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DETERMINACIÓN DE AZIMUT DEL PILAR PRINCIPAL PARA EL PERIODO JULIO

2012 - JUNIO 2013, OBSERVATORIO GEOMAGNETICO DE HUANCAYO

Technical Report · December 2012

DOI: 10.13140/2.1.5016.9123

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RADIORADIO OBSERVATORIOOBSERVATORIO DEDE JICAMARCAJICAMARCA

INSTITUTOINSTITUTO GEOFÍSICOGEOFÍSICO DELDEL PERÚPERÚ

DETERMINACION DE AZIMUT DELDETERMINACION DE AZIMUT DEL PILAR PRINCIPAL PARA EL PERIODOPILAR PRINCIPAL PARA EL PERIODO

JULIO 2012 - JUNIO 2013,JULIO 2012 - JUNIO 2013, OBSERVATORIO GEOMAGNETICO DEOBSERVATORIO GEOMAGNETICO DE

HUANCAYOHUANCAYO

DOMINGODOMINGO ROSALESROSALESERICKERICK VIDALVIDAL

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DDiciembreiciembre 20122012

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RESUMENLa determinación del azimut geográfico es labor fundamental en un trabajo de mediciones

absolutas en un observatorio geomagnético. Por lo que periódicamente es necesario verificar el valor del azimut de la marca que se utiliza para la reducción de los datos geomagnéticos. El presente trabajo tiene por finalidad determinar el azimut geográfico mediante la técnica de observación al Sol y verificar si se ha producido cambio significativo respecto al azimut determinado en los años anteriores.

Entre los días 27 y 28 de Junio del 2012 se han realizado 32 observaciones de Sol para la determinación de azimut, de los cuales 4 mediciones fueron eliminadas por estar fuera de rango, quedando 28 mediciones buenas las mismas que permitieron determinar un azimut de 187° 13' 57.72'' con una desviación estándar de 15.70'' y un error estándar de 2.97''. El valor de azimut adoptado para los años 2009, 2010 y 2011 fue de 187° 14' 00'' y de los resultados obtenidos en el presente trabajo se observa que hay una ligera variación de 2'', magnitud que está comprendido dentro del margen de error de las mediciones realizadas, por lo que el valor adoptado del azimut de la marca principal para el periodo de Julio 2012 a Junio 2013 es de 187° 13' 58'' con una desviación estándar de 16'' y un error estándar de 3''.

Palabras clave: Azimut geográfico, azimut del Sol.

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ÍNDICE

1 INTRODUCCIÓN..........................................................................................................................4

2 OBSERVACIONES DE SOL CON EL TEODOLITO DIFLUX ZEISS-JENA.................................4

2.1 Métodos Utilizados para la Determinación de Azimut.................................................................................42.2 El DIflux Zeiss-Jena.................................................................................................................................... 42.3 Errores Derivados del Instrumento DIflux Zeiss-Jena.................................................................................52.4 Sistema de Coordenadas del Horizonte.....................................................................................................52.5 Azimut del Sol y Azimut Geográfico............................................................................................................52.6 Observaciones Solares............................................................................................................................... 53 PROCESO PARA DETERMINAR EL AZIMUT POR OBSERVACION AL SOL...........................6

3.1 Equipamiento.............................................................................................................................................. 63.2 Preparación................................................................................................................................................ 63.3 Pasos.......................................................................................................................................................... 63.4 Procesamiento de las Observaciones Astronómicas..................................................................................74 RESULTADOS..............................................................................................................................7

5 CONCLUSIONES.........................................................................................................................8

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DETERMINACIÓN DE AZIMUT DEL PILAR PRINCIPAL PARA EL PERIODO JULIO 2012 - JUNIO 2013, OBSERVATORIO GEOMAGNETICO

DE HUANCAYO

1 INTRODUCCIÓN

La determinación de la dirección del norte geográfico (meridiano verdadero) de un lugar sobre la superficie de la Tierra, es indispensable para realizar trabajos de levantamientos geomagnéticos, en especial para poder determinar la declinación magnética D. Para determinar el meridiano geográfico recurrimos al azimut que tiene un astro en un momento dado, así como del ángulo horizontal que dicho astro hace con respecto a una línea de referencia, es decir se determina el azimut del astro y a partir de ella se obtiene la dirección del meridiano que pasa por el lugar del punto de observación.

