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Sobre los Mecanismos de Generación Sísmica Basados en la Teoría Solar

29 julio 2010 550 comentarios

Mucho se ha hablado de la actividad solar como precursora de eventos sísmicos. El estudio realizado los últimos meses en el Club ha tenido como directriz el perfeccionamiento del método de predicción sísmica basado en la actividad solar ionosférica (MPSOSI)  (Astro, Ari, Murdock 2009). Si bien el modelo permite evaluar los parámetros climáticos espaciales asociados a la actividad sísmica terrestre, la investigación sobre los mecanismos que relacionan el sistema solar-sísmico no han sido explicados convenientemente. El siguiente trabajo pretende DEFINIR, los procesos generados por la actividad solar que habrían de ser las precursoras de eventos sísmicos.

Variaciones de la Velocidad Angular Terrestre Asociadas a la Actividad Solar

Desde un aspecto global, existen dos clases de posibles mecanismos precursores de actividad sísmica que ameritan consideración. El primero involucra abruptos cambios en la velocidad angular de la rotación terrestre (Eygenson 1963) y el segundo involucra la interacción de corrientes electricas dentro de la Tierra. En el primer caso, el effecto gatillante podría ser logrado a través de cambios inducidos en la velocidad angular de la Tierra mediante efectos magneto-hidrodinámicos [1] entre los campos magnéticos  terrestre y solar. Este fenómeno fue propuesto en por Danjon (1959) como respuesta al decremento de la velocidad rotacional registrado el 15 de Julio de 1956. Aquel día,  una CME arrivó a la Tierra cerca de las 1400 UTC. Al finalizar el día, los relojes atómicos registraron un incremento temporal de casi 0.85 milisegundos. 

Earthquake Record – July 1959

Date

14 15 16 17 18 19 20 21 22
Quakes 5 3 4 5 5 5 5 10 8

Variaciones de la Velocidad Angular Asociados a la Ionización Atmosférica

Otra posible causa de variaciones abruptas en la velocidad angular de la Tierra corresponden a los cambios del momento de inercia debidos a una circulación a gran escala de la atmósfera bajo la influencia de la ionización solar. Durante periodos de alta actividad solar, la ionosfera ha de incrementar su ionización, que genera una mayor cantidad de electrones por unidad de área (TEC) variando la densidad, y con éllo, la masa global. De la misma forma, la termósfera ha de variar sensiblemente con el aumento de la temperatura de la superficie solar durante fenómenos tales como agujeros coronales, CMEs o gran presencia de manchas solares, tal como describe el trabajo “Impact of CIR Storms on Thermosphere Density Variability during the Solar Minimum of 2008” (http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1004/1004.4593.pdf).

Mecanismos Relacionados con la Presencia de Corrientes Eléctricas

El siguiente grupo de posibles mecanismos por el cual el sol podría ser el factor desequilibrante corresponde  a la hipótesis que asocia la presencia de corrientes eléctricas como precursoras de eventos sísmicos. Un tipo particular de corriente, llamada corriente telúrica, están siempre presentes, siendo ampliamente mayores durante las horas del mediodía. El voltaje normal de estas corrientes puede ser de varios milivolts por kilómetro cuadrado. Este fenómeno está relacionado con variaciones del campo magnético, reflejados en el índice k. Durante tormentas solares intensas, las currientes telúricas han presenta importantes peaks, algunos sobrepasando el potencial a varios volts por kilómetro cuadrado.

El método de interacción de las corrientes telúricas con el las regiones tectónicas está referido al posible incremento de la temperatura debido a la resistencia eléctrica de las rocas. Los estudios indican que, si bien el incremento es casi insignificante, podría ser lo suficiente como para generar diferencias en la construcción cristalina de las rocas, cambiando sus parámetros físicos, que podrían finalmente descencadenar un movimiento de terreno mayor.

La patente US7280919, propone un interesante sistema de predicción sísmica basado en el análisis de las corrientes telúricas. El sistema permitiría analizar la distribución de las corrientes telúricas en base a un equipo GPS, y un sistema de monitoreo del campo magnético.

