I segnali (linee gialle) dei satelliti GPS possono essere interrotti quando satelliti in orbita più bassa come Swarm volano nelle irregolarità del plasma equatoriale. La linea verde è un profilo di densità di elettroni campione misurato dai satelliti Swarm durante uno di questi eventi. Credito:ESA-ATG medialab (annotato GFZ)
Gli ingegneri dei satelliti si sono interrogati sul motivo per cui i sistemi di navigazione GPS su satelliti a bassa orbita come lo Swarm dell'ESA a volte si oscurano quando sorvolano l'equatore tra l'Africa e il Sud America. Grazie a Sciame, sembra che la colpa sia dei "temporali" nella ionosfera.
Lanciato nel 2013, il trio dello sciame sta misurando e districando i diversi campi magnetici che provengono dal nucleo della Terra, mantello, Crosta, oceani, ionosfera e magnetosfera – un impegno di almeno quattro anni.
Come per molti satelliti, I tre satelliti Swarm dell'ESA trasportano ricevitori GPS come parte del loro sistema di posizionamento in modo che gli operatori li mantengano nelle orbite corrette. Inoltre, Il GPS individua dove i satelliti stanno effettuando le loro misurazioni scientifiche.
Però, a volte i satelliti perdono la connessione GPS. Infatti, durante i loro primi due anni in orbita, il collegamento è stato interrotto 166 volte.
Un articolo pubblicato di recente descrive come Swarm ha rivelato che esiste un collegamento diretto tra questi blackout e i "temporali" ionosferici, circa 300-600 km sopra la Terra.
Claudia Stolle del centro di ricerca GFZ di Potsdam, La Germania ha detto, "I temporali ionosferici sono ben noti, ma ora siamo stati in grado di mostrare un collegamento diretto tra queste tempeste e la perdita di connessione al GPS.
"Questo grazie a Swarm perché è la prima volta che il GPS ad alta risoluzione e i modelli ionosferici possono essere rilevati dallo stesso satellite".
I punti rossi nella mappa mostrano dove il satellite Swarm-C ha perso la connessione GPS tra il lancio nel novembre 2013 e marzo 2015. Queste perdite nel segnale di tracciamento erano dovute alle bolle di plasma equatoriali. La linea verde indica l'equatore geomagnetico. Credito:NASA marmo blu/GFZ Potsdam/ESA Descrizione
Questi temporali si verificano quando il numero di elettroni nella ionosfera subisce grandi e rapidi cambiamenti. Questo tende ad accadere vicino all'equatore magnetico terrestre e in genere solo per un paio d'ore tra il tramonto e la mezzanotte.
Come suggerisce il nome, la ionosfera è dove gli atomi vengono scomposti dalla luce solare, che porta ad elettroni liberi. Un temporale disperde questi elettroni liberi, creando piccole bolle con poco o nessun materiale ionizzato. Queste bolle disturbano i segnali GPS in modo che i ricevitori GPS Swarm possano perdere traccia.
Risulta che 161 degli eventi di segnale persi hanno coinciso con temporali ionosferici. Gli altri cinque erano sulle regioni polari e corrispondevano all'aumento dei forti venti solari che causano l'"oscillazione" della magnetosfera protettiva della Terra.
Risolvere il mistero dei blackout non è solo una buona notizia per Swarm, ma anche per altri satelliti in orbita bassa che riscontrano lo stesso problema. Significa che gli ingegneri possono utilizzare questa nuova conoscenza per migliorare i futuri sistemi GPS per limitare le perdite di segnale.
Christian Siem, che lavora all'ESA nella missione, disse, "Alla luce di questa nuova conoscenza, siamo stati in grado di sintonizzare i ricevitori GPS Swarm in modo che siano più robusti, con conseguente minor numero di blackout.
Il campo magnetico e le correnti elettriche dentro e intorno alla Terra generano forze complesse che hanno un impatto incommensurabile sulla vita di tutti i giorni. Il campo può essere pensato come un'enorme bolla, proteggendoci dalle radiazioni cosmiche e dalle particelle cariche che bombardano la Terra con i venti solari. Credito:ESA/ATG medialab
"È importante che siamo in grado di misurare le variazioni del segnale GPS che non è solo interessante per gli ingegneri che sviluppano strumenti GPS, ma anche interessante per far avanzare la nostra comprensione scientifica delle dinamiche dell'atmosfera superiore".
Il responsabile della missione Swarm dell'ESA, Runa Floberghagen, aggiunto, "Quello che vediamo qui è un esempio lampante di una sfida tecnica che si è trasformata in una scienza entusiasmante, una vera essenza di una missione Earth Explorer come Swarm.
"Queste nuove scoperte dimostrano che il GPS può essere utilizzato come strumento per comprendere le dinamiche nella ionosfera legate all'attività solare. Forse un giorno saremo anche in grado di collegare questi temporali ionosferici con i fulmini che vediamo da terra".
