Simulazione di correnti di superficie oceanica ad alta risoluzione come previsto dalla missione SKIM candidata dell'ESA Earth Explorer 9. Il satellite porterebbe un nuovo altimetro radar multiraggio a scansione ampia per misurare le correnti di superficie dell'oceano. Unicamente, utilizza una tecnica Doppler, che offre misurazioni più dirette rispetto agli altimetri satellitari convenzionali. Queste nuove misurazioni migliorerebbero la nostra comprensione delle dinamiche oceaniche verticali e orizzontali della superficie sull'oceano globale ogni pochi giorni. Ciò porterebbe a una migliore conoscenza di come interagiscono l'oceano e l'atmosfera, ad esempio come l'anidride carbonica atmosferica viene aspirata nell'oceano. Credito:ESA
La massa viene costantemente ridistribuita sul nostro pianeta, come l'atmosfera terrestre, gli oceani e altri corpi d'acqua sopra e sotto la superficie si sciolgono, spostare e mescolare. Questa ridistribuzione di massa altera il centro di gravità della Terra, che a sua volta accelera e rallenta la rotazione del pianeta - e quindi la lunghezza del giorno - oltre a cambiare l'orientamento del suo asse di rotazione. Questi cambiamenti nella rotazione e nell'orientamento della Terra avvengono su scale temporali relativamente brevi di giorni e settimane, e minacciano la comunicazione tra le stazioni di terra e le missioni in orbita e attraverso il sistema solare.
L'ESA sta lavorando al proprio algoritmo per prevedere l'orientamento della Terra con estrema precisione. I primi test mostrano che il nuovo algoritmo ESA supera quelli utilizzati oggi da fornitori esterni, segnando un passo importante per garantire l'accesso indipendente dell'Europa allo spazio.
Le forze in gioco, cambiando il giorno
Forze gravitazionali esterne, prevalentemente dal sole e dalla luna, agiscono costantemente e prevedibilmente sul nostro pianeta. Mentre l'enorme gravità del sole mantiene la Terra in orbita, il dolce strattone della luna ha, da miliardi di anni, ha rallentato notevolmente la sua rotazione, aumentando la durata di un giorno sulla Terra.
Quando la Terra si formò per la prima volta, un giorno durava tra le sei e le otto ore e un anno sarebbe composto da più di 1000 albe e tramonti.
Più vicino a casa, ci sono forze in gioco che hanno effetti molto più rapidi e imprevedibili. terremoti, venti atmosferici, Correnti oceaniche, e notevolmente anche l'attività umana stessa, tutti agiscono spesso e in modo imprevedibile per ridistribuire la massa intorno al pianeta, alterando la velocità di rotazione della Terra e l'orientamento del suo asse di rotazione.
Conservazione della quantità di moto
La "conservazione del momento angolare" è una legge della fisica che spiega perché una pattinatrice che gira con le braccia in fuori, può improvvisamente accelerare se stessa tirando le braccia verso il suo corpo.
Un fenomeno raramente visto:l'atmosfera terrestre piega la luce della Luna piena comprimendola. Credito:NASA
Anche la rotazione terrestre è influenzata dalla distribuzione del peso intorno al pianeta. terremoti, notevolmente, accelerare la rotazione del nostro pianeta in un istante, riorganizzando la materia attraverso la crosta e il mantello superiore, aumentando in modo piccolo ma non trascurabile la lunghezza della giornata.
Nel 2011, un terremoto di magnitudo 9.0 ha colpito il Giappone che ha tragicamente causato migliaia di vittime e creato danni indicibili. Della durata di sei minuti, ha anche accorciato la lunghezza del giorno di 1,8 microsecondi (un microsecondo =un milionesimo di secondo) e spostato la posizione dell'"asse della figura" della Terra - una linea immaginaria attorno alla quale è bilanciata la massa del mondo - di circa 17 cm. (L'asse della figura è l'asse del bilancio di massa della Terra, mentre l'asse di rotazione oscilla intorno ad esso.)
Sono in corso anche effetti molto più grandi causati dai venti atmosferici e dalle correnti oceaniche, così come lo scioglimento dei ghiacciai e delle calotte glaciali. Mentre il ghiaccio si scioglie o si rompe nell'oceano, il livello del mare si alza e la massa della Terra viene ridistribuita in modo che sia più vicina a questo asse centrale, accorciare la durata della giornata.