Comportamiento del flujo de corrientes telúricas en una zona sísmica

El autor del trabajo explica que sería probable conocer la dirección del flujo de corriente telúrica en base  a la dirección de los vectores del campo magnético. El método corresponde a la obtención rectángular de la componente de  la corriente telúrica considerando el vector del norte magnético, la resultante del campo magnético terrestre “B” (el cual depende a su vez de Bx, By y Bz). Este método permitiría definir con precisión aceptable una región geográfica propensa a un inminente sismo. El  documento completo puede ser descargado desde aquí: http://www.freepatentsonline.com/7280919.pdf.

Variación del Momento Inercial por Presencia de Eyecciones de Masa Coronal

Una hipótesis aún en plena evaluación explicaría los efectos de la variación del momento inercial del sistema tierra-sol por una pérdida de la distribución de masas, producto del movimiento de las CMEs. Dado que gran parte de la masa distribuída en este conjunto se haya presente en el Sol (99.95%), el centro de masa se haya casi en el mismo centro del astro. Sin embargo, la ocurrencia de eyecciones de masa coronal implica el desplazamiento de billones de toneladas de masa solar, las que de alguna manera han de alterar la armonía dinámica del sistema solar interior, el cual es compensado con diferencias en la velocidad angular de los planetas. Si bien esta variación es despreciable, la presencia de CMEs masivas podrían ser lo suficientemente influenciables. El desafío es generar un método cuantificativo que permita demostrar esta teoría. Una buena alternativa es revisando los modelos cotidianos de la mecánica clásica, que dan la confianza y aplicabilidad necesaria para esta interrogante.

[1] Magnetohidrodinámica (MHD) es la disciplina académica que estudia la dinámica de fluidos conductores de electricidad en presencia de campos eléctricos y magnéticos. Ejemplos de tales líquidos incluyen plasmas, los metales líquidos, y el agua salada. (Fuente: Wikipedia)

Referencias

Telluric Current Experiments (http://www.djirra.com/telluric/experiments/)

Electromagnetic Disturbances Associated to Earthquakes (http://www.scientificexploration.org/journal/jse_04_2_parrot.pdf)

Latest Aspects of  Telluric and Electromagnetic Variations… (http://www.annalsofgeophysics.eu/index.php/annals/article/viewFile/3919/3984)

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Categorías:Astronomía

Sobre la Teoría de la Relación entre Partículas Cósmicas y Terremotos

19 julio 2010 932 comentarios

Introducción

En muchas ocasiones se ha hablado sobre la debilidad ofrecida por el Sistema Solar a los embates galácticos. Variaciones pequeñas de los parámetros medios, podrían desencadenar importantes cambios a nivel local. Por tal motivo, la ciencia astronómica ha enfocado sus esfuerzos al constante monitoreo de las condiciones solares y galácticas en general. Las observaciones de M.A. Despotashvili y su equipo de investigación (1999) del Departamento de Rayos Cósmicos de la Academia Georgiana de Ciencias (http://www.science.org.ge/), presentan una importante relación entre las variaciones de los Rayos Cósmicos y otras partículas asociadas previo a eventos sísmicos considerables (>6). El siguiente documento pretende realizar una revisión de los aspectos más relevantes de la hipótesis entre la relación Rayos Cósmicos-Sismos, para finalmente diseñar un sistema de monitoreo de este parámetro que permita ser integrado a la teoría atmosférica-sísmica, MPSOSI,  y otros similares.

Comportamiento del Flujo de Rayos Cósmicos previo a Eventos Sísmicos

De acuerdo a las observaciones puntualizadas en el documento “Impresiones de la Tormenta Solar del 3 de Mayo de 2010” (https://clubdeastronomia.wordpress.com/2010/05/04/impresiones-de-la-tormenta-solar-del-3-de-mayo/), variaciones en los índices kp y flujo de electrones (e-flux) suelen variar alrededor de 30-36 horas antes de un evento sísmico. Gracias a las sondas SOHO, GOES, y ACE, es posible obtener información de estos parámetros en intervalos tan reducidos como 15 minutos. Observaciones preliminares indican que, mientras estos factores han de incrementarse, los índices de rayos cósmicos, especialmente los denominados mesones μ (muones) caen abruptamente alrededor de 30 minutos antes de un terremoto.

