Ciências e Aplicações Geoespaciais - Teses - CRAAM

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Absorção de ondas de rádio de alta frequência durante explosões solares
Paulo, Cláudio Machado (2021-08-08)
Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM)
Durante uma explosão solar são liberadas grandes quantidades de radiação em raios X e raios Ultravioleta, estas são radiações que ionizam e alteram a densidade eletrônica da Ionosfera terrestre. O aumento da densidade eletrônica pode provocar a absorção de ondas de rádio, que em eventos muito intensos causam blecautes, estes são períodos onde não há comunicação via rádio e podem durar minutos até horas. Nesta tese é descrito o modelo D Region Absorption Prediction-D-RAP (desenvolvido pela National Oceanic and Atmospheric Administration - NOAA) utiliza o valor da maior frequência afetada em 1 dB - HAF para determinar a absorção em ondas de rádio com frequência da banda de alta frequência (High Frequency - HF, 3 MHz - 30 MHz). Este modelo é utilizado para emitir alerta de blecaute. A técnica para obter a curva de referência (curva quieta do dia) para o ruído cósmico é utilizada para calcular a absorção do ruído cósmico (Cosmic Noise Absorption - CNA) durante uma explosão solar. O pacote de ferramentas chamado GEometry ANd Tracking 4 (GEANT4) é utilizado para obter a taxa de produção de elétron-íon devido à incidência de radiação em raios X sobre a atmosfera. A taxa de produção de elétron-íon é utilizada no modelo desenvolvido por Gluchov-Pasko-Inan (GPI model) para calcular numericamente a densidade eletrônica da Ionosfera entre as altitudes de 50 km e 100 km. A absorção de ondas de rádio é calculada com o coeficiente de absorção de uma onda eletromagnética com frequências de 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 38,2 MHz, utilizando o perfil de densidade eletrônica temporal. O trabalho permite assim descrever a distribuição vertical do excesso de densidade provocado pela incidência de fótons de raios X com energias maiores que 5 keV abaixo de 90 km.
Análise da variabilidade do campo elétrico atmosférico durante tempo bom e distúrbios geofísicos
Tacza Anaya, José Carlos (2019-01-29)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The monitoring of the atmospheric electric field is important to study the dynamics of the global atmospheric electric circuit and the possible coupling of the space weather with the tropospheric climate. In this thesis, we investigate the daily variation of the atmospheric electric field at different locations in South America, using a new network of electric field sensors installed in Argentina, Brazil and Peru, which was established during the course of the project. The main objective was to obtain the daily curve of the atmospheric electric field in fair weather conditions, for each station of the network, which was called standard curve, through monthly, seasonal and annual averages. The annual standard curves were compared with the universal time curve, known as the Carnegie curve, which is related to the currents flowing in the global atmospheric electric circuit. For all stations, the daily variation of the atmospheric electric field was found to have the contribution of local effects (e.g. natural radioactivity of the soil and pollution) and global effects (good correlation with the Carnegie curve). Additionally, for the station located in Argentina, we compared the monthly variation of the atmospheric electric field with the monthly global variation of the number of lightning. The results show a good similarity in the monthly variation after removing local effects (aerosols). In addition, deviations of the standard curve of the electric field were analyzed during solar flares, solar proton events and Forbush decreases, using the superposed epoch analysis. The results show no effects on the electric field variation after solar flares, but excess of ~ 10V/m are observed after intense solar proton events. The latter result indicates ionization effects above disturbed regions perturbing the global electric circuit. On the other hand, no significant effects were observed after Forbush decreases (> 4%). However, during two very intense events, > 10% and > 8%, an increase in the atmospheric electric field is observed, which indicates ionization effects in fair weather regions.
Análise de explosões solares em 45 e 90 ghz observadas por POEMAS com medidas de polarização
Silva, Douglas Félix da (2020-03-26)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Solar flares, resulting from the activity of the Sun, are among the most energetic phenomena in the Solar System, and in the most extreme cases directly affect our highly technological society. In this work, we analyze solar flares detected at millimeter, centimeter, and X-ray wavelengths. Solar flares observed in these energy bands allow the diagnostics of accelerated electrons and magnetic field values where the radio emission is produced. To better understand the accelerated electrons and magnetic fields involved in the flares, two methods were explored. We report on the first use of polarization masurements of solar flares at millimetre wavelengths to investigate the configuration of the magnetic field and determine the population of accelerated electrons by studying the signatures of radio and hard X-ray spectra. To model the magnetic configuration, two solar flares were analyzed. These were observed by the POlarization Emission of the Millimeter Activity of the Sun system (POEMAS) telescopes. Additional spectral data at microwaves from 1 to 15 GHz were obtained from the Radio Solar Telescope Network (RSTN) and at high frequencies (212 and 405 GHz) by the Submillimetre Solar Telescope (SST). X-ray data from the Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) were used to characterize the morphology of the source, also the 335 Å images and magnetograms of active regions from the Solar Dynamic Observatory (SDO) were used to infer the magnetic loop geometry. The flux density and polarization spectra at radio wavelengths were fit using a model simulating the gyroemission in a 3D structure of a non-homogeneous magnetic loop. The second approach analyses the accelerated particles at different frequencies. For this, we investigated ten solar flares that occurred between 2011 and 2013, observed in radio from 5 to 212 GHz (RSTN, POEMAS, SST) and X-rays up to 300 keV and 1000 keV in one case (Rhessi and Fermi). The spectral index was calculated by fitting the Ramaty gyrosynchrotron emission model to the observed radio spectrum, while the hard X-ray spectra were fitted using a model of thermal plus nonthermal emission of accelerated electrons with a power-law distribution. Finally, the results of both indices were compared, yielding a harder radio index than that obtained in X-rays. Except for one event detected by Fermi up to 1 MeV that was studied in detail
