COSMIC è costituito da una costellazione di sei microsatelliti, il primo ad utilizzare l'occultazione radiofonica. Illustrazione per gentile concessione di Orbital Sciences Corporation Ti sei mai chiesto perché il tuo dispositivo GPS (Global Positioning System) a volte ti mette nel mezzo di un edificio, quando sei abbastanza sicuro di essere ancora per strada o sul marciapiede? frustrante, sì, ma il problema non è con l'accuratezza della rete GPS stessa (le posizioni dei satelliti GPS sono note in modo abbastanza preciso). Il problema deriva dalle distorsioni del segnale GPS causate dall'atmosfera intorno a te. Temperatura, la pressione e l'umidità nell'aria - e persino le variazioni elettriche nell'alta atmosfera - hanno tutte un effetto cumulativo sul segnale GPS nel momento in cui raggiunge la tua posizione.
Trasformare il vizio in virtù, COSMICO è un innovativo progetto congiunto di Stati Uniti e Taiwan che ascolta la distorsione del segnale GPS e calcola informazioni che possono essere utilizzate per migliorare le previsioni del tempo, prevedere i cambiamenti climatici e monitorare il cambiamento del magnetismo della Terra.
Utilizzando un concetto sviluppato negli anni '60 per la missione Mariner IV su Marte, e basato sul successo di un esperimento preliminare di proof-of-concept (Global Positioning System/Meteorology, o GPS/MET) alla fine degli anni '90, la University Corporation for Atmospheric Research (UCAR) a Boulder, col., e la National Space Organization (NSPO) di Taiwan hanno raggiunto un accordo nel 2001 per sviluppare un programma sperimentale più solido. Anche se il suo titolo ufficiale è Formosa Satellite Mission #3/Constellation Observing System for Meteorology, Ionosfera e clima (FORMOSAT-3/COSMIC), è generalmente indicato negli Stati Uniti semplicemente come COSMIC. L'NSPO sta fornendo l'80% dei 100 milioni di dollari di finanziamento per il progetto, con UCAR e altre agenzie americane che forniscono il resto [fonte:Henson].
Forse più interessante del nome di COSMIC è ciò che si propone di fare. La sua missione quinquennale è dimostrare che non sono necessarie molte risorse per fornire il tipo di scienza fondamentale necessaria per ridefinire la meteorologia e iniziare a costruire l'archivio di dati climatologici accurati necessari per migliorare i modelli climatici esistenti. Questo a sua volta ci insegnerà molto sul cambiamento climatico.
In definitiva, le osservazioni fatte da COSMIC potrebbero permetterci di prevedere gli uragani, siccità, altri grandi disastri naturali e persino i temporali in modo molto più accurato.
Prossimo, diamo un'occhiata ai diversi componenti che compongono COSMIC.
Contenuti
COSMIC è stato lanciato il 14 aprile 2006 dalla base aerea di Vandenberg in California. Foto per gentile concessione di Orbital Sciences Corporation COSMIC è costituito da una rete di satelliti, stazioni di terra e data center.
Satelliti
Inaugurato il 14 aprile, 2006 su un singolo razzo Minotauro, la "costellazione" di sei di forma cilindrica Microsatelliti COSMIC ci sono voluti da uno a due anni per raggiungere l'altitudine e la posizione operativa [fonti:sito Web COSMIC, Fong]. Ogni satellite pesa circa 110 libbre (70 chilogrammi) e misura circa 46 pollici (116 centimetri) di larghezza e 7 pollici (18 centimetri) di altezza, e ciascuno porta a bordo lo stesso set di tre strumenti. Tratteremo questi strumenti e cosa fanno un po' più tardi, ma in generale, questi satelliti effettuano misurazioni dettagliate nell'atmosfera ogni giorno.
I satelliti COSMIC sono in orbita polare, il che significa che durante ogni viaggio intorno al pianeta passano su entrambi i poli. Separati da 30 gradi di longitudine e operanti a circa 500 miglia (800 chilometri) sopra il pianeta, i satelliti insieme sono ottimizzati per coprire l'intera superficie della Terra il più spesso possibile [fonte:Anthes].
Poiché l'approccio alla missione è nuovo e limitato a sei satelliti, a volte sorgono problemi tecnici. In qualsiasi momento, molti dei satelliti stanno riscontrando una bassa potenza o altri problemi tecnici, limitandone la funzionalità e il numero di osservazioni che gli strumenti di bordo possono effettuare. La vita prevista dei satelliti è di cinque anni [fonte:Fong].
Stazioni di terra
I dati trasmessi dai satelliti sono raccolti da stazioni di terra nell'Alaska, Virginia, Norvegia e Antartide, con la maggior parte del download che si svolge in Alaska e Norvegia [fonte:Hunt]. Queste stazioni di terra poi trasmettono le informazioni ai data center. Il Multi-Mission Center (MMC) situato a Taiwan controlla il movimento dei satelliti stessi [fonte:Schreiner].