Cuando partículas energéticas, tales como protones y partículas alfa  (>50 GeV) provenientes del espacio colisionan con la atmósfera terrestre suelen generar lo que se llama lluvia cósmica (cosmic shower), que es la desintegración de la partícula energética en distintos subproductos atómicos, entre los que se encuentran los muones, que en estricto rigor son una especie de leptón, generalmente asociado a uno dos electrones.

Esquema de la Desintegración de Partículas Energéticas en la Atmósfera. Los Muones son designados con la letra μ.

Interacción del Flujo de Rayos Cósmicos y la Actividad Solar

Las Eyección de Masa Coronal (CME) y los chorro de plasma (HSS) proveniente de un agujero coronal (CH), suelen estar asociados a un gran flujo de electrones libres, que son transportados desde la corona solar (donde la interacción termonuclear del hidrógeno libera electrones para la conversión a Helio) hacia las regiones interiores del sistema solar, incluída la Tierra (condición geo-efectiva).

Anomalía en el plot de Rayos Cósmicos 70 horas antes del terremoto de Kutch (India - 2001)

Este flujo de electrones genera anomalías en el campo magnético terrestre de manera análoga a lo que ocurre al inducir una corriente eléctrica a un imán (las lineas magnéticas se perturban). Esta fenomenología genera un enrobustecimiento de la ionosfera (aumento del TEC y foF2), tal como se plantea en el documento “El Reporte de la Discordia: Descripción del Método MPSOSI” (https://clubdeastronomia.wordpress.com/2010/05/24/el-reporte-de-la-discordia-descripcion-del-metodo-mpsosi/).

Es de esperar entonces, que el número de partículas desintegradas en la atmosfera decaiga de manera importante durante los eventos solares descritos anteriormente, lo que corrobora la disminución de la tasa de muones observada previa a eventos sísmicos.

Demostración de los Efectos de la Actividad Solar en la Desintegración de Rayos Cósmicos en la Atmósfera Terrestre

 

 Efecto de los Rayos Cósmicos en la Climatología Global

Los estudios realizados por CERN en el año 2000, indican que el incremento de la tasa de rayos cósmicos que inciden en la atmósfera pueden generar un aumento sustancial de la capa nubosa que cubre la superficie terrestre. Entonces, la nubosidad asociada al incremento de rayos cósmicos (3-5% del total de nubosidad global)  es un factor indirecto de baja actividad solar.

En días con nubosidad asociada a efectos de rayos cósmicos, la posibilidad de eventos sísmicos disminuye considerablemente.

El siguiente trend muestra la estrecha relación entre emisión de rayos cósmicos y nubosidad:

Relación de la Tasa de Rayos Cósmicos y la Nubosidad Global

Conclusiones y Discusión Final

En base al análisis, es posible entonces declarar que los valores medidos de rayos cósmicos en la atmósfera están estrechamente relacionados con la actividad solar, y de manera indirecta, con la generación sísmica. Los estudios indican que el aumento de la actividad ionosférica asociada a terremotos es inversamente proporcional al valor medido de muones. El índice de muones y partículas cósmicas en general también puede ser un índice confiable para la evaluación de la capa nubosa del globo. Es posible pensar entonces que, un aumento superlativo de rayos cósmicos haya producido un superhábit de nubosidad planetaria, originando la pasada era glacial.  Al respecto, es necesario revisar las teorías propuestas, destacando la teoría de la super-ola cósmica de Paul Laviolette (1999). Algunas fuentes usuales de radiación cósmica son explosiones de supernovas, pulsars, centros galácticos y agujeros negros. Sería oportuno rastrear las fuentes de emisión más próximas, y obtener así no sólo una prueba de que tales explosiones hayan contribuído a los cambios climáticos globales, sino que podrían eventualmente predecir dichos comportamientos.