Anomalia equatorial de ionização e a propagação de sinais de rádio
Silva, Gilmar Alves (2018-01-31)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The ionosphere plays an important role in the propagation of electromagnetic waves, providing valvable opportunity to study its variability and effects on radio signals. The continuous changing in the ionospheric conditions caused by space weather strongly affects the propagation of electromagnetic waves, particularly in high frequency (HF).This work aims to investigate the propagation of radio signals in the equatorial region, between November 2013 to October 2014 in the following frequencies: 1,8 MHz, 14 MHz, 28 MHz and 50 MHz. The study was performed using DPS4 digisonde data, propagation model (VOACAP) and amateur radio receivers. The work consists of radio signals analysis emitted by two amateur radio stations located in Punta Arenas (latitude: 53.15°S; longitude: 70.92°W; dip. latitude: 39.37ºS) and in Nairóbi (latitude: 1.28ºS; longitude: 36.88ºE; dip. latitude: 10.74ºS). These radio signals were recorded at the amateur radio receiving stations located in Boa Vista (latitude: 2.82°N; longitude: 60.76°W; dip. latitude: 15,14ºN), Campo Grande (latitude: 20.5oS; longitude: 54.7oW; dip. latitude: 16.99ºS) and São Luís (latitude: 2.53oS; longitude: 44.30oW; dip. latitude: 3.28ºS) located in the region of the equatorial ionization anomaly (EIA) and at the magnetic equator in the Brazilian sector. It was emphasized the analysis of the maximum usable frequency (MUF) obtained from the foF2 ionospheric parameter and the signal-to-noise ratio (SNR) in each path between radio amateur transmitters (Tx) and the receivers (Rx). Results indicate that the ionosphere response was different in relation to the radio signals that propagate in and out of the equatorial region. According to SNR values measured at the receiving stations, The communications in 1.8 MHz were only possible at evenings of winter months between Punta Arenas and Boa Vista and between Punta Arenas an Sao Luis. The communications in 14 MHz were possible on all routes during the summer months and during equinoxes period at any hour of the day, but during the winter period the transmissions from Punta Arenas were only received in São Luís and Campo Grande during daylight hours. The 28 MHz transmissions from Nairobi were received during the summer months in all stations 24 hours by day, but transmissions at the same frequency from Punta Arenas only were received in São Luís and Campo Grande. At other times of the year the communications over the same frequency were only possible during daylight hours. The communications in 50 MHz were only possible in the summer months coming from Nairobi station.
Aprendizado de máquina para detecção de exoplanetas em dados da missão TESS
Andrade, Israel da Silva Rodrigues de (2021-08-16)
Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM)
A detecção de exoplanetas com base em curvas de luz pode ser um procedimento de alto custo computacional, especialmente quando tais curvas possuem alto nível de resolução temporal, como aquelas produzidas pela Missão TESS. O pré-processamento de curvas de luz baseado em Aprendizado de Máquina já foi utilizado com sucesso na Missão Ke pler, pela parceria entre a NASA e a Google (com o modelo tensorial do TensorFlow), permitindo excluir curvas de luz que não poderiam ter trânsitos planetários e reduzindo a quantidade de dados a serem processados posteriormente. Neste contexto, esta dissertação apresenta aplicação de outras técnicas de Aprendizado de Máquina como Árvores de Decisão, Florestas Aleatórias e Boost para reduzir o número de curvas de luz obtidas da Missão TESS que, efetivamente, podem reconhecer se há trânsitos planetários. Também são mostrados e comentados os resultados de exploração destas técnicas em curvas de luz da Missão TESS.
Aprimoramento das técnicas observacionais e de calibração do telescópio solar para ondas submilimétricas (SST)
Silva, Jorge Fernando Valle (2016-09-20)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Aprimoramentos na calibração do Telescópio Solar para Ondas Submilimétricas (SST) foram formulados e desenvolvidos para aumentar a probabilidade de detecção em configurações de apontamento difíceis e condições atmosféricas adversas. Estabelecidas as restrições no tamanho dos feixes, 𝐻𝑃𝐵𝑊 = 4, 1′ ± 0, 1′ em 212 GHz e 5, 5′ × 2, 9′ ± 0, 1′, em 405 GHz junto as incertezas na temperatura de brilho de Sol calmo (≈ 300 K) foi possível aplicar os procedimentos aprimorados de calibração para recuperar a densidade de fluxo e a localização de uma fonte emissora em 212 GHz que resultam de uma explosão solar tipo M. Usando modelos de perfil atmosférico de explosões solares, junto com um código que calcula a emissão nas faixas milimétrica e submilimétrica pudemos estabelecer que o tamanho limite da região emissora é de 30”. Uma outra metodologia de aprimoramento desenvolvida para avaliar a existência de abrilhantamento na borda do disco solar a partir de varreduras em azimute permitiu estabelecer o nível de abrilhantamento em 1, 2±0, 05 vezes a temperatura média central do disco para ambas as frequências. Finalmente, a medição de opacidades em CASLEO mostra que a relação < 𝜏405/𝜏212 > possui um limite superior de 5, 51 ± 0, 28 Np, considerado um valor baixo para o conteúdo de vapor de água, a altitude acima do nível de mar, e a latitude geográfica do lugar.