Tali cambiamenti non sono nulla di cui preoccuparsi, impercettibile per la nostra quotidianità. Ma quando si tratta di far volare veicoli spaziali nello spazio profondo, o mantenersi sincronizzati con i satelliti in orbita, questi piccoli cambiamenti possono fare la differenza tra trovare e perdere la tua missione.
Resistere alle missioni dell'ESA
Per pilotare le missioni dell'ESA, l'Agenzia dipende dai cosiddetti parametri di orientamento della Terra (EOP), che descrivono le irregolarità nella rotazione del pianeta. Se non li conosci, hai un vero problema.
"Le nostre stazioni di terra sono in comunicazione con veicoli spaziali interplanetari a milioni di chilometri di distanza. Devono essere puntate con estrema precisione per mirare a questi oggetti relativamente piccoli, " spiega Werner Enderle, Capo dell'Ufficio di supporto alla navigazione dell'ESA con sede presso il Centro operativo ESOC dell'Agenzia a Darmstadt, Germania.
"Un grado sulla Terra equivale a migliaia di chilometri nello spazio, quindi se non hai valori precisi per l'orientamento della Terra, puoi andartene molto lontano."
Ottenere questi parametri richiede un'enorme quantità di lavoro analizzando gli effetti cumulativi del tempo, cambiamento climatico e attività geologica. Poiché questi sistemi sono così complessi, attualmente possiamo calcolare i cambiamenti nell'orientamento della Terra su scale temporali relativamente brevi, settimane e mesi a venire.
Una mappa dello spostamento del terreno basata sull'Envisat Advanced Synthetic Aperture Radar dei terremoti che hanno colpito il Giappone a partire dall'11 marzo 2011. La mappa è derivata da un interferogramma generato dall'INGV utilizzando i dati acquisiti il 19 febbraio e il 21 marzo 2011 sulla traccia 347. la mappa mostra una grande porzione del campo di spostamento della superficie. Lo spostamento massimo lungo la Line Of Sight (del satellite) raggiunge circa 2,5 m rispetto a un punto di riferimento all'interno dell'intera fascia di frame situata vicino al confine meridionale. Crediti:Basato su dati ESA - Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (S. Stamondo, M. Chini e C. Bignami)
L'ESA determina l'orientamento della Terra
Attualmente, questi parametri vitali sono forniti dall'Osservatorio Navale degli Stati Uniti (UNSO), sulla base dei contributi delle istituzioni di tutto il mondo, inclusa l'ESA. Però, L'ESA sta lavorando per determinare i propri valori EOP, garantire l'accesso indipendente dell'Europa allo spazio ed eliminare la dipendenza da un fornitore esterno. Questi valori di orientamento, calcolato da un team presso l'Ufficio di supporto alla navigazione, sarà reso disponibile gratuitamente intorno all'autunno di quest'anno.
Lo strumento stima e prevede l'orientamento e la rotazione della Terra fino a 90 giorni in anticipo utilizzando misurazioni spaziali da sistemi satellitari di navigazione globale (GNSS) e laser satellitari che vanno, tra gli altri, un'area in cui l'ufficio ha una grande competenza.
"Il nostro algoritmo utilizza le condizioni atmosferiche e meteorologiche, attività sismica, la velocità con cui il livello del mare si alza e il ghiaccio terrestre si scioglie e una miriade di altre variabili, che interagiscono in modi complessi e difficili da prevedere, " spiega Erik Schoenemann, Ingegnere di navigazione presso ESOC che guida il progetto.
"È facile dare per scontati questi valori, ma tutta l'attività dei voli spaziali si basa su di essi e per ottenerli è necessario un enorme lavoro. Siamo davvero felici di avere ora la nostra fonte di questi dati, garantire la nostra capacità di condurre missioni complesse in orbite diverse e di ricevere gli incredibili dati che inviano a casa".
Finora, i primi test mostrano che il nuovo algoritmo ESA supera notevolmente quelli attualmente in uso, segnando un passo importante per garantire l'accesso indipendente dell'Europa allo spazio.