Centri dati
I dati ricevuti dalle stazioni di terra vengono inoltrati al Centri dati a Taiwan e Boulder. Negli Stati Uniti, il data center è denominato COSMIC Data Analysis and Archive Center (CDAAC), dove uno staff di 10 elabora e distribuisce i dati della missione alla comunità scientifica.
Ma quali dati vengono effettivamente raccolti, e come si fa? La pagina successiva spiega cosa c'è a bordo di ogni satellite COSMIC.
Prima di esplorare i dadi e i bulloni di COSMIC, aiuta a conoscere alcuni dettagli sull'atmosfera terrestre che la maggior parte di noi ha imparato a scuola ma che potrebbe aver dimenticato. L'atmosfera non è molto diversa da una torta di compleanno a più strati, con ogni strato seduto sopra il successivo, tranne per il fatto che inalare aria nell'atmosfera spesso non ti farà venire il mal di stomaco. Anche, le linee di demarcazione tra gli strati atmosferici non sono così ben definite come strati di glassa al cioccolato cremoso. Il livello più basso dell'atmosfera è chiamato troposfera . Consiste nell'aria che respiriamo ogni giorno ed è il luogo in cui si verificano la maggior parte degli eventi che associamo al clima. Questo strato va dal suolo fino a circa 6,2 miglia (10 chilometri) sopra la superficie terrestre.
Al di sopra si trova il stratosfera , che si estende da circa 6,2 a 20 miglia (da 10 a 30 chilometri) sopra la Terra. Inizialmente pensato per essere molto stabile, è ormai noto che il riscaldamento o il raffreddamento dell'aria nella stratosfera causano cambiamenti significativi nei modelli meteorologici nella troposfera, rendendo quest'area un argomento estremamente utile da studiare [fonte:Yalda].
L'ultima cosa che dobbiamo sapere è il ionosfera , che consiste di ionizzato, o addebitato, particelle nell'atmosfera superiore a partire da circa 50 miglia (80 chilometri) sopra la Terra. L'intensa radiazione solare a questa altitudine rimuove gli elettroni dalle molecole nell'aria, elettrizzare l'atmosfera [fonte:UCAR]. Se hai visto l'aurora boreale, hai visto la ionosfera in azione.
Ora che abbiamo una migliore comprensione di cosa sta guardando COSMIC, esploriamo gli strumenti che utilizza per ottenere la migliore visualizzazione.
Meteo spazialeGli strumenti TIP e TBB di COSMIC che studiano la ionosfera forniscono il tipo di informazioni fondamentali per una migliore comprensione e conoscenza del "tempo spaziale". Il tempo spaziale è ciò che accade quando i brillamenti solari colpiscono il campo magnetico terrestre e caricano la ionosfera. Questo provoca qualche fenomeno pacifico, come la maestosa aurora boreale, che spesso può essere visto dalle latitudini più a nord della Terra. Però, può anche causare violenti brillamenti solari, che sono noti per distruggere i satelliti, disattivare gli strumenti elettrici sulla Terra, e potenzialmente danneggiare gli astronauti nello spazio. Conoscere il più possibile sulla ionosfera può aiutarci ad anticipare queste tempeste e prevenire o ridurre al minimo i danni che provocano.
I satelliti a bassa orbita terrestre (LEO) di COSMIC intercettano i segnali radio GPS per misurare la loro curvatura e il ritardo del segnale mentre attraversano l'atmosfera. Illustrazione per gentile concessione di Broad Reach Engineering Uno degli aspetti più interessanti di COSMIC è il modo in cui utilizza i tradizionali segnali GPS già esistenti per raccogliere informazioni sulle condizioni atmosferiche da circa 0,6 miglia (1 chilometro) dal suolo e oltre [fonte:Schreiner]. Usando il suo Ricevitore Radio Occultazione (RO) , il satellite rileva un segnale GPS mentre inizia a passare attraverso l'atmosfera terrestre. Poiché il satellite COSMIC sa esattamente dove si trova realmente il satellite GPS, può sopportare la distorsione, o rifrazione, causato dall'atmosfera per calcolare la temperatura, pressione dell'aria, umidità e persino densità elettronica su un punto specifico del terreno.
Ogni osservazione che utilizza questi dati risulta in un "profilo verticale" su un punto specifico sul terreno. Queste osservazioni sono fatte fino a 2, 500 volte al giorno, che nel tempo produce un'immagine tridimensionale dettagliata dell'atmosfera.
COSMIC è a bordo Piccolo fotometro ionosferico (TIP) sta mappando la ionosfera terrestre con una precisione maggiore di quella disponibile in precedenza. Potrebbe essere piccolo, ma consente anche l'osservazione continua della ionosfera alla lunghezza d'onda di 135,6 nanometri del lontano ultravioletto.