Blendas e nanocompósitos poliméricos de alto desempenho mecânico formados por polietilenos de alta massa molar e óxido de grafeno
Ferreira, Eder Henrique Coelho (2021-08-16)
Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM)
O presente trabalho trata-se do desenvolvimento de novos materiais, blendas de polietileno de alta massa molar (PEAMM) contendo polietileno de ultra alta massa molar (PEUAMM) e nanocompósitos de PEAMM e de PEAMM-PEUAMM contendo óxido de grafeno multicamadas (mGO), com melhores propriedades tribológicas do que o PEUAMM. O PEUAMM é um polímero de engenharia de alto desempenho tribológico, apresentando desempenho superior aos outros polímeros. No entanto, mesmo o PEUAMM possuindo essa característica, durante o uso ele pode sofrer facilmente degaste abrasivo, devido às condições severas que ele é submetido. Logo, o desenvolvimento de novos materiais com melhor desempenho é desejável para muitas aplicações tribológicas. Três etapas de estudos foram realizadas para se obter novos materais com melhor desempenho do que o PEUAMM. Na I Etapa, blendas de PEAMM e de PEAD contendo PEUAMM foram obtidas via extrusão dupla rosca. Nesse estudo um novo conceito, baseado no fenômeno de healing, é sugerido para a obtenção de blendas de polietileno. As blendas de polietileno apresentaram altíssimo desempenho mecânico e tribológico, quando moldados em uma prensa a quente em tempo suficiente para que o fenômeno de healing (máximo grau de mistura) fosse completado na interfase polietileno-polietileno. Nesse primeiro estudo é mostrado pela primeira vez que é possiviel obter blendas de polietileno, PEAMM-PEUAMM (< 40 % em massa), com melhor desempenho tribológico do que o PEUAMM. A II Etapa desse trabalho foi dedicada ao estudo dos nanocompósitos e compósitos de PEAMM contendo cargas carbonáceas, mGO, óxido de grafite e grafite. O foco desse estudo foi sobre a influência dos aglomerados dessas cargas nas propriedades reológicas e mecânicas dos polímeros. Outros compósitos de poliestireno e de PEAD contendo essas cargas foram produzidos para complementar o estudo. A principal conclusão obtida nessa etapa foi que os aglomerados, através do fenômeno de superlubrificação, podem agir tenacificando e reduzindo a viscosidade dos polímeros, desde que estejam presentes em baixas concentrações. Essa observação é uma mudança de paradigma, uma vez que os aglomerados sempre foram vistos como prejudiciais às propriedades dos polímeros, mas o oposto é sugerido nesse trabalho. Após o desenvolvimento de blendas de polietileno de alto desempenho tribológico (I Etapa) e com a compreensão da influência dos aglomerados das cargas carbonáceas nas propriedades dos polímeros (II Etapa), a III Etapa do trabalho estudou os nanocompósitos de PEAMM e de PEAMM-PEUAMM contendo diferentes concentrações de mGO (0,01, 0,05 e 0,1 % em massa). Todos os nanocompósitos produzidos apresentaram desempenho tribológico (alta resistência ao degaste e baixo coeficiente de fricção) superior ao PEUAMM. O PEAMM-PEUAMM-mGO (0,1 % em massa) foi o nanocompósito com melhor desempenho dentre os materiais estudados. Esse resultado pode ser atribuído a três fatores que foram anteriormente elucidados na I e na II Etapa. O primeiro fator está associado ao alto grau de mistura na interfase polietileno-polietileno, que é uma decorrência da obtenção desse nanocompósito baseado no fenômeno de healing (I Etapa). O segundo e o terceiro fatores estão associados à influência do mGO bem esfoliado e do mGO aglomerado contido no nanocompósito, que agem através do mecanismo de reforço e do fenômeno de superlubrificação, respectivamente (II Etapa). Como resultado final desse trabalho, três novos materiais, a blenda PEAMM PEUAMM (<40 % em massa), o nanocompósito PEAMM-mGO e o nanocompósito PEAMM PEUAMM-mGO, foram desenvolvidos com melhor desempenho tribológico do que o PEUAMM. Portanto, esse trabalho apresenta três materiais com potencial de substituir o PEUAMM nas aplicações onde seu desempenho é insatisfatório.
