Os sinais (linhas amarelas) dos satélites GPS podem ser interrompidos quando os satélites de órbita inferior, como o Swarm, voam para as irregularidades do plasma equatorial. A linha verde é um perfil de densidade de elétrons de amostra medido pelos satélites Swarm durante um desses eventos. Crédito:ESA – ATG medialab (GFZ anotado)
Os engenheiros de satélites têm se perguntado por que os sistemas de navegação GPS em satélites de órbita baixa como o Swarm da ESA às vezes escurecem quando sobrevoam o equador entre a África e a América do Sul. Graças ao Swarm, parece que as "tempestades" na ionosfera são as culpadas.
Lançado em 2013, o trio Swarm está medindo e desembaraçando os diferentes campos magnéticos que se originam do núcleo da Terra, manto, crosta, oceanos, ionosfera e magnetosfera - um empreendimento de pelo menos quatro anos.
Tal como acontece com muitos satélites, Os três satélites Swarm da ESA carregam receptores GPS como parte de seu sistema de posicionamento para que os operadores os mantenham nas órbitas corretas. Além disso, O GPS identifica onde os satélites estão fazendo suas medições científicas.
Contudo, às vezes, os satélites perdem sua conexão GPS. Na verdade, durante seus primeiros dois anos em órbita, o link foi quebrado 166 vezes.
Um artigo publicado recentemente descreve como o Swarm revelou que há uma ligação direta entre esses apagões e "tempestades" ionosféricas, cerca de 300–600 km acima da Terra.
Claudia Stolle do centro de pesquisa GFZ em Potsdam, Alemanha disse, "Tempestades ionosféricas são bem conhecidas, mas agora conseguimos mostrar uma ligação direta entre essas tempestades e a perda de conexão com o GPS.
"Isso é graças ao Swarm porque é a primeira vez que GPS de alta resolução e padrões ionosféricos podem ser detectados no mesmo satélite."
Os pontos vermelhos no mapa mostram onde o satélite Swarm-C perdeu sua conexão GPS entre o lançamento em novembro de 2013 e março de 2015. Essas perdas no sinal de rastreamento foram reduzidas a bolhas de plasma equatorial. A linha verde denota o equador geomagnético. Crédito:NASA blue marble / GFZ Potsdam / ESA Description
Essas tempestades ocorrem quando o número de elétrons na ionosfera sofre grandes e rápidas mudanças. Isso tende a acontecer perto do equador magnético da Terra e normalmente apenas por algumas horas entre o pôr do sol e a meia-noite.
Como o nome sugere, a ionosfera é onde os átomos são quebrados pela luz do sol, o que leva a elétrons livres. Uma tempestade espalha esses elétrons livres, criando pequenas bolhas com pouco ou nenhum material ionizado. Essas bolhas perturbam os sinais de GPS de modo que os receptores de GPS do Swarm podem perder o controle.
Acontece que 161 dos eventos de sinais perdidos coincidiram com tempestades ionosféricas. Os outros cinco estavam sobre as regiões polares e correspondiam ao aumento dos fortes ventos solares que fazem com que a magnetosfera protetora da Terra 'balance'.
Resolver o mistério dos apagões não é apenas uma boa notícia para o Swarm, mas também para outros satélites de órbita baixa com o mesmo problema. Isso significa que os engenheiros podem usar esse novo conhecimento para melhorar os sistemas GPS futuros e limitar as perdas de sinal.
Christian Siemes, que trabalha na ESA na missão, disse, “À luz deste novo conhecimento, conseguimos sintonizar os receptores GPS Swarm para que sejam mais robustos, resultando em menos apagões.
O campo magnético e as correntes elétricas dentro e ao redor da Terra geram forças complexas que têm um impacto incomensurável na vida cotidiana. O campo pode ser visto como uma grande bolha, protegendo-nos da radiação cósmica e de partículas carregadas que bombardeiam a Terra com ventos solares. Crédito:ESA / ATG medialab
"Importante, somos capazes de medir variações no sinal de GPS, o que não é apenas interessante para engenheiros que desenvolvem instrumentos de GPS, mas também é interessante para avançar nossa compreensão científica da dinâmica da atmosfera superior. "
Gerente da missão Swarm da ESA, Rune Floberghagen, adicionado, "O que vemos aqui é um exemplo notável de um desafio técnico sendo transformado em ciência empolgante, uma verdadeira essência de uma missão do Earth Explorer, como Swarm.
"Essas novas descobertas demonstram que o GPS pode ser usado como uma ferramenta para entender a dinâmica da ionosfera relacionada à atividade solar. Talvez um dia também possamos conectar essas tempestades ionosféricas com os relâmpagos que vemos do solo."