Referencias y Lectura Complementaria

A Study of the Link Beetwen Cosmic Rays and Clouds with a cloud chamber at the CERN – CERN (http://cloud.web.cern.ch/cloud/documents_cloud/cloud_proposal.pdf)

Strong Earthquakes, Novae, and Cosmic Ray Enviroment – Yu Zheng Dong (http://articles.adsabs.harvard.edu//full/1985ICRC….5..529Y/E000529.000.html)

Cosmic Ray May Help Predict Earthquakes – Science Daily Publication Nov 9 /1998 (http://www.sciencedaily.com/releases/1998/11/981106113737.htm)

Monitor de Muones y Rayos Cósmicos

http://neutronm.bartol.udel.edu/spaceweather/

***

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Preludio del Eclipse Solar

9 julio 2010 898 comentarios

El domingo 11 de Julio los habitantes de la cuenca sur oriental del Pacífico tendremos una oportunidad imperdible para presenciar un ECLIPSE SOLAR. Estos eventos, que poseen una frecuencia de 2 a 5 veces por año, representan una suceso único para la astrofísica, pues permite de manera directa obtener imágenes desde la Tierra de las capas solares superficiales, tales como la cromósfera y la corona solar.

Los Eclipses Solares representan una oportunidad única para la astrofísica, pues permiten la validación empírica de modelos matemáticos como por ejemplo los modelos relativistas.

La Verificación Relativista y otras Hipótesis Asociadas a un Eclipse Solar

Desde el aspecto de la astrofísica, los eclipses solares permiten entre otras cosas, analizar fenómenos propios de los principios relativistas, siendo el más importante la deformación espacial y la curvatura de la luz. De acuerdo a este postulado, expuesto por Albert Einstein en 1905, la luz suele ser perturbada en presencia de campos magnéticos masivos, generando una deformación en su trayectoria, la que es usualmente lineal. La naturaleza magnética del sol suele producir este efecto, deformando el haz de luz de las estrellas que circundan el disco, a tal punto de permitir ver la luz proveniente de estrellas que se hayan detrás del sol. Este efecto, actualmente conocido como lente gravitacional, ha sido utilizado por la astrofísica moderna como una herramienta natural para la observación de objetos masivos agujeros negros y presencia de materia oscura en el universo.

Esquema de la Fenología de las Lentes Gravitacionales

Seguimiento del Eclipse en Tiempo Real

Una buena forma de seguir en tiempo real la evolución del eclipse solar es utilizando los distintos simuladores y softwares de astronomía amateur. Los siguientes hosts contienen un excelente simulador de eclipse solar:

http://www.megaupload.com/?d=0PJ1EASS

http://www.megaupload.com/?d=HLP4XT2N

Otra de las alternativas es la utilización del software astronómico de uso general Stellarium. (disponible aquí http://www.stellarium.org/). Este software permite obtener información gráfica en tiempo real de todos los astros registrados en el universo. También permite obtener las posiciones pasadas y futuras de cualquier objeto celeste, en cualquier ciudad del mundo.

En Stellarium, el eclipse 11/07 presenta el siguiente aspecto, desde la ciudad de Santiago:

Aspecto del Eclipse 11/07 revisado en Stellarium

Con la opción “Date and Time” el usuario puede “jugar” con distintas fechas y horas, obteniendo la posición de cualquier objeto celeste de interés.

Los siguiente son los datos horarios y de posición exacta para el eclipse 11/07.  Estos son los datos de entrada para cualquier simulador:

Lat.: 19.7477° S
Long.: 121.8724° W
Total Solar Eclipse
Duration of Totality: 5m20.2s
Magnitude: 1.029
Event Date Time (UT) Alt Azi
Start of partial eclipse (C1) :  2010/07/11 18:01:03.2 037.2° 039.3°
Start of total eclipse (C2) :  2010/07/11 19:30:51.0 047° 014.4°
Maximum eclipse :  2010/07/11 19:33:30.9 047.1° 013.5°
End of total eclipse (C3) :  2010/07/11 19:36:11.1 047.3° 012.6°
End of partial eclipse (C4) :  2010/07/11 21:06:35.3 046.2° 341.9°
El mapa ortográfico indica el lugar preciso donde ocurrirá la conjunción total (great eclipse).

Mapa Ortográfico Eclipse Solar 11/07

Nótese el punto denominado “sub solar”. Este indica el lugar geográfico donde el vector tidal conjunto sol-luna estará situado.  Este cubrirá gran parte de la costa occidental de Estados Unidos y México. Concuerda plénamente con los datos proporcionados por la gráfica de tracción tidal:

Ubicación de los vectores de Tracción Tidal para la fecha y hora del eclipse 11/07.

