Suplemento 2.17: El Radiómetro de Microondas (1/2)
Principio de Funcionamiento
Un radiómetro de microondas (MWR) es un sensor pasivo que detecta la radiación emitida o reflejada por un objeto en el rango de microondas, a frecuencias de aproximadamente 1 a 100 GHz. Esto corresponde a longitudes de onda entre aprox. 0,5 cm y 0,5 m, consulta el módulo 1 del tutorial Entendiendo el Espectro de Radiación. Los radiómetros de microondas se diseñan generalmente como instrumentos de exploración que permiten tomar imágenes desde el suelo; ésto es: un Éscaner MWR.
Los escáneres MWR aerotransportados están montados en la parte inferior de la aeronave. La antena de escaneo parabólico, protegida por una cubierta en forma de domo (no se muestra aquí), tiene un campo de visión libre en la dirección del NADIR. Un mecanismo de exploración impulsado por motor proporciona una línea de exploración sinusoidal en el suelo. La radiación recolectada por la antena se alimenta a través de la bocina al receptor donde se amplifica y filtra para extraer la banda de frecuencia deseada de la señal total.
Como se mencionó en la sección sobre el radar, la atmósfera terrestre es bastante transparente en el rango espectral de microondas. Mirando hacia la superficie del mar, un MWR detecta la emisión térmica natural (también: radiación de Planck) del agua de mar o sustancias en la superficie del agua, y también algo de radiación de microondas en el espectro de la luz solar que se refleja en la superficie del mar durante el día.
El principio físico es muy similar a la detección de radiación térmica infrarroja con el Escáner IR que mide las temperaturas de la luminosidad en la región espectral infrarroja. El escáner MWR mide la temperatura luminosa en el rango de microondas en longitudes de onda que son más largas en un factor de 100 a 1000. Debido a ésto, los rangos espectrales muy diferentes requieren tecnologías específicas para la detección y el procesamiento de señales (que está más allá de este módulo).
Con los escáneres IR y MWR, los parámetros ambientales también juegan un papel diferente. Por ejemplo, un escáner de infrarrojos no "ve" la superficie del mar en presencia de nubes, ya que la radiación infrarroja es absorbida por las gotas de agua de las nubes. La emisión térmica del agua de mar medida con un escáner MWR depende de la temperatura y la salinidad, mientras que la señal del escáner IR depende de la temperatura pero no es sensible a la salinidad del agua de mar.
A frecuencias de microondas, el agua de mar es un emisor de cuerpo negro no ideal. Su emisión de radiación es menor de lo que cabría esperar de la Ley de Radiación de Planck. Por tanto, el agua de mar se considera un emisor de cuerpo gris. Considerando el agua de mar a temperatura ambiente (20°C o 293 Kelvin) y tomando su intensidad de emisión para calcular su temperatura a partir de la Ley de Planck, ¡se llegaría a una temperatura aparente de aprox. 90 Kelvin o −183°C! A esto se le llama temperatura de radiación del agua de mar, que es mucho menor que la temperatura medida con un termómetro, y una consecuencia de la baja emisividad del agua marina.
Los hidrocarburos son incluso menos ideales que los emisores de cuerpo negro: ¡son prácticamente transparentes a frecuencias de microondas! Por tanto, la emisión térmica de hidrocarburos en la superficie del mar es insignificante. La radiación emitida por el agua de mar en profundidad se transmite a través del petróleo, pero también se refleja parcialmente en la interfaz petróleo-atmósfera. A continuación, provoca un efecto que conocemos gracias a la películas delgadas de aceite de aproximadamente 1 μm de espesor en el agua a la luz del sol: ¡Se ven franjas de interferencia de color debido a la superposición constructiva y destructiva de ondas de luz!
Fuente: Wikimedia Commons.
Las películas delgadas que tienen un espesor en el rango de μm provocan franjas de interferencia con la luz solar que tiene longitudes de onda de aproximadamente 0,5 μm. Se pueden esperar los mismos efectos con capas de aceite mucho más gruesas en el rango de milímetro a centímetro y con radiación de microondas que tiene longitudes de onda del mismo orden. ¡Ésto ofrece una forma de detectar aceite en la superficie del agua!
