Estudio de la variación solar quieta para el observatorio geomagnético de Fúquene

Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero Catastral y Geodesta. Universidad Distrital Francisco José De Caldas. Facultad e Ingeniería. Programa de Ingeniería Catastral. Santafé De Bogotá, D.C. Director:Luis Fernando Gómez
Rosa Angélica Ladino Parra – Emna Mireya Valdés Meneses – Yaqueline Figueredo Báez	Opción D	1998

INTRODUCCIÓN
El presente trabajo surge como una necesidad de establecer el comportamiento del Campo Magnético Terrestre Local en el nivel de actividad quieto a partir del procesamiento de datos obtenidos en el único observatorio geomagnético permanente del país (Fúquene). La incorporación de estos resultados a modelos internacionales hacen parte del primer aporte de esta clase realizado en Colombia. El registro diario de las variaciones geomagnéticas sobre cualquier ubicación en el mundo, muestra una serie de cambios irregulares en el Campo Magnético Terrestre (CMT), originados por las corrientes provenientes de la atmósfera superior, la magnetosfera y la actividad del Sol. Dentro de estas variaciones se encuentra la solar quieta Sq, la cual se obtiene a partir del estudio y selección de días denominados quietos (Q) ó de actividad mínima para los campos solar y terrestre. Su determinación se da mediante la observación del número de manchas solares y magnetogramas que reflejan cambios principalmente en períodos de 24, 12, 8 y 6 horas. El estudio de la variación solar quieta para Colombia, contribuye al conocimiento general de la actividad solar, permitiendo, principalmente, su uso en el estudio de la propagación de las ondas transionosféricas para el modelo electrónico de la capa ionosférica, y en la modulación del CMT con respecto al ciclo solar.
ABSTRACT
No disponible
ÍNDICE
RESUMEN INTRODUCCIÓN 1. GENERALIDADES 1 1.1 DEFINICIÓN 1 1.1.2 Reseña Histórica 1 1.2 CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE (CMT) 2 1.2.1 Componentes del Campo Magnético Terrestre (CMT) 2 1.2.2 Estructura del Campo Magnético Terrestre 3 1.2.2.1 Campo de Origen Interno 4 1.2.2.2 Campo Cortical 6 1.2.2.3 Campo de Origen Externo 6 1.2.2.4 Campo Inducido 6 1.3 CAMPO GEOMAGNÉTICO INTERNACIONAL DE REFERENCIA (IGRF) 6 1.4 MEDICIONES MAGNÉTICAS 7 1.5 OBSERVATORIO GEOMAGNÉTICO DE FÚQUENE 9 2. RELACIONES TERRESTRES SOLARES 11 2.1 ATMÓSFERA 13 2.1.1 Tropósfera 13 2.1.2 Estratósfera 13 2.1.3 Mesósfera 13 2.1.4 Termósfera y Exósfera 13 2.1.5 Heliósfera 13 2.1.6 Protonósfera 14 2.1.7 Metasfera 14 2.1.8 lonósfera 14 2.1.8.1 Capa D 14 2.1.8.2 Capa E 14 2.1.8.3 Capa F 14 2.1.8.4 lonósfera Polar 14 2.1.8.5 lonósfera de latitudes medias 15 2.1.8.6 lonósfera Ecuatorial 15 2.1.9 Magnetosfera 15 2.1.9.1 Plasma Solar 16 2.1.9.2 Viento Solar 16 2.1.9.3 Anillos de Radiación de Van Allen 17 3. VARIACIONES DEL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE 19 3.1 VARIACIONES DE ORIGEN EXTERNO 19 3.1.1 Variaciones Periódicas 19 3.1.1.1 Variación Solar Diaria 19 3.1.1.2 Variación Mensual 20 3.1.2 Variaciones no Periódicas 20 4. ÍNDICES MAGNÉTICOS 22 4.1 DEFINICIÓN 22 4.2 FINALIDAD DE LOS ÍNDICES MAGNÉTICOS 22 4.3 CLASIFICACIÓN 22 4.3.1 Índice K 22 4.3.2 Índice Dst 23 5. VARIACIÓN SOLAR QUIETA Sq 24 5.1 DEFINICIÓN 24 5.2 RESEÑA HISTÓRICA 24 5.3 CARACTERÍSTICAS 25 5.4 IDENTIFICACIÓN DE Sq 27 5.5 CORRECCIÓN POR VARIACIÓN NO CICLICA (CVNC) 29 5.6 CORRECCIÓN POR EFECTO GIBBS 29 5.7 REPRESENTACIÓN DE Sq 31 6. METODOLOGÍA 35 7. ANÁLISIS Y RESULTADOS 46 8. CONCLUSIONES 56 BIBLIOGRAFÍA 60 ANEXOS 63
CONCLUSIONES
Las conclusiones expuestas se realizaron basadas en los cuatro tipos de análisis y resultados obtenidos. La obtención de la Variación Solar Quieta Sq para el Observatorio Geomagnético de Fúquene así como para otros Observatorios Magnéticos en el mundo no representa un verdadero nivel quieto, porque ante todo la Tierra siempre está afectada por perturbaciones (internas y externas), así como por su constante movimiento, impidiendo que se obtenga un verdadero modelo de quietud. Fúquene representa uno de los pocos observatorios en el mundo que llega a esta representación, primero, por su ubicación ya que, es una zona aislada de anomalías locales en su totalidad, segundo, por el rigor de la toma de datos horarios a través del tiempo y tercero, por su permanencia en el tiempo. La obtención de la Variación Solar Quieta Sq mediante el método de Análisis Armónico Esférico para el Observatorio Geomagnético de Fúquene permitió llegar a un valor excento de una serie de perturbaciones y efectos planetarios globales, ya que se empleó una sola latitud en el análisis (5°28″44″») para reducirlo a un valor afectado por perturbaciones características de la región como el Electrochorro Ecuatorial y la Corriente Anillo. Los valores medios horarios observados en las tres componentes del campo magnético terrestre se ven afectados por variaciones reflejadas en las diferencias de valor en los intervalos 0-1 y 23-24 (ver tabla 1) de un mismo día, indicando el efecto de corrientes de la zona y variación del CMT ; al emplear la CVNC se redujo a su mínimo valor el efecto de la corriente anillo en Sq, en la componente H. Se desarrolló un análisis mensual de cada Sq para cada una de las