Para trabajos geodésicos, es necesario que la precisión sea del orden de ±0.5'' para obtener esta precisión se debe observar a las estrellas. Mientras que para levantamientos topográficos se requiere una precisión de ±1', y para levantamientos geomagnéticos se requiere una precisión de ±20'', por lo que para ambos casos es suficiente con hacer observaciones al Sol.

En un observatorio geomagnético, la determinación del azimut geográfico es una actividad fundamental en un trabajo de mediciones absolutas. Por lo que periódicamente es necesario verificar el valor del azimut de la marca que es utilizado para la reducción de los datos geomagnéticos y se hace más necesario si se ha experimentado un fuerte sismo ya que hay la posibilidad de que puede haberse producido el desplazamiento de la marca o del pilar principal o de ambos. En el observatorio geomagnético de Huancayo anualmente se hace la verificación del azimut por lo que el presente trabajo tiene por finalidad determinar el azimut geográfico mediante la técnica de observación al Sol y observar si se ha producido cambio significativo respecto al azimut determinado en los años previos al 2012.

2 OBSERVACIONES DE SOL CON EL TEODOLITO DIFLUX ZEISS-JENA

2.1 Métodos Utilizados para la Determinación de Azimut

El azimut geográfico se mide a partir del norte en sentido horario sobre el horizonte variando de 0° a 360°. Para determinar el azimut se utilizan los siguientes métodos:

Por observaciones solares, haciendo uso del teodolito con precisión al segundo [Santos et al, 2007].

Por observaciones a las estrellas, haciendo uso del teodolito con precisión al segundo.

Por medio de giroscópico.

Por medio del Sistema de Posicionamiento Global (GPS).

Cada uno de estos métodos presentan ventajas y desventajas unas respecto a las otras, Hegymegi L., ha mostrado que la técnica mediante observaciones de Sol es la mas rápida y adecuada para determinación de azimut para mediciones geomagnéticas [Hegymegi, 1996]. Por lo que usamos este método para la determinación del azimut.

2.2 El DIflux Zeiss-Jena

El DIflux es una invención relativamente reciente. En la década de los setenta ha adquirido su nivel de madurez. Las investigaciones y el desarrollo de este instrumento logro un alto nivel de precisión, exactitud, resolución y de fácil uso [Rasson, 2005]. Es un instrumento diseñado para medir la declinación magnética D y la inclinación I con una precisión de un

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segundo de arco (1''). El instrumento consiste de un teodolito no magnético y un sensor fluxgate montado en el telescopio. El teodolito estándar usado en el observatorio de Huancayo es el teodolito no magnético Zeiss-Jena 010B (precisión de 1''). Además de funcionar como DIflux este teodolito también permite tomar mediciones mediante observaciones al Sol para determinar el azimut geográfico, magnitud que es necesario en el proceso de reducción para la determinación de la declinación. En consecuencia este instrumento es sumamente útil porque con el mismo se logra la determinación del Norte Geográfico y el Norte Geomagnético, resolviendo elegantemente el problema de la referencia geográfica para medir la declinación magnética.

2.3 Errores Derivados del Instrumento DIflux Zeiss-Jena

Las observaciones efectuadas a los astros con instrumentos topográficos y en particular con el DIflux Zeiss-Jena, son afectados por imperfección de los mismos instrumentos, al medio donde se efectúan las observaciones, a la habilidad y destreza del observador para tomar las medicines sobre todo cuando el astro observado tiene un diámetro grande como el del Sol y/o la Luna.

Alguno de estos errores instrumentales son: el error de colimación, error de índice, error de graduación, excentricidad de los círculos graduados, etc.

Para corregir el punto de visado al astro, esto se corrige observando a ella en dos cuadrantes opuestos.

El error de colimación (Eazm) es estimado a partir de las lecturas de azimut de marca y viene dado por:

EAzm= (UP−DW+ 180° )/2

Donde UP es posición del sensor arriba, DW posición de sensor abajo.

2.4 Sistema de Coordenadas del Horizonte

Para fijar la posición de un astro mediante el sistema de coordenadas del horizonte, se utilizan dos coordenadas: El azimut del astro (Z) y la altura (h), en el cual el plano fundamental es el horizonte, el radio vector la meridiana, el sentido horario y el punto fundamental el Sur.

