COSMIC é composto por uma constelação de seis microssatélites, o primeiro a usar o rádio-ocultação. Ilustração cedida pela Orbital Sciences Corporation Você já se perguntou por que o seu dispositivo de Sistema de Posicionamento Global (GPS) às vezes o coloca no meio de um prédio, quando você tem certeza de que ainda está na rua ou na calçada? Frustrante, sim, mas o problema não é com a precisão da rede GPS em si (as localizações dos satélites GPS são conhecidas com bastante precisão). O problema vem de distorções no sinal de GPS causadas pela atmosfera ao seu redor. Temperatura, pressão e umidade no ar - e até mesmo variações elétricas na alta atmosfera - todos têm um efeito cumulativo no sinal de GPS no momento em que ele atinge sua localização.
Transformando o vício em virtude, CÓSMICO é um projeto conjunto inovador entre os Estados Unidos e Taiwan que escuta a distorção no sinal de GPS e calcula informações que podem ser usadas para melhorar a previsão do tempo, prever as mudanças climáticas e monitorar as mudanças no magnetismo da Terra.
Usando um conceito desenvolvido na década de 1960 para a missão Mariner IV a Marte, e com base no sucesso de um experimento de prova de conceito preliminar (Sistema de Posicionamento Global / Meteorologia, ou GPS / MET) no final da década de 1990, a University Corporation for Atmospheric Research (UCAR) em Boulder, Colo., e a Organização Espacial Nacional de Taiwan (NSPO) chegaram a um acordo em 2001 para desenvolver um programa experimental mais robusto. Embora seu título oficial seja Formosa Satellite Mission # 3 / Constellation Observing System for Meteorology, Ionosfera e clima (FORMOSAT-3 / COSMIC), é geralmente referido nos Estados Unidos simplesmente como COSMIC. O NSPO está fornecendo 80 por cento do financiamento de $ 100 milhões para o projeto, com a UCAR e outras agências americanas fornecendo o resto [fonte:Henson].
Talvez mais interessante do que o nome COSMIC seja o que ele se propõe a fazer. Sua missão de cinco anos é mostrar que não são necessários muitos recursos para fornecer o tipo de ciência fundamental necessária para redefinir a meteorologia e começar a construir o arquivo de dados climatológicos precisos necessários para melhorar os modelos climáticos existentes. Isso, por sua vez, nos ensinará muito sobre as mudanças climáticas.
Em última análise, as observações feitas pelo COSMIC podem nos permitir prever furacões, secas, outros grandes desastres naturais e até tempestades com muito mais precisão.
Próximo, vamos dar uma olhada nos diferentes componentes que compõem o COSMIC.
Conteúdo
COSMIC foi lançado em 14 de abril, 2006 da Base da Força Aérea de Vandenberg na Califórnia. Foto cedida pela Orbital Sciences Corporation COSMIC consiste em uma rede de satélites, estações terrestres e centros de dados.
Satélites
Lançado em 14 de abril, 2006 em um único foguete Minotauro, a "constelação" de seis formas cilíndricas Microssatélites COSMIC levou de um a dois anos para atingir a altitude operacional e a posição [fontes:site da COSMIC, Fong]. Cada satélite pesa cerca de 110 libras (70 quilogramas) e mede cerca de 46 polegadas (116 centímetros) de largura e 7 polegadas (18 centímetros) de altura, e cada um carrega o mesmo conjunto de três instrumentos a bordo. Abordaremos esses instrumentos e o que eles fazem um pouco mais tarde, mas de um modo geral, esses satélites fazem medições detalhadas na atmosfera todos os dias.
Os satélites COSMIC estão em uma órbita polar, o que significa que durante cada viagem ao redor do planeta eles passam por ambos os pólos. Separados por 30 graus de longitude e operando a cerca de 500 milhas (800 quilômetros) acima do planeta, os satélites juntos são otimizados para cobrir toda a superfície da Terra com a maior freqüência possível [fonte:Anthes].
Como a abordagem da missão é nova e limitada a seis satélites, problemas técnicos às vezes surgem. A qualquer momento, vários dos satélites estão com baixa potência ou outros problemas técnicos, limitando sua funcionalidade e o número de observações que os instrumentos de bordo podem fazer. A vida útil projetada dos satélites é de cinco anos [fonte:Fong].
Estações terrestres
Os dados transmitidos pelos satélites são coletados por estações terrestres no Alasca, Virgínia, Noruega e Antártica, com a maioria dos downloads ocorrendo no Alasca e na Noruega [fonte:Hunt]. Essas estações terrestres então retransmitem as informações para os data centers. O Multi-Mission Center (MMC) localizado em Taiwan controla o movimento dos próprios satélites [fonte:Schreiner].