Afortunadamente, las condiciones ionosféricas en esa región del globo no propicia los factores requeridos para generar un perfil sísmico, pero dada las características tectónicas de la región involucrada, incluyendo la zona de California, San Andrés, (USA) y Baja California  (México), la probabilidad de un sismo de mediana intensidad (4.5-6Mw) en el rango de horas +/-6 desde el momento del eclipse es bastante cierta.

Consideraciones para la Observación

Para finalizar dejo algunas normas de seguridad para el disfrute de este espectáculo natural. Primero, y antes que nada Nunca mire al Sol directamente. Serias quemaduras podrían generarse. Utilice lentes calificados y evite la insolación. hidrátese. Y DISFRUTE!. El próximo eclipse para sudamérica será el 26 de Febrero de 2017.

En este ilustrativo enlace se explican algunos métodos alternativos e indirectos para la observación del eclipse:

http://www.astrocantabria.org/observacion_eclipses.pdf

Toda la información técnica del eclipse 11/07 disponible en este link preparado por NASA:

http://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEmono/TSE2010/TSE2010.html

Referencias e Información Adicional

The sun as a gravitational lens: http://www.spaceroutes.com/astrocon/AstroconVTalks/Maccone-AstroconV.pdf

All About Eclipse – STEREO feature: http://stereo.gsfc.nasa.gov/classroom/eclipse_posters.shtml

Solar Eclipse Explorer (for South America): http://eclipse.gsfc.nasa.gov/JSEX/JSEX-SA.html

Cielos Despejados para todos!

Astro – Club de Astronomía

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Efectos de los Agujeros Coronales en la Mecánica Atmosférica Terrestre

2 julio 2010 1.401 comentarios

Introducción

Como bien es sabido, este último mínimo solar ha sido el excepcionalmente profundo, alcanzando el valle entre los años 2008 y 2009. El SSN (solar sunspot number – número de manchas solares) ha sido el más bajo desde 1913, solamente superado por los registros de Dalton (1800). La disminución de los efectos solares propiciaría condiciones sin precedentes para estudiar de manera aislada una importante gama de parámetros atmosféricos, los cuales suelen verse alterados por la actividad solar. Sin embargo, no todo salió como lo planeado; el sol ha mantenido una importante cantidad de fenómenos puntuales de gran magnitud que han generado disturbios importantes en la mecánica atmosférica.

Trend del Número de manchas solares y CMEs en el Valle de Actividad Solar 2008-2009

El debilitamiento de la Corona Solar y la Producción de Agujeros Coronales

Corría el año 2008, y a medida que nos movíamos hacia el abismo del mínimo solar, los sistemas de monitoreo solar en órbita y en tierra registraron valores persistentes en la magnitud de la radiación UV y el flujo de radiación. Esto era impulsado por la generación espontánea de agujeros coronales, en las regiones ecuatoriales del disco solar. agujeros coronales de tamaño considerable, y cercanos al plano eclíptico sol-tierra, pueden, en la mayoría de los casos, generar incrementos de la velocidad del viento solar y chorros de plasma de alta velocidad (High Speed Stream HSS). Cuando un HSS interactúa con el viento solar común, suele producir un fenómeno denominado CIR (corotating interaction regions). Las observaciones por parte del SIDC (Bélgica), indican que las condiciones CIR en las proximidades de la órbita terrestre podría ser el causante del incremento del índice kp. El aumento de agujeros coronales durante periodos de mínima solar podría deberse en gran parte al debilitamiento de la corona. En su trabajo “Latitude Distribution of Polar Magnetic Flux in the chromosphere near to Solar Minimum” (http://iopscience.iop.org/0004-637X/669/1/636/pdf/0004-637X_669_1_636.pdf) el autor N.E. Raouafi explica este debilitamiento por variaciones magnéticas durante periodos de actividad solar baja. Cabe recordar que gran parte de la actividad termonuclear desde el interior del sol, especialmente desde la zona convetiva, suele ser restringida hacia el espacio por las regiones exteriores. El debilitamiento de la corona permite una mayor permeabilidad dejando liberar grandes chorros de plasma en el vecindario del sistema solar interior.

