина метеоров, обнаруженных в JRO? Можем ли мы использовать метеорные эхо-сигналы для диагностики атмосферы / ионосферы на высотах, где они возникают?

Помимо наблюдений ISR и CSR, Основная система JRO использовалась как радиотелескоп, УКВ обогреватель и планетарный радар. В качестве радиотелескопа основная матрица была используется для изучения Солнца, радио звезд (например, Гидры), магнитосферы синхротр по излучению, Юпитер излучению. В 1960-х годах JRO использовался для изучения Венеры и поверхности Луны, а в последнее время Солнца. Недавно экваториальный электроджет был слабо модулирован с использованием JRO в качестве VHF нагревателя для генерации VLF волн.

• 1961 г. Первые наблюдения эхо-сигналов некогерентного рассеяния. Первый ISR в эксплуатации.
• 1961–63. Объяснение физических процессов, лежащих в основе неоднородностей плазмы экваториального электроджета (неустойчивость Фарли-Бунемана).
• 1962. Первые измерения температуры и состава экваториальной ионосферы.
• 1963 Первые измерения электронной плотности экваториальной магнитосферы (самая высокая из наземных измерений даже сейчас).
• 1964.
  • Первые эхо-сигналы УКВ-радара с Венеры.
  • 1964. Обнаружение так называемых 150-километровых эхо-сигналов. Физические механизмы, стоящие за этими отголосками, до сих пор (по состоянию на август 2008 г.) остаются загадкой.
• 1965. УКВ радиолокационные измерения шероховатости поверхности Луны. Испытательный запуск и использованный НАСА в 1969 году для Аполлона 11 с Нилом Армстронгом знал, что он собирается ступить.
• 1965–69. Развитие техники вращения Фарадея и двойного импульса. Jicamarca - единственный ISR, который использует этот метод для получения измерений абсолютной электронной плотности в ионосфере.
• 1967. Применение полной теории о некогерентном разбросе, которая включает эффекты столкновений между ионами и наличие магнитного поля. Гирорезонансный эксперимент, подтвердивший всю теорию некогерентного рассеяния.
• 1969. Разработка метода от импульса к импульсу для измерения ионосферных доплеровских сдвигов с очень хорошей точностью. Позже тот же метод был применен к метеорологическим радарам.
• 1969–72. Первые измерения зонального и вертикального экваториального дрейфа ионосферы.
• 1971. Разработка метода радиолокационной интерферометрии для измерения размера и местоположения эхосигнала.
• 1972–74. Разработка радара MST (мезосфера, стратосфера, тропосфера) для измерения ветра и турбулентности чистого воздуха. Меньшие версии этого типа радаров называются профилометрами ветра.
• С 1974 года. Продвижение и участие в международных ракетных кампаниях по изучению атмосферных и ионосферных неоднородностей. Измерения JRO дополняют измерения на месте с помощью ракет, запущенных из Пунта Лобос, Перу.
• 1976. Объяснение физики распространенных F-неоднородностей
• 1981–82 Совершенствование техники радиолокационной интерферометрии для измерения зональных дрейфов ионосферных неоднородностей (EEJ и ESF).
• 1987.
  • Разработка метода интерферометрии в частотной области (FDI), который позволяет измерять тонкую высотную структуру эхо-сигналов.
  • 1987. Доктор Тор Хагфорс, бывший директор JRO, получил золотую медаль URSI Balthasar van del Pol за вклад в разработку радиолокационных систем, а также в теорию и экспериментальное развитие методов некогерентного рассеяния »
• С 1991 года. Разработка технологии создания радиолокационных изображений перуанской ученые и коллеги из США. Этот метод позволяет наблюдать мелкую угловую структуру внутри луча и, следовательно, различать пространственные и временные неоднозначности.
• 1993. Установка первой РЛС MST в Антарктиде.
• 1994. Первые наблюдения летних эхосигналов полярной мезосферы (PMSE) в Антарктиде и открытие значительной асимметрии по отношению к арктическим эхосигналам.
• 1996. Проф. Дональд Т. Фарли, бывший директор JRO и главный исследователь, получил премию URSI Appleton Prize за «Вклад в развитие метода радара некогерентного рассеяния и в радиолокационные исследования ионосферной нестабильности».
• 1997. Первый УКВ-радар на борту научного корабля (BIC Humboldt), который позволил изучить PMSE в разных широтах Антарктики.
• 1999. Доктор Рональд Ф. Вудман, бывший директор JRO, получил премию URSI Appleton Prize за «Большой вклад и лидерство в радиолокационных исследованиях ионосферы и нейтральной атмосферы».
• 2000. Радиолокационный метод «сжатия» антенн с использованием двоичной фазовой модуляции антенных модулей
• 2001. Первые измерения электронной плотности электронов на высоте от 90 до 120 км с использованием небольшой бистатической радарной системы.
• 2002. Перуанский и иностранный персонал JRO, 1960-1969. Фотография сделана в JRO в мае 2002 года во время семинара по случаю 40-летия.
  • Первое наблюдение неоднородностей в области чистого двух потоков E в условиях встречного электрического поля.
  • Семинар в честь 40-летия Хикамарки.
• С 2003 г. Улучшенный перпендикуляр к наблюдениям магнитного поля, сопровождаемым уточнениями теории и вычислений, для одновременного измерения дрейфа и электронной плотности.
• 2004.
  • Однозначные измерения спектров ESF на верхней части с использованием апериодических импульсов.
  • Обнаружение 150-километровых эхосигналов с использованием лучей, направленных не перпендикулярно магнитному полю.
• 2005. Профили зонального ветра в первой области E по эхо-сигналам экваториального электроджета.
• 2006. Мультирадарные наблюдения за неоднородностями EEJ: VHF и UHF, вертикальные и наклонные лучи и радиолокационные изображения.
• 2007. Идентификация спорадических популяций метеоров с использованием 90 часов эхо-сигналов головы метеора JRO.
• 2008.
  • Первые полнопрофильные измерения экваториальной ионосферы с помощью ISR.
  • Первое наблюдение метеорного потока по эхосигналам от головы метеора.
• 2009. Установка интерферометра Фабри – Перо в JRO (обсерватория Мери-Хилл).
• 2011. Развертывание мобильного интерферометра Фабри-Перо в Наске.