Data centers
Os dados recebidos pelas estações terrestres são encaminhados ao centros de dados em Taiwan e Boulder. Nos Estados Unidos, o data center é chamado de COSMIC Data Analysis and Archive Center (CDAAC), onde uma equipe de 10 processa e distribui os dados da missão para a comunidade científica.
Mas quais dados são realmente coletados, e como isso é feito? A próxima página explica o que está a bordo de cada satélite COSMIC.
Antes de explorarmos as porcas e parafusos do COSMIC, ajuda saber alguns detalhes sobre a atmosfera da Terra que a maioria de nós aprendeu na escola, mas pode ter esquecido. A atmosfera não é muito diferente de um bolo de aniversário com várias camadas, com cada camada posicionada sobre a próxima, exceto que respirar ar na atmosfera não costuma causar dor de estômago. Também, as linhas divisórias entre as camadas atmosféricas não são tão bem definidas quanto as camadas de cobertura cremosa de chocolate. O nível mais baixo da atmosfera é chamado de troposfera . É composto pelo ar que respiramos todos os dias e é onde ocorrem a maioria dos eventos que associamos ao clima. Esta camada vai do solo até cerca de 6,2 milhas (10 quilômetros) acima da superfície da Terra.
Acima está o estratosfera , que se estende de aproximadamente 6,2 a 20 milhas (10 a 30 quilômetros) acima da Terra. Originalmente pensado para ser muito estável, o aquecimento ou resfriamento do ar na estratosfera é agora conhecido por causar mudanças significativas nos padrões climáticos na troposfera, tornando essa área um assunto extremamente interessante para estudar [fonte:Yalda].
A última coisa que precisamos saber é a ionosfera , que consiste em ionizado, ou cobrado, partículas na alta atmosfera começando a cerca de 50 milhas (80 quilômetros) acima da Terra. A radiação solar intensa nesta altitude desaloja elétrons das moléculas do ar, eletrificando a atmosfera [fonte:UCAR]. Se você já viu a aurora boreal, você viu a ionosfera em ação.
Agora que entendemos melhor o que o COSMIC está procurando, vamos explorar os instrumentos que ele usa para obter a melhor visualização.
Clima EspacialOs instrumentos TIP e TBB da COSMIC que estudam a ionosfera fornecem o tipo de informação crítica para uma melhor compreensão e conhecimento do "clima espacial". O clima espacial é o que acontece quando as explosões solares atingem o campo magnético da Terra e carregam a ionosfera. Isso causa algum fenômeno pacífico, como a inspiradora aurora borealis, que muitas vezes pode ser visto das latitudes mais ao norte da Terra. Contudo, também pode causar violentas explosões solares, que são conhecidos por destruir satélites, desabilitar instrumentos elétricos na Terra, e potencialmente prejudicar os astronautas no espaço. Saber o máximo que pudermos sobre a ionosfera pode nos ajudar a antecipar essas tempestades e prevenir ou minimizar os danos que elas causam.
Os satélites de órbita baixa da Terra (LEO) do COSMIC interceptam os sinais de rádio GPS para medir sua curvatura e o atraso do sinal conforme eles passam pela atmosfera. Ilustração cedida pela Broad Reach Engineering Um dos aspectos mais interessantes do COSMIC é a maneira como ele usa os sinais tradicionais de GPS já existentes para coletar informações sobre as condições atmosféricas de cerca de 0,6 milhas (1 quilômetro) acima do solo [fonte:Schreiner]. Usando seu Receptor de rádio ocultação (RO) , o satélite detecta um sinal de GPS quando começa a passar pela atmosfera da Terra. Porque o satélite COSMIC sabe exatamente onde o satélite GPS realmente está, pode suportar a distorção, ou refração, causado pela atmosfera para calcular a temperatura, pressão do ar, umidade e até mesmo densidade de elétrons sobre um ponto específico no solo.
Cada observação usando esses dados resulta em um "perfil vertical" sobre um ponto específico no solo. Essas observações são feitas até 2, 500 vezes por dia, que ao longo do tempo produz uma imagem tridimensional detalhada da atmosfera.
COSMIC a bordo Tiny Ionospheric Photometer (TIP) está mapeando a ionosfera da Terra com mais precisão do que estava disponível anteriormente. Pode ser minúsculo, mas também permite a observação contínua da ionosfera no comprimento de onda ultravioleta de 135,6 nanômetros.