Interacción Térmica entre la Capa de Zona Convectiva y la Corona Solar

Ciclicidad de Perturbaciones en la Thermosfera Terrestre como Consecuencia de Agujeros Coronales

En muchas ocasiones, los agujeros coronales suelen permanecer durante varias rotaciones solares, produciendo una frecuencia definida de periodos con HSS en las regiones geoefectivas. Existe, por lo tanto, un periodo controlado donde los efectos del aumento de la velocidad afectan las regiones altas de la atmósfera terrestre, generando efectos de harmonía, especialmente en la ionosfera y la termósfera. Junto con esto, es preciso indicar las variaciones geomagnéticas involucradas al incremento de la velocidad del plasma, descritas en el artículo https://clubdeastronomia.wordpress.com/2010/05/28/prediccion-sismica-a-corto-plazo-variaciones-de-la-ulf-geomagnetica/.

Las observaciones realizadas por CHAMP (http://op.gfz-potsdam.de/champ/) han evidenciado importantes peaks de densidad de la termósfera durante periodos con alta velocidad de viento solar. De manera paralela, estos incrementos se han coincidido con las variaciones del vector geomagnético Bz, el cual alterna su polaridad en condiciones HSS.

Seguimiento de Agujeros Coronales no Geoefectivos

Un agujero coronal es particularmente geoefectivo cuando se cumplen dos condiciones esenciales: a) posición del agujero cercano al plano tierra-sol y b) en el disco solar que enfrenta a la Tierra. Pero, cómo saber las condiciones de un agujero coronal en el lado más lejano del sol?. Para esta respuesta, la solución la proporcionaría un Mapa Carrington que es una extensión bidimensional de la superficie solar. Estos esquemas compuestos pueden proporcionar características de agujeros coronales y otras anomalías fuera del ángulo óptico con gran precisión, lo que permite predecir con importante precisión los efectos cuando estas anomalías enfrenten el planeta.

Mapa Carrington, generado en base a la Composición de imágenes de SDO.

En este servidor (http://secchi.nrl.navy.mil/synomaps/) hay disponible una variada gama de mapas solares bidimensionales, usados para la observación del comportamiento solar en coordenadas heliográficas.

Variaciones Ionosféricas Causadas por Agujeros Coronales

En el caso de la ionosfera, el comportamiento registrado en periodos de HSS indican variaciones significativas en el TEC, tal y como se describe en los artículos https://clubdeastronomia.wordpress.com/2010/04/28/agujero-coronal-dara-la-cara-a-la-tierra-el-3-de-mayo-de-2010/ y https://clubdeastronomia.wordpress.com/2010/06/07/el-misterio-de-las-variaciones-tec-previo-a-eventos-sismicos/. En la gran mayoría de los casos, el aumento de la velocidad del plasma está relacionado a un aumento del TEC, como muestra la siguiente correlación:

Evaluación de la Correlación entre HSS y TEC por un periodo de 36 días, durante el año 2008

En élla es claramente visible la proporcionalidad de comportamiento entre el HSS y las variaciones del TEC ionosférico. Es importante notar que las variaciones observadas, en la mayoría de los casos oscila entre 7 y 9 días. Si esto es un patrón persistente en el tiempo, y basado en la relación existente entre TEC y foF2 descrita en el documento http://www.earth-prints.org/bitstream/2122/834/1/03Kouris.pdf, la correlación entre variación ionosférica-sísmica parece ser bastante cierta, tal y como se plantea en el trabajo “Day-Time Variation of foF2 Connected to Strong Earthquakeshttp://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/9/53/2009/nhess-9-53-2009.pdf.

Referencias

Ionosphere responses to solar wind HSS – Jiuhou Lei (http://ccar.colorado.edu/muri/2008GL035208.pdf)

Impact of CIR Storms on Thermosphere DensityVariability during the Solar Minimum of 2008 – Jiuhou Lei (http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1004/1004.4593.pdf)

Envolving Coronal Holes and Interplanetary Erupting Stream Disrubances – Rajendra Shelke (http://www.ias.ac.in/jaa/junsep2006/JAA05.pdf)

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