Apesar de uma vida útil nominal de dois anos, O Cluster da ESA está agora a entrar na sua terceira década no espaço. Esta missão única de quatro naves espaciais tem revelado os segredos do ambiente magnético da Terra desde 2000 e, com 20 anos de observações em seu currículo, ainda está permitindo novas descobertas à medida que explora a relação do nosso planeta com o sol.

Como o único planeta conhecido por abrigar vida, A Terra ocupa um lugar verdadeiramente único no Sistema Solar. A missão do Cluster, lançado no verão de 2000, foi projetado e construído para estudar talvez a única coisa principal que torna a Terra um mundo habitável único onde a vida pode prosperar. Essa coisa que capacita a vida é a poderosa magnetosfera da Terra, que protege o planeta do bombardeio de partículas cósmicas, mas também interage com elas, criando fenômenos espetaculares, como luzes polares.

Magnetosfera da Terra, uma região em forma de gota de lágrima que começa cerca de 65, 000 quilômetros de distância do planeta no lado do dia e se estende até 6, 300, 000 quilômetros no lado noturno, é o resultado da interação entre o campo magnético do planeta, gerado pelos movimentos de seu núcleo de metal fundido, e o vento solar. Cluster é a primeira missão a ter estudado, modelou e mapeou tridimensionalmente esta região e os processos dentro dela em detalhes. Ao fazê-lo, ajudou a avançar nossa compreensão dos fenômenos do clima espacial, que surgem da interação entre a magnetosfera e as partículas energéticas que formam o vento solar. Esses fenômenos podem causar danos não apenas aos organismos vivos, mas também equipamentos eletrônicos, seja no solo ou em órbita.

Rumba, Salsa, Samba e Tango

A missão Cluster compreende quatro espaçonaves voando em uma formação semelhante a uma pirâmide em uma órbita polar elíptica. As quatro naves espaciais, chamado Rumba, Salsa, Samba e Tango, cada um carregando a mesma carga útil de 11 instrumentos avançados, foram despachados para a órbita com dois lançamentos de foguetes em 16 de julho e 9 de agosto de 2000.

Embora a missão tenha se tornado um enorme sucesso, tendo permitido inúmeras descobertas científicas, os primeiros dias não passaram sem problemas. Um desempenho insuficiente do primeiro estágio do lançador Soyuz deixou Rumba e Tango em uma órbita incorreta, forçando-os a confiar em sua própria propulsão, bem como o estágio superior Fregat de Soyuz, para chegar à posição certa para entrar na Salsa e no Samba. O acidente ocorreu após o lançamento fracassado do quarteto Cluster I original em 1996.

"A ESA estava um pouco preocupada há 20 anos, durante o lançamento do segundo par de espaçonaves, "admite Philippe Escoubet, Cluster Project Scientist at ESA "Desde então, a missão fez um grande progresso, e está longe de terminar. "

Nas últimas duas décadas, As observações de agrupamento revelaram detalhes sobre os processos na magnetosfera, revelou como a atmosfera suporta a vida, e forneceu percepções essenciais sobre o clima espacial necessário para permitir comunicações seguras por satélite e viagens espaciais ou aéreas.

Uma arquitetura única

A chave para o poder da missão não é apenas sua configuração de quatro naves espaciais, mas também o fato de que os operadores podem ajustar a distância entre os quatro satélites de 3 a 60, 000 quilômetros dependendo do objetivo científico.

"Este projeto de várias espaçonaves é a chave para o sucesso do Cluster, "explica Philippe." Usando quatro espaçonaves em vez de uma, O cluster é capaz de medir de forma única várias áreas do espaço - e obter várias perspectivas sobre um determinado evento ou atividade, como uma tempestade solar - simultaneamente. "

Quando mais próximos, a espaçonave Cluster pode cavar nas estruturas magnéticas mais finas no espaço próximo à Terra; quando mais separados, eles podem obter uma visão mais ampla da atividade em escala mais ampla. Em toda a sua órbita, O cluster voa dentro e fora da magnetosfera da Terra, permitindo-lhe investigar os fenômenos em ambos os lados do escudo magnético do nosso planeta.

Poder polar

Embora a maioria das missões que exploram os fenômenos magnéticos da Terra se concentrem no equador, onde fluem muitas correntes elétricas, o quarteto Cluster circunda a Terra em uma órbita polar, o que permite que ele passe periodicamente acima de ambos os pólos da Terra. As regiões polares são magneticamente extremamente dinâmicas. O vento solar nesta área pode penetrar mais profundamente na atmosfera superior da Terra através das cúspides polares, aberturas em forma de funil na magnetosfera acima dos pólos, dando origem às espetaculares auroras.

A habilidade de Cluster de observar latitudes mais altas do que outras missões tornou a missão um jogador chave na formação de um mapa magnetosférico global.