Considerando que o receptor RO está fornecendo dados de natureza vertical (medindo a atmosfera a partir do solo tridimensionalmente), o instrumento TIP está mapeando a ionosfera de maneira horizontal, ou bidimensionalmente [fonte:Dymond]. O TIP funciona apenas à noite devido à interferência causada pela radiação ultravioleta solar [fonte:Anthes].
Também mapeando a ionosfera, mas fornecendo dados horizontais e verticais, é o Tri-Band Beacon (TBB) . O TBB funciona emitindo um sinal diretamente do satélite para as estações receptoras, determinando assim a densidade de elétrons da ionosfera. Um número limitado de estações receptoras foi instalado ao longo do eixo norte-sul da órbita polar no Leste Asiático e nas Américas do Norte e do Sul [fonte:Anthes].
Trabalhando em conjunto com as estações receptoras por onde passa, e usando dados de densidade de elétrons dos outros dois instrumentos a bordo, o TBB fornece um modelo 3D detalhado da ionosfera [fontes:Dymond, Bernhardt].
Os seis receptores RO coletam até 2, 500 observações por dia quando todos os satélites estão operacionais [fonte:COSMIC Web site]. O TIP e o TBB estão digitalizando constantemente e fornecem cobertura contínua.
Na próxima página, veremos algumas das maneiras como os dados coletados pelo COSMIC estão sendo usados hoje, e qual pode ser o futuro deste programa.
A missão principal do COSMIC é provar que o uso de rádio-ocultação e constelações de satélites fornece dados úteis sobre nossa atmosfera [fonte:Anthes]. Já, os dados da missão foram usados para prever tempestades tropicais com mais precisão. Em 2006, A tempestade tropical Ernesto se formou no Oceano Atlântico. Os modelos tradicionais de previsão do tempo não conseguiram prever a formação da tempestade, mas adicionando dados COSMIC ao modelo, as previsões sobre a formação da tempestade foram muito semelhantes ao que foi realmente observado [fonte:Anthes].
Talvez ainda mais importante seja como isso pode nos ajudar a entender as mudanças climáticas. Como descrevemos anteriormente, medições de ocultação de rádio criam perfis verticais da atmosfera. Como essas medições não dependem de nenhuma tecnologia específica para serem interpretadas, eles são ideais para comparação de longo prazo. No lado negativo, dificuldades em separar os diferentes efeitos da temperatura, a pressão e a umidade limitam a utilidade de alguns dados abaixo de 5 milhas (8 quilômetros) e acima de 15 milhas (25 quilômetros) para pesquisas climáticas [fonte:Anthes].
Basicamente, A COSMIC está levando um conceito além do estágio de ideia e mostrando que essa tecnologia pode fornecer resultados úteis. A UCAR organiza um workshop anual para permitir que os cientistas compartilhem informações e aprendam mais sobre como os dados podem ser usados. A tecnologia e o método não são novos, mas, na verdade, ter esse tipo de dados disponível em grande escala é.
Os dois centros de dados da COSMIC são responsáveis por fornecer as informações (gratuitamente) à comunidade científica internacional. Em abril de 2010, havia mais de 1, 100 usuários de 54 países [fonte:Schreiner]. Os cientistas usam esses dados para aprimorar suas pesquisas e aprender como incorporar esse tipo de informação ao seu trabalho com mais precisão.
Você tem alguma pesquisa atmosférica para a qual gostaria de usar os dados? O registro é gratuito no site do CDAAC, embora você tenha que deixá-los saber como você vai usar as informações.
COSMIC é financiado até 2011, com a possibilidade de continuação do financiamento depois disso [fonte:Schreiner]. Assim que a missão for concluída, não é totalmente certo o quê, se alguma coisa, irá substituí-lo. UCAR e NSPO esperam obter suporte para um programa sustentado com duas a quatro vezes mais satélites fazendo a mesma coisa, mas fornecendo uma cobertura muito mais completa do que seria possível com apenas seis satélites. Se essas esperanças forem realizadas, a previsão do tempo pode se tornar tão precisa que as pessoas podem apenas ter que encontrar algo além da previsão local para brincar.
Para obter mais informações sobre satélites, previsão do tempo e muito mais, visite os links na próxima página.
Linha do tempo COSMIC1965 - Radio Occultation (RO) usado pela primeira vez para estudar Marte
1988 - Primeira sugestão para usar este método para estudar a atmosfera da Terra
1995-1997 - MicroLab-1 fornece a primeira missão RO para a Terra
2001 - começa o programa FORMOSAT-3 / COSMIC
2006 - Satélites COSMIC lançados
2011 - programa COSMIC é concluído
consulte Mais informação
Fontes
