Física (plan 2002) 2014-2

Optativas, Temas Selectos de Ciencias de la Tierra I

Horarios definitivos: Lunes de 15 a 16 hs.

Viernes de 14 a 16 hs.

Lugar: Centro de Ciencias de la Atmosfera, primer piso, Departamento de Ciencias Espaciales

Objetivos de la materia

Que el alumno adquiera un panorama general de la física de la ionosfera terrestre. Se presentarán los procesos que afectan la dinámica de este estrato atmosférico para la totalidad del globo terrestre, pero dando especial atención a la ionosfera en latitudes medias (sector mexicano).

Se hará énfasis en la lectura y discusión de artículos que versen sobre el tema así como también se introducirán los conceptos básicos del procesamiento de datos para la estación receptora ‘LAVNet-Mex” (Latin America Very Low Frequency Mexico) ubicada en el Instituto de Geofísica de la UNAM. Con esta estación es posible monitorear el estado del estrato más bajo de la ionosfera, es decir de la región “D”, sobre todo cuando hay actividad solar intensa, como las ráfagas solares. También se analizará la interrelación que la ionosfera tiene con las capas inferiores (atmosfera neutra).

Temario

Unidad 1 (12 hrs)

Presentación de la asignatura.

1) Introducción a la física de plasmas.

1.1) Definición de plasmas.

1.2) Generación de plasmas.

1.3) Fenómenos colectivos.

1.4) Neutralidad macroscópica.

1.5) Apantallamiento de Debye.

1.6) Frecuencia de plasma.

1.7) Plasmas en la naturaleza: El Sol y su atmosfera, el viento solar, la magnetósfera, la ionosfera.

2) Movimiento de partículas cargadas en campos electromagnéticos constantes y uniformes.

2.1) Movimiento de partículas cargadas en campos electrostáticos uniformes.

2.2) Movimiento de partículas cargadas en campos magnetostáticos uniformes.

2.3) Deriva de una partícula cargada debida a fuerzas externas.

Unidad 2 (6 hrs)

1. Estructura de la atmosfera neutra y la ionosfera.

2. Características principales de las regiones D, E y F. Introducción de una nueva región C.

3. Relación entre la ionosfera y la magnetosfera, mecanismos de acoplamiento entre ellas.

Unidad 3 (6 hrs)

1. Fundamentos de la dinámica del plasma ionosférico y magnetosférico.

1. 1. Ecuaciones básicas de los fluidos.

   2. Conservación de masa.

   3. Conservación de momento.

   4. Ecuación de momento para fluidos neutros.

   5. Ecuación de momento para plasmas.

   6. Generación de campos eléctricos en la ionosfera.

   7. ‘Mapeamiento’ del campo eléctrico.

   8. Conceptos básicos de la dinámica magnetosférica.

Unidad 4 (6 hrs)

1. Electrodinámica de la ionosfera en la zona ecuatorial.

1. 1. El dínamo de la región F, (efectos de mareas, ondas geostróficas y vientos neutros).

   2. Comportamiento de la región E.

   3. El ‘electrojet’ ecuatorial.

Unidad 5 (6 hrs)

1. Electrodinámica de la ionosfera para altas latitudes.

1. 1. Acoplamiento eléctrico entre la ionosfera, la magnetosfera y el viento solar.

   2. Descripción del campo magnético interplanetario (IMF-Interplanetary Magnetic Field).

   3. Transferencia de energía.

Unidad 6 (12 hrs)

1. Introducción a la propagación de ondas de muy baja frecuencia en la cavidad Tierra-Ionosfera.

1. 1. Propagación de ondas, modos transverso eléctrico y magnético.

   2. Longitud de penetración de ondas en conductores.

   3. Presentación del equipo de laboratorio para la adquisición de datos de la estación LAVNet-Mex.

   4. Tratamiento de los datos obtenidos con la estación receptora y relación con ráfagas solares.

   5. Interpretación física y análisis de los datos.

Bibliografía

1. Fundamentals of Plasma Physics. J.A. Bittencourt. Springer (3^era edición) 2004.

2. The Earth’s Ionsophere, Plasma Physics and Electrodynamics. M. Kelly. Elsevier (2^da edición) 2009.

3. Classical Electrodynamics. J. Jackson. John Wiley & Sons, Inc.

4. Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry. R. Schunk and A. Nagy. Cambridge, Atmospheric and Space Science Series (2 ^da edición) 2009.

5. Introduction to Space Physics. M. Kivelson and C. Russell. Cambridge University Press, 1997.

6. Aeronomy of the Earth’s Atmosphere and Ionosphere. IAGA Special Sopron Book Series 2. Springer 2010.

7. Resonances in the Earth-Ionosphere Cavity. A. Nickolaenko and M. Hayakawa. Modern Approaches in Geophysics. Kluwer Academic Publishers, 2002.

8. Magnetosphere-Ionosphere Coupling. Y. Kamide and W. Baumjohann. Physics and Chemistry in Space 23 Planetology. Springer-Verlag, 1993.

9. Electromagnetic Waves in Stratified Media. J. Wait. Pergamon Press.

10. Physics and chemistry of the upper atmosphere. M. Rees. Cambridge Atmospheric and Space Science Series, 1989.