Desenvolvimento de metodologias para o reconhecimento de estruturas quiescentes em mapas solares observados pelo Telescópio Solar para Ondas Submilimétricas (SST)
Pereira, André Luiz Garcia (2018-08-20)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O Telescópio Solar Submilimétrico (SST) opera simultaneamente e de forma independente, com uma matriz focal multifeixe em 212 e 405 GHz. Desde 1999, o SST monitora diariamente em diferentes modos de observação a atividade solar gerando arquivos binários dos quais mapas solares podem ser extraídos. A identificação de Regiões Ativas nesses mapas é afetada pela forte atenuação atmosférica e imprecisões dos apontamentos do telescópio, portanto, os mapas são visualmente inspecionados para extração manual as Regiões Ativas. Este é um processo demorado para a realização de uma análise estatística ao longo do conjunto de dados de 20 anos já registrado. Para automatizar o processo, foram propostas técnicas de inteligência artificial de aprendizado de máquina e de visão computacional. Uma Rede Neural Convolucional foi criada dentro do framework Keras para a classificação dos mapas SST e, em seguida, um algoritmo de visão computacional no framework OpenCV para a detecção automática das Regiões Ativas. Esta abordagem híbrida permitiu a identificação de mais de 400 Regiões Ativas entre janeiro de 2002 e dezembro de 2017 e a análise estatística de suas propriedades físicas. Os resultados foram validados a partir da comparação com trabalhos anteriores, que foram realizados com um procedimento de identificação visual e extração manual, e foi encontrada boa concordância. Além destes resultados, mostramos pela primeira vez evidências de uma correlação positiva entre a temperatura de brilho em 212 GHz e o fluxo em 2.8 GHz (componente S).
Detecção automática de explosões solares em 45 e 90 GHZ observadas pelos poemas
Lessa, Vanessa Santos (2022-03-17)
Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM)
A cada 11 anos, o Sol passa por períodos de atividade, com a ocorrência de muitas explosões solares (súbita liberação de energia solar, de origem magnética, que acelera as partículas, emitindo em todo o espectro eletromagnético) e ejeções de massa. O estudo da atividade solar é muito importante devido aos seus efeitos sobre a Terra. O POEMAS (POlarização de Emissão Milimétrica da Atividade Solar) é um sistema de dois telescópios, instalados em CASLEO (Complexo Astronômico El Leoncito) na Argentina, que monitora o Sol em dois comprimentos de onda milimétrica (45 e 90 GHz). O objetivo desse trabalho é detectar automaticamente as explosões solares observadas pelos polarímetros. Porém primeiramente é necessário eliminar o ruído de fundo, causado principalmente por problemas instrumentais, nas curvas de luz da emissão solar milimétrica. A metodologia utilizada para exclusão dos ruídos apresentados no sinal proposta neste trabalho utiliza a tendência de série temporal. A subtração deste modelo das curvas de luz fornece o dado de entrada para automatizar a detecção de explosões solares utilizando técnicas de inteligência artificial. Uma Rede Neural foi treinada para reconhecer padrões e analisar um conjunto de dados a fim de identificar as explosões solares. Hidalgo Ramírez et al. (2019) identificaram visualmente e analisados 30 eventos do POEMAS entre 2011/11/22 e 2013/12/10. A metodologia apresentada nesse trabalho confirmou 87% dos eventos listados por Ramírez et al., além disso a rede neural foi capaz de identificar pelo menos 9 novos eventos. Como a rede neural foi treinada para detectar eventos impulsivos (com duração menor que 5 min), explosões de longa duração não foram automaticamente detectados. A inspeção visual dos dados do POEMAS comparando-os com dados em micro-ondas do RSTN permitiu a identificação de mais 11 explosões solares de longa duração em 45 GHz. Discutimos alguns problemas encontrados e possíveis soluções para trabalhos futuros.
Detecção de periodicidade em dados multi frequência de núcleos ativos de galáxias com aprendizagem de máquina (XGBoost)
Soltau, Samuel Bueno (2019-10-08)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Um dos principais aspectos de interesse nas rádio-fontes compactas é sua variabilidade. Este estudo utiliza um método de aprendizado de máquina chamado eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) para investigar a periodicidade das rádio-fontes PKS1921-293eBL Lac 2200+420 por meio do tratamento e análise de curvas de luz,apartir dos dados do Observatório de Radio astronomia da Universidade de Michigan(UMRAO), obtidos na faixa rádio em 4, 8 GHz, 8, 0 GHz e 14, 5 GHz. Os períodos de tempo cobertos para PKS 1921-293,respectivamente nessas frequências,foram de1980 a 2011,de1975 a 2011 e de1976 a 2011 e para BLLac2200+420,respectivamente nas mesmas frequências foram 1977 a 2012,de1968 a 2012 e de 1974 a 2012.O XGBoost foi usado em duas etapas do método:na regularização de séries temporais afim de se obter dados de densidadede fluxo regularmente espaçado se para classificar flutuações na densidade de fluxo dos dois objetos estudados afim de se detectara ocorrência de periodicidade de outburst. Para cada etapa metodológica efetuou-se fases de treinamento com propósitos distintos.N aetapa de regularização das séries temporais, XGBoost foi capaz de produzir série stemporais regularmenteespaçadasparacurvasdeluzcomdadosdiários.Na busca por periodicidade, XGBoost identificou segmentos de dados nos quais see stimou a ocorrênciade outburst. Tanto para BLLac2200+420,quanto para PKS1921-293,as periodicidades encontradas foram comparadas com as existentes na literatura.Arobustez da biblioteca XGBoost proporcionou a oportunidade de se utilizar uma metodologia baseada em Machine Learning nos dado sem rádio e extrair informações com estratégias bastante distintas das utilizadas tradicionalmente para tratamento de séries temporais irregularmente espaçada se para a obtenção de periodicidade por meio de classificação de eventos recorrentes.
