Abundancia del sodio diurno

A partir de observaciones de espectros solares de alta resolución espectral, hemos estudiado cuantitativamente la influencia de líneas de agua intensas contaminando la línea D2 de sodio. Como consecuencia, cobra especial importancia la D1 para seguir las variaciones de sodio en la atmósfera a pesar de tener la mitad de la sección eficaz de D2.

Para obtener la abundancia del sodio durante el día, hemos utilizado espectros alrededor de la línea D1, en lugar de la D2, aunque ésta tiene una sección eficaz doble que la D1. La causa ha sido la alta contaminación de líneas de vapor de agua en D2. Hemos estudiado, en condiciones muy diferentes, esta influencia.
Fig. 1.- Espectro solar en la línea D2 del sodio (línea negra gruesa). Espectro sintético de agua en la misma zona (línea roja fina). El eje vertical izquierdo corresponde al espectro solar, mientras que el derecho se refiere al espectro de agua. La recta vertical verde indica la posición de la línea D2 del sodio atmosférico.
Fig. 2.- Espectro solar en la línea D1 del sodio (línea negragruesa). Espectro sintético de agua en la misma zona (línea roja fina). El eje vertical izquierdo corresponde al espectro solar, mientras que el derecho se refiere al espectro de agua. La recta vertical verde indica la posición de la línea D1 del sodio atmosférico.
Podemos apreciar, comparando las figuras 1 y 2, la ventaja de la línea D1 en relación con la contaminación de líneas de vapor de agua. Las líneas gruesas en ambas figuras son espectros experimentales mientras que las finas son sintéticas producidas con el código desarrollado por Lundstrom et al. (1990). La absorción del sodio telúrico está alojada cerca del mínimo de la línea solar.
Fig. 3.- Ajuste (línea de triángulos) de un perfil de Voigt al core de la línea D1 solar.
Fig. 4.- Ajuste (línea de triángulos) para 205 ± 25 k al perfil de la estructura hiperfina de la D1 (línea continua).

La parte central de la línea D1 se ajusta a un perfil de Voigt. En la Fig. 3 se aprecia la parte residual (línea continua) correspondiente al sodio atmosférico. En la Fig. 4, se muestra el mejor ajuste al perfil de estructura hiperfina de la D1 del sodio mesosférico observacional (línea continua) para una temperatura 205 +/- 25 k.

Como la capa de sodio mesosférico es ópticamente delgada para la radiación solar, podemos obtener, a partir de

la densidad columnal de sodio. Para medidas realizadas durante Septiembre de 2000, la anchura equivalente típica de la línea D1 del sodio atmosférico fue de 3.55 10-4 Å, que corresponde a un promedio de 3.45 109 atoms/cm2. La evolución durante el día muestra un incremento a mediodía aproximadamente para disminuir al final de la tarde.
.

Efectos del vapor de agua en la línea D2 del sodio

A partir de la abundancia del sodio, podemos estimar por

que la absorción en la D2 es del orden del 3%. De la Fig. 1, podemos apreciar que la contribución del espectro de agua en la posición del sodio atmosférico, en ese caso, es del 1.5% aproximadamente. Hemos utilizado la línea del agua en 5889.65 Å, cercana a la del sodio, para hacer un seguimiento de las variaciones de su contaminación en la D2 del sodio. En la fig. 5, se muestra los cambios de la anchura equivalente de esta línea durante 2 días: uno de los días (rombos azules) con condiciones secas, y el otro (triángulos negros) con delgados cirrus, situación que, de ocurrir durante una noche obscura, serían difícilmente percibidos.

Los efectos, por tanto, pueden ser: 1) variabilidad en la magnitud de la estrella generada, y 2) desenfoque del láser en la mesopausa al variar la constante de estructura del índice de refracción.
 
.

Las variaciones de la abundancia del sodio en la mesosfera durante el día no son muy bien conocidas todavía. McNutt and Mack (1963) fueron los pioneros en investigar la abundancia del sodio por la absorción de la luz solar en la línea D2 del sodio. Gibson and Sandford (1972) hicieron las primeras observaciones diurnas de la capa de sodio mesosférico con lídar. Sus resultados procedían de un total de siete noches no revelando ningún cambio en la abundancia del sodio entre el día y la noche. Granier and Megie (1982) registraron observaciones diurnas en Hute Provence con lídar sin mostrar consistentes variaciones diurnas o semi-diurnas en la capa. Sin embargo, Batista et al (1985) mostraron variaciones semi-diurnas significativas en la abundancia columnal y altura del centroide y, también, Know et al (1987) midieron variaciones sustanciales semi-diurnas en la abundancia de la columna. Observaciones entre diferentes sitios han mostrado distintas características, aunque son muy escasas por la dificultad de aplicar la técnica lídar durante el día. Para resolver el problema observacional de las medidas diurnas y encontrar un método para hacer el seguimiento del sodio, otros investigadores han propuesto nuevas técnicas basadas en un filtro magneto-óptico de sodio \cite{Patriarchi00}. En Kitt Peak (National Solar Observatory) se han registrado variaciones de sodio diurno estacional por su equipo de óptica adaptativa \cite{Ge97, Ge98}.

.
Para detectar las variaciones de sodio diurnas hemos usado el Vacuum Tower Telecope (VTT) localizado en el Observatorio del Teide. El VTT es un sistema de celóstato que alimenta el telescopio con una apertura de 70 cm y una distancia focal de 46 m. Tiene un espectrógrafo echelle vertical con 15 metros de focal y un dispositivo que permite adquirir observaciones de dos espectros simultáneos centrados en diferentes rangos de longitudes de onda. El espectrógrafo proporciona una dispersión espectral real de 11.6 mA, que corresponde a una resolución espectral aproximada de 500,000 en el doblete del sodio. Esto da suficiente resolución para separar la línea D1 de las líneas de agua cercanas. El detector está en la cámara AT1-IAC que tiene 1024 x 1024 píxeles y una eficiencia cuántica de 0.5.

.

Fig. 5.- Variación de la anchura equivalente de la línea de agua en 5889.65 Å, cercana a la del sodio (ver fig. 1), durante 2 mañanas. Una de ellas era seca (rombos azules) y la otra con finos cirrus que, de ocurrir durante una noche obscura, no serían percibidos. Estas variaciones deben producir cambios en la magnitud del spot en la mesopausa y desenfoque del láser en la capa de sodio.