2.5 Azimut del Sol y Azimut Geográfico

El azimut del Sol es el ángulo diedro comprendido entre el meridiano del observador y el círculo vertical que pasa por el astro [Santos, 1992]. El azimut Geográfico es el angulo comprendido entre el meridiano geográfico y una marca determinada respecto a un punto de observación, el azimut permite determinar el norte geográfico, inicia en el norte geográfico 0°,siguiento el sentido de la aguja del reloj tomando el valor de 90°, 180°, 270° en el este, sur y oeste geográfico respectivamente.

2.6 Observaciones Solares

Una de las cualidades del teodolito Zeiss-Jena es que son muy buenos para observaciones de Sol, y está equipado en el reticular con un circulo centrado ligeramente más pequeño que el limbo aparente del Sol, lo que permite centrar apropiadamente el telescopio respecto al Sol (ver figura 1).

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Figura 1 Círculo centrado en el reticular del telescopio

3 PROCESO PARA DETERMINAR EL AZIMUT POR OBSERVACION AL SOL

3.1 Equipamiento

Teodolito, Zeiss-Jena 010B.

Trípode o pilar.

Filtro solar.

Marca de azimut.

Mapa ó GPS para determinar la latitud y longitud.

Reloj ó GPS para control del tiempo, dado en Tiempo Universal UT.

Almanaque astronómico (MICA, NOVAS, JPL, etc).

Programa computacional para calcular el azimut (AZM_SOLE, SOLEIL, SOLEILENG, etc).

3.2 Preparación

Sincronizar el reloj en UT con una precisión similar a lo que proporciona un GPS, ó en su defecto usar un GPS.

Obtener la latitud y longitud a partir de un mapa ó de un GPS.

Instalar el teodolito sobre el trípode o pilar principal desde donde se va a tomar las medicines al Sol. El azimut de la marca y el Sol deben de ser visibles con el teodolito. Seguidamente nivelar adecuadamente haciendo uso de los dos niveles que dispone el teodolito y luego pasar al nivelamiento fino.

Para una mejor precisión, las mediciones al Sol deben de hacerse por la mañana y/o por la tarde cuando el astro se encuentre cercano al horizonte.

3.3 Pasos

Primer Paso: Determinación de una señal de referencia (marca). El que se debe buscar o ubicar a una distancia de no menor a 80 metros del punto de observación con el teodolito. En el caso del observatorio de Huancayo la marca principal se encuentra a 620 metros en dirección Sur del pilar principal (ver anexo 1).

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Segundo Paso: Determinación del ángulo de referencia con el sensor arriba (UP). Para lo cual se debe tomar lectura del ángulo de referencia con el sensor del DIflux arriba (posición UP).

Tercer Paso: Observación del Sol con sensor arriba (UP). Antes de dirigir la visualización al Sol se debe colocar un filtro solar y en el instante en que el círculo del reticular este centrado respecto al Sol, se toman las lecturas de tiempo y ángulo horizontal; inmediatamente se concluye con la toma de lectura, se repite nuevamente lo indicado anteriormente.

Cuarto Paso: Observación del Sol con sensor abajo (DW). Luego de efectuado las dos observaciones al Sol con el sensor arriba, se gira el teodolito para poner el teodolito en dirección al Sol pero esta vez con el sensor abajo. En el instante en que el círculo del reticular este centrado respecto al Sol, se hacen las lecturas respectivas de tiempo y ángulo horizontal. Se repite nuevamente la visualización al Sol tomando nuevamente las lecturas respectivas.

Quinto Paso: Determinación del ángulo de referencia con sensor abajo (DW). Una vez concluido con las observaciones de Sol, se retira el filtro solar, se centra la mira hacia la marca y se toma la lectura respectiva.

A los cinco pasos para efectuar la observación al Sol, se le conoce como sets y/o series (un set o serie nos proporciona cuatro mediciones de azimut) y ellas se deben efectuar en un tiempo menor a cinco minutos [Santos, 1992].

3.4 Procesamiento de las Observaciones Astronómicas

La tarea es calcular el azimut del Sol en el preciso momento en que se apunto al Sol con el teodolito. Adicionalmente podemos calcular el azimut de una marca apuntado con el teodolito inmediatamente después de haber realizado la observación al Sol.