• Директора JRO
  • 1960–1963, Др. Кеннет Боулз (доктор философии, Корнельский университет )
  • 1964–1967, доктор Дональд Т. Фарли (доктор философии, Корнельский университет )
  • 1967–1969, ) Д-р Тор Хагфорс (доктор философии, Стэнфордский университет )
  • 1969–1974, (доктор философии, Гарвардский университет )
  • 1974–1977, доктор Карлос Кальдерон (доктор философии). D., Дартмутский колледж)
  • 1977–1980, доктор Пабло Лагос (доктор философии, Массачусетский технологический институт )
  • 1980–2000, доктор Рональд Вудман (доктор философии, Гарвардский университет )
  • 2001–2012 гг., Д-р Хорхе Л. Чау (доктор философии, Университет Колорадо )
  • 2013 г. - настоящее время, доктор Марко Милла (доктор философии, ) Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн )
• JRO Ведущие исследователи
  • 1979–2003 гг., Проф. Дональд Т. Фарли (доктор философии Корнельский университет )
  • 2004 г. – настоящее время, проф. Дэвид Л.. Хайселл (доктор философии Корнельский университет )

• EISCAT
• Обсерватория Аресибо
• Обсерватория Миллстоун-Хилл
• Центр исследования верхней атмосферы Сондрестрома

Викискладе есть медиафайлы по теме Радиообсерватория Хикамарка.

• Официальный сайт радиообсерватории Хикамарки
• Геофизический институт Перу
• Новости JRO
• Базы данных JRO
• Исследование верхних слоев атмосферы в Корнельском университете
• Список публикаций, относящихся к JRO
• Спутниковое изображение
• Jicamarca Movies
  • Рассеивающий радар: космические исследования с земли, 1963 Из NBS доступно через amazon, также можно загрузить из Internet Archive
• Incoherent Радары рассеяния по всему миру
  • Усовершенствованный модульный радар некогерентного рассеяния, Аляска, США, Резольют-Бэй, Канада
  • Обсерватория Аресибо, Пуэрто-Рико
  • Европейская сеть радаров некогерентного рассеяния (EISCAT), Норвегия-Швеция-Финляндия
  • Иркутский ISR, Россия
  • Радиообсерватория Хикамарка, Перу
  • Обсерватория Миллстоун-Хилл, США
  • Радар средней и верхней атмосферы, Япония
  • Исследовательский центр Сондрестрома, Гренландия