componentes teniendo en cuenta que la Tierra en cada mes se encuentra en el mismo lugar con respecto al Sol, pudiéndose determinar un comportamiento de la actividad solar en las componentes del campo para cada mes. Sé determinó la Sq mensual y estacional porqué son períodos representativos dé la actividad solar, a fin dé obtener un comportamiento general y no particular, debido a qué este último limita él análisis a la obtención dé un valor. Debido a la posición geográfica de Fúquene sus observaciones presentan una dependencia con él campo magnético interplanetario como consecuencia del viento ionosférico, la conductividad ionosférica, la entrada dé partículas a través dé la cola dé la magnetósfera y la configuración del campo geomagnético, siendo este último él factor más estable. (Gianibelli, 1995) El campo Sq se representó totalmente para él Observatorio Geomagnético dé Fúquene, lo cual sé obtuvo empleando los 24 valores medios horarios para todos los días quietos disponibles. La exactitud y precisión en él cálculo dé la Sq en las tres componentes sé debe, principalmente, a la información homogénea y permanente obtenida en el observatorio dé Fúquene. Las perturbaciones propias de la zona ecuatorial son similares en todos los días dependiendo de la componente magnética en estudio. El efecto dé éstas variaciones sé ve reflejado principalmente en la componente H ya qué, está en la misma dirección. (ver Anexo C). Las medidas dé observaciones magnéticas dé las variaciones diarias quietas del campo son una suma dé las contribuciones del campo externo dé la región fuente dé la ionósféra. Las perturbaciones geomagnéticas son frecuentemente locales, aún si los datos indican conducta dé calma ; existe la posibilidad dé qué hayan perturbaciones no rastreadas. Al seleccionar los días verdaderamente quietos sé podrán evaluar los efectos dínamo y las perturbaciones dé las tormentas en momentos dé alta actividad solar. En la componente Z, la Sq obtenida se ve alterada debido a la presencia de corrientes inducidas del campo interno, siendo probablemente la principal fuente de error en el análisis (manto superior y características geológicas). (ver Anexos C y E). Las amplitudes pequeñas y cambios de fase de D y Z en los meses de verano e invierno indican cuales son los movimientos del Electrochorro Ecuatorial a través del ecuador geomagnético. (ver Anexo G). La componente D presentó un alto grado de homogeneidad debido a que el observatorio de Fúquene no está afectado por las anomalías magnéticas locales. (ver Anexo E). El mínimo rango de la corriente Sq se presentó en diciembre y enero para los niveles de actividad alta y baja. (ver Anexo E). El máximo valor de la Variación Solar Quieta sobre el Observatorio de Fúquene se da en horas de la tarde, indicando que en este intervalo la actividad solar tiene su mayor efecto, así como un posible aumento en la corriente electrochorro ecuatorial. (ver Anexos C y E). En el observatorio de Fúquene se notó un aumento positivo de la variación de H del campo, indicando la influencia del electrochorro ecuatorial con una modulación distinta semianual máxima cerca de los equinoccios. (ver Anexos C y E). Fúquene presenta su máxima variación estacional durante el equinoccio con un valor máximo de 38 gammas y mínimo de 2 gammas para las componentes H y Z. Excepto la componente Z, en el nivel de actividad bajo, tiene su máxima variación en el solsticio de invierno con una amplitud de 2.7 gammas. (ver Anexo G). El análisis armónico esférico se caracteriza por la minimización del efecto lunar en función del número de datos considerados ; para Fúquene se emplearon (108 000) datos, suficientes para eliminar el efecto lunar sobre el CMT. (Gianibelli, 1995). Los coeficientes armónicos presentan su valor mínimo en el mes de mayo para la componente D, en el mes de abril para la componente Z y en el mes de noviembre para la componente H, en el nivel de actividad bajo, debido al movimiento y cambios repentinos en la corriente ionosférica. (ver Anexo B). Se utilizaron coeficientes Fourier de grado 1, 2, 3 y 4 porque representan adecuadamente la variación diaria quieta de forma real, estos se ajustan mejor debido a que las principales características de Sq se observan en el periodo diurno reflejado en el primer armónico. Al emplear el análisis Fourier se logró obtener la variación anual y semianual de Sq representada en los coeficientes (a,,b,) y (a2,b2), así como los cambios en amplitud y fase para los meses por separado, en el Observatorio Geomagnético de Fúquene en las tres componentes (H, D, Z) del Campo Magnético Terrestre. (ver Anexo A). Los resultados y bases de datos generados por este trabajo serán la base de futuros estudios geomagnéticos, permitiendo así, el desarrollo del área del Magnetismo en el país. El desarrollo de este trabajo permitió dar un nuevo uso a los datos generados por la Unidad de Geofísica durante aproximadamente 40 años en los cuales no habían sido empleados a nivel investigativo. Los resultados obtenidos en este trabajo representan información comercializable por parte del Instituto Geográfico Agustín Codazzi ya que la Unidad de Geofísica fija las normas y niveles de referencia de mínima actividad magnética.