Estudo comparativo dos tratamentos térmicos e termoquímicos aplicados aos ferros fundidos cinzentos e nodulares São Paulo
Vitor, Everaldo (2021-10-18)
Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM)
A correlação entre a microestrutura e propriedades mecânicas dos ferros fundidos cinzentos e nodulares é conhecimento bem estabelecido na indústria metalúrgica, porém existem aspectos, como diferenças em termos de valores de resistência obtidos através de ensaios de tração e flexão, que são pouco discutidos e por esta razão são abordados neste estudo. A questão dos tratamentos de superfície com foco na nitretação, aplicada de forma frequente para melhora das propriedades tribológicas dos ferros fundidos, é também uma área que permite contribuições no que se refere a propriedades mecânicas como, por exemplo, a resposta ao ensaio de impacto e resistência a flexão. Os principais resultados indicam uma maior resistência tanto no ferro fundido cinzento como no nodular, quando se realiza medidas de resistência através ensaios de flexão e se compara com os valores embutidos nas especificações para ensaio de tração. Atribui-se este comportamento a mudança no perfil de tensões durante a flexão em decorrência da deformação plástica no nodular, e a variação do “modulo de elasticidade” do cinzento considerando carregamento em tração e compressão. Nas comparações mais detalhadas dos efeitos dos tratamentos térmicos e termoquímicos optou-se pela resistência ao impacto face às diferenças mais perceptíveis neste ensaio, visto que os testes de flexão apresentaram uma variabilidade maior dificultando sua interpretação mais fina. Os resultados dos ensaios de impacto deste estudo indicaram de maneira clara o efeito da matriz ferrosa nas propriedades mecânicas de tenacidade tanto nos ferros fundidos nodulares quanto nos cinzentos. Tomando-se como base a estrutura bruta de fusão, no nodular a têmpera e revenido e principalmente a normalização reduziram a resistência ao impacto, porém a austêmpera produziu um aumento acentuado de energia absorvida, chegando próximo a 7x em relação às medidas do temperado e revenido. No cinzento a normalização e a têmpera e revenido aumentam a resistência ao impacto, já a nitretação (processo banho de sal e plasma) pouco influência e estrutura bruta de fusão, e indica leve redução de tenacidade partindo-se da condição de têmpera e revenido. Nos nodulares os processos de nitretação reduzem de maneira sistemática a tenacidade, independentemente se a estrutura original é bruta de fusão ou temperada e revenida.
Estudo da propagação das ondas de rádio de VLF no trajeto Havaí (HI) – Atibaia (SP)
Magalhães, António Amândio Sanches de (2019-07-24)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The sounding technique using very low frequency waves (VLF) is the only enabling the continuous survey of the ionospheric region D. Although there are in-situ measurements with rockets, the altitude of the D-region in ~70km prevents the measurements with satellites or with balloons, as well as the weak electronic density does not permit the use of vertical soundings by radio waves. In this work we use the data base of the South America VLF Network (SAVNET) to study the propagation anomalies of the VLF waves observed as phase and amplitude variations indicating changes of the local electrical conductivity. We show the first observational evidence of the presence of the South Atlantic Magnetic Anomaly (SAMA) when comparing ionospheric disturbances observed in two parallel propagation paths between the NPM (Hawaii) transmitter and receivers in Peru (PLO) and Brazil (ATI). Thus, it has been stated that the altitude of the quiescent region-D is 2-3 km lower inside the SAMA region. There was done a monitoring of ~7 years of the Terminator times, which allowed the estimation of the modal interference distance D along the same period, and the study of the variability of the nightly quiescent ionospheric altitude. Characteristic periods of seasonal effects have been found, as well as phenomena as the Quasi Biennial Oscillation (QBO) and one connection with the solar cycle activity. The ionospheric sensitivity has been also investigated by estimating the minimum of fluence Fmin necessary to produce an ionospheric disturbance during daylight. The monitoring of Fmin along the solar cycle 24 indicates a clear correlation with the solar cycle activity, which suggests being possible to obtain an ionospheric index characteristic of the Lyman-α solar flux radiation.
Exoplanets atmospheres and habitability
Estrela, Raissa de Lourdes Freitas (2020-09-17)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A descoberta de milhares de exoplanetas em trânsito na última década, e os que serão detectados com o TESS e a próxima geração de telescópios de alta resolução, torna a caracterização de atmosferas de exoplanetas um dos campos mais interessantes da próxima década. Ao analisar a atmosfera desses planetas, podemos inferir sua composição e obter informações sobre sua formação e evolução. Nesta pesquisa de doutorado, caracterizamos as atmosferas de exoplanetas no visível usando o instrumento Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) a bordo do Hubble Space Telescope (HST). Nos comprimentos de onda azuis, pode-se restringir a presença de espalhamento de Rayleigh devido a neblinas fotoquímicas ou hidrogênio molecular e detectar assinaturas de Na, K, H2O ou TiO / VO. Até o momento, a maioria dos planetas observados com o HST são Hot-Júpiter que ainda mantêm uma atmosfera primária. Ao contrário dos planetas gigantes, há poucas observações de HST de pequenos planetas próximos na região de transição entre super-Terras e sub-Neptunes, no entanto, eles são a população representativa de planetas detectados com levantamentos de trânsito e velocidade radial. Esses pequenos planetas podem ter uma atmosfera secundária. Eles devem atrair a atenção nos próximos anos e, portanto, como segundo objetivo deste projeto, investigamos a evolução da atmosfera de pequenos planetas próximos observando as relações entre seu raio, insolação e densidade. Embora a presença de uma atmosfera secundária possa ser um dos fatores-chave para a habitabilidade dos planetas terrestres, outros fatores podem ter um impacto e devem ser levados em consideração, como a atividade da estrela hospedeira. Portanto, nosso objetivo final é determinar a habitabilidade dos planetas terrestres usando uma atmosfera primitiva ou atual semelhante à da Terra sob o ambiente de uma estrela em arco. Além disso, também analisamos se um oceano nesses planetas ajudaria a proteger a vida da prejudicial radiação UV estelar.
