Estudiando las defensas de la Tierra contra las tormentas solares


Los investigadores de la Universidad de Michigan jugarán un papel central en la próxima misión Constelación de Dinámica Geoespacial de la NASA, una primera mirada de su tipo a una capa externa protectora de la atmósfera de la Tierra y cómo interactúa con el clima solar.

El clima solar representa una amenaza para la Tierra, con el potencial de causar daños importantes a nuestras redes eléctricas y satélites. La Misión Constelación de Dinámica Geoespacial de la NASA, o GDC, incluye tres investigaciones científicas que nos ayudarán a predecir los impactos de la actividad solar, como las eyecciones de masa coronal, el viento solar y las erupciones.

La región de la ionosfera y la termosfera (I-T) se encuentra aproximadamente de 50 a 400 millas sobre la superficie de la Tierra y será estudiada por la misión Geospace Dynamics Constellation de la NASA, que se lanzará en 2027 como muy pronto. Crédito: NASA

La U-M es líder en investigación de física solar y proporciona herramientas predictivas mejoradas para el clima solar y sus impactos sociales y tecnológicos. Los seis satélites que componen GDC proporcionarán las primeras mediciones globales directas de dos capas superpuestas de nuestra atmósfera que son fundamentales para nuestra defensa contra el clima solar: la ionosfera y la termosfera. En un rango de altitud de aproximadamente 50 a 400 millas sobre la superficie de la Tierra, se encuentran entre la atmósfera inferior y el espacio exterior, un amortiguador para las partículas cargadas del viento solar, las erupciones y las eyecciones de masa coronal, así como los rayos X y la radiación UV.

Dos de los instrumentos científicos de GDC incluyen investigadores de la U-M:

El Experimento Integral de Precipitación Auroral medirá las partículas de alta energía que ingresan a la atmósfera superior. CAPE está dirigido por el alumno de U-M Daniel Gershman, actualmente en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Aaron Ridley, profesor de ciencias e ingeniería del clima y el espacio de la U-M, también es colaborador.
El espectrómetro modular para la caracterización de la atmósfera y la ionosfera, o MoSAIC, medirá la composición de la ionosfera y la termosfera, así como los vientos que la atraviesan. Ridley es un investigador colaborador.
«CAPE proporciona mediciones de las luces del norte y del sur, o la aurora», dijo Ridley. «Ambos agregan energía a nuestra atmósfera superior, haciendo que se hinche como un globo y alterando las trayectorias de los satélites y la Estación Espacial Internacional».

MoSAIC cuantificará la respuesta atmosférica a la energía auroral entrante midiendo la presión y los vientos. Esos datos permitirán a los operadores de satélites alterar las órbitas para evitar colisiones.

«Me gusta pensar en CAPE como el ‘radar Doppler’ del clima espacial», dijo Gershman. «En el transcurso de la misión GDC, CAPE podrá producir mapas meteorológicos espaciales locales, regionales y globales de lluvia de electrones e iones. Estos mapas se pueden usar para ayudar a predecir grandes cambios en la atmósfera superior y, por lo tanto, pueden ayudar a mantener los satélites en órbita terrestre baja son seguros».

La participación de Ridley en múltiples misiones le da una perspectiva única de lo que GDC está tratando de lograr.

«Esta es la primera vez que la NASA lanza tantos satélites para hacer este tipo de cosas a la vez», dijo Ridley. «La NASA nunca antes había tratado con este tipo de datos, en términos de tener seis satélites que miden las condiciones en la órbita terrestre baja».

Antes de que eso pueda suceder, hay mucho por hacer. Los investigadores de la U-M estudian cómo interactúan los iones y los neutrones, y cómo eso crea inestabilidades en la atmósfera. Ridley está buscando construir nuevos modelos para la ionosfera y la termosfera que capturen la interrupción de la aurora y predigan con mayor precisión los eventos del clima espacial.

La NASA actualmente está considerando cinco instrumentos adicionales, dos de los cuales pueden ser seleccionados, para su inclusión en GDC. Un instrumento en consideración está encabezado por investigadores vinculados a la U-M.

Mark Moldwin, profesor de Arthur F. Thurnau y profesor de ciencias e ingeniería del clima y el espacio, dirige el Instrumento Magnetómetro Cercano a la Tierra en un Pequeño Sistema Integrado, una de las misiones adicionales que se están considerando para volar como parte del lanzamiento. El GDC complementa las mediciones de la aurora con mediciones del campo magnético, capturando más energía que ingresa a la atmósfera. Esta función podría ser una oportunidad para probar una tecnología de magnetómetro relativamente nueva que se puede utilizar en los satélites más pequeños que se han vuelto populares en las últimas décadas.

Los satélites actuales suelen tener sus magnetómetros conectados a través de un brazo largo. La distancia es necesaria ya que la electrónica de las naves espaciales emite su propio campo magnético, lo que dificulta las mediciones. Es difícil unir brazos largos a satélites cada vez más pequeños.

«Quieres acercar los magnetómetros a la nave espacial», dijo Moldwin. «Verá la señal magnética de la nave, pero con tres magnetómetros en un brazo más corto y algunos algoritmos matemáticos muy inteligentes para separar el ruido de la señal, podemos limpiar los datos. Esto significa que con magnetómetros más pequeños en un más corto (más barato) boom, podemos eliminar los campos magnéticos de la electrónica, permitiéndonos estudiar la ciencia».

Con información de Universidad de Michigan

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