Para llevar a cabo este proceso recurrimos al programa que fue desarrollado en visual basic denominado “AZM_SOLE.EXE”, o también podemos usar sus variantes antecesoras desarrollado en GWBASIC denominado “SOLEIL.EXE” ó “SOLEILENG.EXE”. El programa AZM_SOLE.EXE, permite usar distintas variantes en el modo de cálculo, ingresando manualmente la ascensión recta y declinación del Sol, además del tiempo sideral aparente referente al meridiano de Greenwich, a partir de un almanaque astronómico, o también obteniendo dichos valores directamente a partir del almanaque astronómico como el “Multiyear Interactive Computer Almanac (MICA)”, ó del almanaque astronómico “Naval Observatory Vector Astrometry Software NOVAS”, ó también del almanaque astronómico de la “Jet Propulsion Laboratory – NASA (JPL)”.

Los datos de las observaciones astronómicas para la verificación del azimut fueron tomados los días 27 y 28 de Junio del 2012 obteniéndose un total de 8 sets de mediciones haciendo un total de 32 observaciones. Este trabajo se realizó el mese de Junio y se realiza anualmente debido a que por dicha fecha el Sol es visible desde el pilar principal a través de la ventana de la sala de Absolutos (ver anexo 2).

Las datos registrados se procesaron con el software AZM_SOLE.EXE (ver anexo 3), utilizando el almanaque astronómico MICA.

4 RESULTADOS

De las 32 observaciones realizadas se han eliminado 4 observaciones (dos en la posición UP y dos en la posición DW) por corresponder a datos malos, quedando 28 datos buenos (14 en la posición UP y 14 en la posición DW).

Se hace el análisis estadístico de los resultados para cada posición obteniéndose lo siguiente:

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- Posición UP se tiene una media de 187° 14' 10.28'' con una desviación estándar de 8.28'' y un error estándar de 2.21''.

- Posición DW se tiene una media de 187° 13' 45.12'' con una desviación estándar de 10.08'' y un error estándar de 2.70''.

Estas diferencias entre ambas posiciones es justamente debido al error de colimación del instrumento el cual varia de 13 a 5 segundos de arco durante el proceso de observación (ver anexo 4).Tomando los datos de ambas posiciones se tiene una media de 187° 13' 57.72'' con una desviación estándar de 15.70'' y un error estándar de 2.97'' (ver tabla 1 y figura 2).

Tabla 1 Resultados estadísticos de la determinación de azimut.

Figura 2

5 CONCLUSIONES

En los trabajos de determinación de azimut realizados en los años 2009, 2010 y 2011 se adoptó el valor de 187° 14' 00''. De los resultados obtenidos en el presente trabajo realizados en el mes de Junio del 2012, se observa que hay una variación de 2'', magnitud que está comprendida dentro del margen de error de las mediciones realizadas, por lo que el valor adoptado del azimut de la marca principal para el periodo de Julio 2012 a Junio 2013 es de 187° 13' 58'' con una desviación estándar de 16'' y un error estándar de 3''.

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BIBLIOGRAFíA

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HEGYMEGI L., Kovacs P., Kormendi A., Sarhidai A., Determination of the True Azimuth by Different Methods, VIIth IAGA Workshop, Pág. 56, 1996.

JANKOWSKI Jerzy and Suckdorff Christian, Guide for Magnetic Measurements and Observatory Practice, pp. 118-124, Internatiional Association fo Geomaagnetism and Aeronomy, Warwzawa, Poland, 1996.

NEWITT L. R., Barton C. E., and Bitterly J., Guide for Magnetic Repeat Station Surveys, International Association of Geomagnetism and Aeronomy pp. 33-41, NOAA Space Environment Center,1996.

RASSON J. L., About Absolute Geomagnetic Measurements in the Observatory and in the Field, L'institut Royal Meteorologique de Belgique, 2005.

SANTOS R. R., Astronomía de Posición, Universidad Nacional de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Civil, Pág. 119-140, 1992.

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ANEXOS

Anexo 1:

PILAR PRINCIPAL E2 Y MARCA PRINCIPAL

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Anexo 2:

TEODOLITO ZEISS-JENA THEO 010B

Anexo 3:

SOFTWARE AZM_SOLE

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Anexo 4:

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