Influência da atividade magnética na atmosfera solar e na propagação de ejeções de massa coronal de estrelas do tipo-solar
Menezes, Fabian Marcel (2021-10-04)
Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM)
O Sol e outras estrelas possuem um campo magnético que permeia seu interior e superfície, e se estende pelo meio interplanetário. A atividade estelar é conduzida pelo campo mag nético e influencia diversos fenômenos e propriedades estelares. Uma dessas propriedades é a atmosfera solar. Medições do raio e do limbo do Sol fornecem informações importantes sobre a estrutura e a temperatura da atmosfera. O raio solar varia em função da frequência de observação, pois a radiação eletromagnética dominante é produzida em diferentes alti tudes da atmosfera. Portanto, diferentes camadas da atmosfera solar podem ser sondadas com observações em múltiplos comprimentos de onda. Além disso, a atividade magnética solar afeta processos físicos e condições na atmosfera e no meio interplanetário próximo da Terra, o que é conhecido como clima espacial. As ejeções de massa coronal (CME) são exemplos de fenômenos e processos físicos derivados da atividade magnética solar. CMEs são nuvens de plasma, com o campo magnético, ejetadas da coroa solar e são os eventos mais impactantes no clima espacial próximo à Terra. Neste trabalho, (i) utilizamos dados do telescópio SST e observações do ALMA para medir o raio solar médio em 100, 212, 230 e 405 GHz, para analisar como suas respectivas séries temporais se relacionam com o ciclo de atividade solar, e para investigar como o tamanho do feixe da antena e o nível de abrilhantamento de limbo podem afetar as medições do raio e limbo solares usando dois métodos diferentes; (ii) utilizando simulações de varreduras solares, estimamos níveis de abrilhantamento de limbo para as frequências subterahertz supracitadas; e finalmente, (iii) simulamos trajetórias de CMEs do Sol, Kepler-63 e Kepler-411 com diferentes pa râmetros de entrada e analisamos como esses parâmetros influenciam na trajetória de CMEs. Nossos resultados mostraram que o método, que utiliza o ponto-de-inflexão como definição de limbo, é mais acurado no cálculo de raio solar em comprimentos de onda de rádio. Os resultados dos raios médios estão de acordo com a tendência raio-vs–frequência formada por observações relatadas na literatura. As séries temporais de raio equatorial estão fracamente correlacionadas com a atividade solar, enquanto que as séries de raio polar estão anticorrelacionadas. Com relação ao abrilhantamento de limbo, os intervalos estimados estão de acordo com medidas anteriores relatadas na literatura e, pela primeira vez, estimamos os valores de abrilhantamento de limbo para frequências de 212 e 405 GHz, obtidos a partir de mapas solares de baixa resolução espacial. Por fim, os resulta dos mostram que as trajetórias de CME são mais defletidas em função da configuração e intensidade magnética da superfície da estrela. Palavras-chaves: atividade estelar; observações solares centro-limbo; ejeção de massa coronal.
Modelagem de processos nucleares de alta energia em explosões solares utilizando o pacote FLUKA
Tusnski, Daneele Saraçol (2018-08-16)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The emission of 𝛾-rays in solar flares is produced by interactions of primary electrons and ions accelerated to high energies with nuclei in the ambient solar atmosphere. The analysis of the 𝛾-ray spectra observed during solar flares provides important diagnostics on the mechanisms of primary particle acceleration and on the structure and evolution of the ambient plasma. In this work we investigate the high energy nuclear processes that occur in solar flares using FLUKA, a package of general purpose integrated routines for Monte Carlo calculations of particle transport and interactions in matter. Our main aim is to validate FLUKA as an effective tool for the modeling of nuclear processes in the context of solar flares. In order to accomplish that, we have performed simulations of the 𝛾-ray spectrum considering realistic models for the ambient solar atmosphere and beams of accelerated ions (protons, 𝛼-particles and heavier nuclei) with different energy and angular distributions. From the results obtained in the simulations with FLUKA, we have built templates for the nuclear de-excitation lines emission spectrum and for the full 𝛾-ray emission spectrum, which were incorporated to the program OSPEX for the fitting of spectra from observed events. Using these templates in combination with standard-functions avaiable in the programa OSPEX we have obtained statistically reasonable fittings for the 𝛾-ray spectra of the July 23, 2002 and June 12, 2010 solar flares, similar to the fittings obtained with templates built from nuclear de-excitation lines emission spectra calculated with the code developed by Murphy et al. (2009). To the best of our knowledge, the fittings carried out with the FLUKA templates for the full 𝛾-ray emission spectrum can be regarded as the first attempt to use a single code to implement a self-consistent treatment of the several spectral components in the energy range from ∼ 100’s keV to ∼ 100’s MeV.