Um elemento disso foi mapear com precisão a posição e a extensão do chamado plasma frio (partículas carregadas de movimento lento) ao redor da Terra em três dimensões. Tal plasma, que o Cluster descobriu, surpreendentemente, dominar o volume da magnetosfera em até 70% do tempo - acredita-se que desempenhe um papel fundamental em como o clima espacial tempestuoso afeta nosso planeta. Cluster também estudou como as partes internas da magnetosfera terrestre funcionam para reabastecer outras partes com plasma fresco, observar não apenas plumas esporádicas que empurram o plasma para fora, mas também um vazamento atmosférico constante de quase 90 mil quilos de material por dia

20 anos de descoberta

Por meio do mapeamento do campo magnético da Terra, e a comparação disso com o magnetismo atual de Marte, Cluster reafirmou a importância de nossa magnetosfera em nos proteger do vento solar.

O cluster revelou mais sobre a dinâmica dentro da cauda magnética, a parte da magnetosfera que se estende "atrás" de nosso planeta, afastando-se do sol. A missão identificou que o campo magnético nesta região oscila em amplitude devido a ondas internas 'tipo kink', e resolveu um antigo mistério ao determinar que o fenômeno de 'ruído equatorial' (ondas de plasma ruidosas encontradas perto do plano equatorial do campo magnético da Terra) é gerado por prótons.

Ao investigar as características espaciais da região externa da magnetosfera, O Cluster trouxe uma compreensão mais profunda de como as partículas do vento solar podem penetrar em nosso 'escudo' magnético. O vento solar é uma corrente de partículas carregadas que fluem do Sol para o espaço, movendo-se a velocidades de até 2.000 quilômetros por hora. Cluster identificou redemoinhos minúsculos de turbulência que afetam como a energia (calor) é distribuída por todo este vento, e descobri que, enquanto nos protege de partículas que chegam, nossa magnetosfera é bastante porosa e semelhante a uma peneira, permitindo que partículas superaquecidas do vento solar perfurem.

Ao colaborar com outras missões, O cluster ajudou a revelar o funcionamento das auroras 'theta' de alta latitude e das 'auroras negras' menos familiares, permitindo uma compreensão detalhada de como diferentes regiões do espaço trocam partículas. A missão também descobriu a origem dos chamados 'elétrons assassinos', partículas energéticas no cinturão externo de radiação da Terra que podem causar estragos para os satélites, observando esse processo em primeira mão. Cluster descobriu que esses elétrons surgem à medida que as ondas de choque relacionadas à tempestade solar comprimem as linhas do campo magnético da Terra, resultando nessas linhas vibrando e acelerando os elétrons para alto, e perigoso, velocidades.

Cluster investigou a dinâmica de um processo conhecido como reconexão magnética, fornecer as primeiras observações in situ de linhas de campo magnético rompendo e reformando - uma descoberta que exigiu múltiplas observações simultâneas, como apenas o Cluster poderia fornecer no momento. Os dados do cluster também mostraram que a energia é liberada de maneiras inesperadas durante os eventos de reconexão, ajudando os cientistas a construir uma compreensão mais completa da dinâmica do plasma.

Clima espacial e tempestades geomagnéticas, fenômenos impulsionados pela relação da Terra com o Sol, tem sido um tópico de foco para o Cluster. A missão modelou o campo magnético da Terra em altitudes baixas e altas, e identificou a dinâmica complexa em jogo no próprio vento solar, com o objetivo de permitir uma 'previsão do tempo espacial' mais informada e precisa. No final do ano passado, analisando o abrangente Arquivo de Ciências do Cluster, os cientistas também foram capazes de lançar a estranha 'canção' emitida pela Terra quando é atingida por uma tempestade solar, criado por ondas de campo magnético.

Um tesouro de dados

Ao longo de seus muitos anos de operação, Cluster acumulou um repositório sem precedentes de dados sobre o meio ambiente da Terra. Na verdade, baseando-se em 18 anos desses dados, cientistas descobriram recentemente que o ferro é amplamente e surpreendentemente, distribuído por toda a vizinhança do nosso planeta, demonstrando o poder duradouro do Cluster em facilitar novas descobertas científicas.

"Ter uma base de dados tão longa permitiu uma série de descobertas verdadeiramente inovadoras, "acrescenta Arnaud Masson, Cientista de projeto adjunto para a missão Cluster na ESA. "Monitorando e registrando continuamente a dinâmica e as propriedades da magnetosfera terrestre ao longo de duas décadas, O Cluster criou novas oportunidades para os cientistas identificarem tendências novas ou de longo prazo em diferentes escalas espaciais e temporais. "

Cacho, junto com outras espaçonaves ESA, também está abrindo o caminho para as próximas missões, como o Link Explorer do Vento Solar-Magnetosfera-Ionosfera Europeu-Chinês (SMILE), que está programado para lançamento em 2023. O SMILE vai cavar mais fundo na conexão Sol-Terra, e se baseará no notável trabalho de Cluster para revelar ainda mais sobre o ambiente magnético complexo e intrigante que cerca nosso planeta.

"Por duas décadas agora, Cluster tem sido uma missão empolgante e verdadeiramente de ponta, enviando de volta todos os tipos de novas informações sobre o Universo que nos rodeia, "diz Philippe." Graças ao seu design único, longa vida, e recursos avançados, O Cluster desvendou uma grande quantidade de segredos sobre o meio ambiente ao redor da Terra. O cluster ainda está forte, e continuará a nos ajudar a caracterizar os fenômenos que vemos ao nosso redor - espero! - Anos por vir."