Considerando che il ricevitore RO fornisce dati di natura verticale (misurando l'atmosfera da zero in modo tridimensionale), lo strumento TIP sta mappando la ionosfera in modo orizzontale, o bidimensionale [fonte:Dymond]. Il TIP funziona solo di notte a causa delle interferenze causate dalla radiazione solare ultravioletta [fonte:Anthes].
Anche mappando la ionosfera, ma fornendo dati sia orizzontali che verticali, è il Segnalatore a tre bande (TBB) . Il TBB funziona emettendo un segnale direttamente dal satellite verso le stazioni riceventi, determinando così la densità elettronica della ionosfera. Un numero limitato di stazioni riceventi è stato installato lungo l'asse nord-sud dell'orbita polare in Asia orientale e Nord e Sud America [fonte:Anthes].
Lavorando insieme alle stazioni riceventi su cui passa, e utilizzando i dati sulla densità elettronica degli altri due strumenti a bordo, il TBB fornisce un modello 3D dettagliato della ionosfera [fonti:Dymond, Bernardo].
I sei ricevitori RO raccolgono fino a 2, 500 osservazioni al giorno quando tutti i satelliti sono operativi [fonte:sito web COSMIC]. TIP e TBB scansionano costantemente e forniscono una copertura continua.
Nella pagina successiva, esamineremo alcuni dei modi in cui i dati raccolti da COSMIC vengono utilizzati oggi, e quale potrebbe essere il futuro di questo programma.
La missione principale di COSMIC è dimostrare che l'uso dell'occultazione radio e delle costellazioni di satelliti fornisce dati utili sulla nostra atmosfera [fonte:Anthes]. Già, i dati della missione sono stati utilizzati per prevedere le tempeste tropicali in modo più accurato. Nel 2006, La tempesta tropicale Ernesto si è formata nell'Oceano Atlantico. I tradizionali modelli di previsione meteorologica non sono riusciti a prevedere la formazione della tempesta, ma aggiungendo dati COSMIC al modello, le previsioni sulla formazione della tempesta erano molto simili a quanto effettivamente osservato [fonte:Anthes].
Forse ancora più importante è come può aiutarci a capire il cambiamento climatico. Come abbiamo descritto in precedenza, le misurazioni delle occultazioni radio creano profili verticali dell'atmosfera. Poiché queste misurazioni non si basano su alcuna tecnologia specifica per essere interpretate, sono ideali per il confronto a lungo termine. Sul lato negativo, difficoltà a separare i diversi effetti della temperatura, la pressione e l'umidità limitano l'utilità di alcuni dati al di sotto di 5 miglia (8 chilometri) e al di sopra di 15 miglia (25 chilometri) per la ricerca sul clima [fonte:Anthes].
Fondamentalmente, COSMIC sta portando un concetto oltre la fase di idea e dimostra che questa tecnologia può fornire risultati utili. UCAR organizza un seminario annuale per consentire agli scienziati di condividere informazioni e saperne di più su come possono essere utilizzati i dati. La tecnologia e il metodo non sono nuovi, ma in realtà avere questo tipo di dati disponibili su larga scala lo è.
I due data center di COSMIC sono responsabili di fornire le informazioni (gratuitamente) alla comunità scientifica internazionale. Ad aprile 2010, ce n'erano più di 1, 100 utenti da 54 paesi [fonte:Schreiner]. Gli scienziati utilizzano questi dati per migliorare la loro ricerca e imparare a incorporare questo tipo di informazioni nel loro lavoro in modo più accurato.
Hai qualche ricerca atmosferica per cui vorresti utilizzare i dati? La registrazione è gratuita sul sito Web CDAAC, anche se dovrai far loro sapere come utilizzerai le informazioni.
COSMIC è finanziato fino al 2011, con una possibilità di finanziamento continuato dopo [fonte:Schreiner]. Una volta conclusa la missione, non è del tutto certo cosa, se qualcosa, lo sostituirà. UCAR e NSPO sperano entrambi di ottenere supporto per un programma sostenuto con due o quattro volte il numero di satelliti che fanno la stessa cosa, ma fornendo una copertura molto più completa di quanto sia possibile con soli sei satelliti. Se queste speranze si realizzano, le previsioni del tempo potrebbero diventare così accurate che le persone potrebbero dover trovare qualcosa oltre alle previsioni locali su cui scherzare.
Per ulteriori informazioni sui satelliti, previsioni del tempo e altro ancora, visitare i link nella pagina successiva.
Cronologia COSMICA1965 -- La Radio Occultazione (RO) utilizzata per la prima volta per studiare Marte
1988 -- Primo suggerimento per utilizzare questo metodo per studiare l'atmosfera terrestre
1995-1997 -- MicroLab-1 fornisce la prima missione RO sulla Terra
2001 -- Inizia il programma FORMOSAT-3/COSMIC
2006 -- Lanciati i satelliti COSMIC
2011 -- Si conclude il programma COSMIC
Per saperne di più
Fonti