Modelagem do comportamento temporal do quasar 3C273 utilizando técnicas de aprendizado de máquina
Ferrari, Ricardo Bulcão Valente (2019-02-15)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Using machine-learning techniques, this work aims to model the temporal behavior from an extragalactic radio source, the quasar 3C273, register in well-sampled light curves, applying this result to less sampled curves, so it would be possible to fill gaps that have occurred in moments in which the observations were not possible. It is also intended to study this object from the point of view of its spectral and temporal variability in the radio range of the electromagnetic spectrum. The 3C273 quasar has been monitored in radio since 1963 (Schmidt, 1963) at various frequencies and was chosen for this work because of the large amount of data available. Data from several Radio Observatories were used, such as the Radio Observatory of Itapetinga (ROI) future ROPK – Radio Observatory Pierre Kaufmann, at 22 and 43 GHz; of the Michigan Radio Observatory (UMRAO) at 4,8, 8, 14,5 GHz and the Metsähovi Radio Observatory at 22 and 37 GHz. Millimetric and submillimetric data were also used, at 1.1 and 0.8 mm from Submillimetric Interferometer Array (SMA) and at X-rays, in the range of 2-10 keV (Trueler et al. 1999; Soldi et al. 2008). Firstly we developed a code based on genetic algorithm (GA), which is a good tool to adjust the data to the observed data. However, for the GA work properly, a previous model for the fitting function is necessary, and for this reason a study of a more appropriate technique, that do not require a previous model, was performed. The artificial neural networks (ANN) mimic the learning process of the human brain, forming and applying the knowledge gained from past experiences to new problems or situations. With the mathematical development of the neural network, new and more complex architectures could be developed. In this work, a Recurrent Neural Network type called Long and Short Time Memory (LSTM) was used, which proved to be an excellent choice to model the light curves of the 3C273 quasar and to make predictions on daily light curves.
Opacidade atmosférica em ondas sub-milimétricas: o papel do conteúdo de vapor de água (PWV)
Espinoza, Deysi Veronica Cornejo (2022-01-28)
Centro de Rádio Astronomia e Astrofísica Mackenzie (CRAAM)
A compreensão dos mecanismos que geram rádio - emissões em altas frequências durante as explosões solares dependem da interpretação do espectro da densidade de fluxo (S) nessa faixa de frequência. Para esse propósito, uma medição confiável de S é essencial. Os radiotelescópios terrestres que observam em comprimentos de ondas milimétricos e sub-milimétricos precisam corrigir o sinal recebido pela atenuação atmosférica, para estimar o verdadeiro fluxo. O vapor de água é o principal responsável por essa atenuação em altas frequências. Neste trabalho, reportamos as medidas das opacidades atmosféricas em 212 GHz (τ212) e 405 GHz (τ405) usando o método da brilhância do Sol. Para isso, foram utilizadas 41.106 varreduras solares registradas pelo Telescópio Solar para ondas Sub-milimétricas (SST) em dias de observação com céu aberto, entre 2006 e 2019. Uma comparação entre as medidas simultâneas de τ405 e τ212 mostra que ambas as quantidades estão bem correlacionadas, com um coeficiente de correlação linear de R = 0,87. Também encontramos que a razão τ405/τ212 ∼ 7, valor próximo ao previsto pelos modelos de transmissão atmosférica. Nosso resultado mostra baixos valores de τ212 (τ212 < 0,16 Np) para a altitude do CASLEO em comparação com outros observatórios de maior altitude, que medem τν na frequência de 210–230 GHz. Para ter um melhor entendimento da variabilidade da opacidade atmosférica foi feita uma análise estatística das médias de τ212 em diferentes escalas temporais (anual, mensal e diária). Também, foi realizado um estudo de periodicidade nas medidas de τ212. O resultado desta análise espectral da variabilidade de τ212 mostra alguns períodos significativos de 0,15 anos (∼ 2 meses); 0,25 anos (∼ 3 meses); 1 ano; 2,4 e 3 anos. O período de 1 ano é interpretado como uma oscilação anual, enquanto os períodos de 2,4 e 3 anos podem estar associados a uma oscilação Quase-bienal (QBO). Seguidamente, foi feita uma análise estatística das medidas de vapor de água precipitável (PWV) registradas pela rede de AERONET no CASLEO entre janeiro de 2011 e julho de 2014. Também buscamos periodicidades na série temporal do PWV, onde foi encontrado que a oscilação anual é o período mais significativo em toda a base de dados. Uma comparação entre as medidas observadas de PWV e τ212, confirmaram a forte correlação entre ambas as quantidades, com um coeficiente de correlação linear de R = 0,97. Por outro lado, os valores de PWV podem ser calculados a partir das medidas de temperatura (T) e umidade relativa (RH) registradas in situ. Este modelo supõe que o PWV decai exponencialmente com a altitude para uma determinada altura de escala (HPWV ). Por último, foi encontrada uma correlação entre as medidas observadas de profundidade óptica do Aerossol (AOT) em 340 nm e as medidas observadas de PWV e τ212.
Polarização das emissões solares em comprimentos de onda milimétricos
Hidalgo Ramírez, Ray Fernando (2019-08-26)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Polarization of radio emissions from solar bursts provides essential information about conﬁned plasma regimes submitted to magnetic ﬁeld in quiescent, pre-explosion, sudden energy release and decay phases. Investigations at microwaves and longer wavelengths have widely been carried out. Observations of polarization are carried out continuously by the ﬁrst time at two millimeter wavelengths by two solar radio polarimeters named POEMAS at 45 and 90 GHz (6.6 and 3.3 mm, respectively) operating at El Leoncito Observatory, Argentina Andes. The present research is divided in two parts. First, the center-to-limb variation of polarization of solar bursts is investigated. A total of 30 bursts observed by the radio polarimeters, between 2012 and 2013, were analyzed. We show increasing degreeofpolarizationwithheliocentricangle,butatapproximately50∘ aturnover isobservedwiththedegreeofpolarizationbeginningtodecreaseforlargerangles. We also found a weak correlation between bursts ﬂux density and their heliocentricangle,i.e.solarburstswithhigherﬂuxdensitytendtooccurclosertothelimb. To interpret the observational results, a numerical simulation of the polarization degree spectra for gyro-synchrotron emission was performed. As for the second part of this research, the S-component time evolution at millimeter wavelengths of a active region throughout the solar disk is studied. We observe ﬂux enhancementswiththepassageoftheactiveregionwithaspectralindex,atthemaximum, between 2-6 taking into account the measurement of errors. This double spectrum of active region emission at radio wavelengths can favor a core-halo distribution ofradiobrightnessoveractiveregions.Anenhancementinthedegreeofpolarization of about 40 % is observed in the second half of the active region transit at 45 GHz, however, it is disregarded due to the error propagation. Also, no signiﬁcant enhancement in the degree of polarization is observed at 90 GHz.
Rotação diferencial de estrelas pelos métodos de trânsito e máxima entropia
Simplicio Netto, Dirceu Yuri (2019-08-27)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Modulações na curva de luz de uma estrela são causadas pela presença de manchas e fáculas em sua superfície. Durante o trânsito planetário manchas podem ser cobertas pelo planeta, criando um pequeno aumento na curva de luz durante o trânsito. O modelo de trânsito planetário foi aplicado às estrelas Kepler-17 e Kepler-63 para modelar as características físicas das suas manchas: localização, temperatura e tamanho. Aplicamos também o modelo de máxima entropia (MME) para ajustar as modulações no fluxo rotacional. Com a aplicação dos modelos um mapa da superfície da estrela e um mapa da distribuição das regiões ativas foram criados. Para Kepler-17, estrela ativa do tipo solar que possui um planeta Júpiter quente transitando em uma órbita coplanar, foi estimado o perfil de rotação a partir das localizações das manchas. Foram encontradas duas longitudes ativas principais. A partir do MME estimamos um mínimo para a rotação diferencial relativa (ΔΩ/Ω) de 0,08 ± 0,05 e 0,14 ± 0,05, sendo a nossa determinação afetada pelo tempo finito de vida das manchas e dependendo dos parâmetros adotados no modelo de manchas. Este resultado condiz com o valor de (ΔΩ/Ω) = 0,08 ± 0,009 encontrado a partir do modelo de trânsito planetário. A comparação entre os mapas demonstrou uma boa correlação das manchas nas longitudes ativas da estrela. Devido à órbita quase polar do planeta que orbita a estrela Kepler-63, jovem estrela ativa do tipo solar, foi possível gerar um gráfico da distribuição de manchas em latitude no tempo (conhecido como digrama de borboleta, no caso Solar). Com o MME foi possível estimar um mínimo de (ΔΩ/Ω) = 0,015. As possíveis áreas cobertas durante o trânsito planetário não nos permitem observar as mesma longitudes em trânsitos consecutivos em pequenos períodos de tempo para observar uma mesma mancha evoluindo, tornando inconclusiva a determinação de uma rotação diferencial relativa, assim como a comparação entre os mapas obtidos pelos dois modelos.
Serviço local de periodograma em GPU para detecção de trânsitos planetários
Basile, Antonio Luiz (2017-06-13)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Understanding other stellar systems is crucial to a better knowledge of the Solar System, as is the study of extrasolar planets orbiting the habitable zone of their host star central to the understanding of the conditions that allowed life to develop on our own planet. Presently there are thousands of confirmed planets, mostly detected by the Kepler satellite as they eclipse their host star. This overload of data urges an automatic data search for planetary transit detection within the stellar light curves. Box-Fitting Least Squares (BLS) is a good candidate for this task due to the intrinsic shape of the transiting light curve. Further improvement is obtained by parallelization of the BLS according to the number of bins. Both the sequential and parallel algorithms were applied to six chosen Kepler planetary systems (Kepler-7, Kepler-418, Kepler-439, Kepler-511, Kepler-807, Kepler-943) and to different light curve lengths. In all cases, speedup increased from 3 to 45 times as the number of bins increased, because the performance of the sequential version degrades with an increase in the number of bins, while remaining mainly constant for the parallel version. For smaller planets with longer orbital periods, a large number of bins is necessary to obtain the correct period detection.

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