Un paio di nuove astronavi che osserveranno il ciclo dell'acqua in continua evoluzione del nostro pianeta, lastre di ghiaccio e crosta è negli ultimi preparativi per un lancio in California non prima di sabato, 19 maggio. La missione Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO), una partnership tra la NASA e il Centro di ricerca tedesco per le geoscienze (GFZ), riprenderà da dove la prima missione GRACE era stata interrotta quando ha completato la sua missione di 15 anni nel 2017.

GRACE-FO continuerà a monitorare i cambiamenti mensili nella distribuzione della massa all'interno e tra l'atmosfera terrestre, oceani, terra e lastre di ghiaccio, così come all'interno della Terra solida stessa. Questi dati forniranno approfondimenti unici sui cambiamenti climatici della Terra, I processi del sistema terrestre e persino gli impatti di alcune attività umane, e avrà benefici di vasta portata per la società, come il miglioramento della gestione delle risorse idriche.

"L'acqua è fondamentale per ogni aspetto della vita sulla Terra:per la salute, per l'agricoltura, per mantenere il nostro modo di vivere, " ha detto Michael Watkins, Il capo scientifico GRACE-FO e direttore del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California. "Non puoi gestirlo bene finché non puoi misurarlo. GRACE-FO fornisce un modo unico per misurare l'acqua in molte delle sue fasi, permettendoci di gestire le risorse idriche in modo più efficace."

come GRAZIA, GRACE-FO utilizzerà una tecnica innovativa per osservare qualcosa che non può essere visto direttamente dallo spazio. Usa il peso dell'acqua per misurare il suo movimento, anche l'acqua nascosta molto al di sotto della superficie terrestre. GRACE-FO lo farà misurando in modo molto preciso i cambiamenti nella forma del campo gravitazionale terrestre causati dal movimento di enormi quantità di acqua, ghiaccio e terra solida.

"Quando l'acqua è sotterranea, è impossibile osservare direttamente dallo spazio. Non ci sono foto che puoi scattare o radar che puoi rimbalzare sulla superficie per misurare i cambiamenti in quell'acqua profonda, " disse Watkins. "Ma ha massa, e GRACE-FO è quasi l'unico modo che abbiamo di osservarlo su larga scala. Allo stesso modo, anche il monitoraggio dei cambiamenti nella massa totale delle calotte polari è molto difficile, ma GRACE-FO essenzialmente mette una "scala" sotto di loro per tenere traccia dei loro cambiamenti nel tempo."

Un'eredità di scoperte

GRACE-FO estenderà il record di dati GRACE per altri cinque anni e amplierà la sua eredità di risultati scientifici. GRACE ha raccontato la continua perdita di massa dalle calotte glaciali della Groenlandia e dell'Antartico e dai ghiacciai di montagna. Quella ricchezza di dati ha fatto luce sui processi chiave, variabilità a breve termine e tendenze a lungo termine che influiscono sull'innalzamento del livello del mare, contribuendo a migliorare le proiezioni sul livello del mare. Le stime dello stoccaggio totale dell'acqua sulla terra derivate dai dati GRACE, dai cambiamenti delle acque sotterranee nelle falde acquifere profonde ai cambiamenti nell'umidità del suolo e nelle acque superficiali, stanno fornendo ai gestori delle risorse idriche nuovi strumenti per misurare l'impatto della siccità e monitorare e prevedere le inondazioni.

I dati GRACE sono stati utilizzati anche per dedurre cambiamenti nelle correnti oceaniche profonde, una forza trainante nel clima terrestre. I suoi dati sul profilo della temperatura atmosferica, derivato da misurazioni di come i segnali della costellazione di satelliti GPS sono stati piegati mentre viaggiavano attraverso l'atmosfera e ricevuti dalle antenne sui satelliti GRACE, hanno contribuito ai prodotti di previsioni del tempo statunitensi ed europei. I dati GRACE sono stati persino utilizzati per misurare i cambiamenti all'interno della stessa Terra solida, compresa la risposta della crosta terrestre al ritiro dei ghiacciai dall'ultima era glaciale, e l'impatto di grandi terremoti.

Secondo Frank Webb, Scienziato del progetto GRACE-FO presso JPL, la nuova missione fornirà preziose osservazioni sui cambiamenti di massa legati al clima a lungo termine.

"L'unico modo per sapere con certezza se le tendenze pluriennali osservate rappresentano cambiamenti a lungo termine nel bilancio di massa è estendere la lunghezza delle osservazioni, " ha detto Webb.

Un gatto e un topo orbitanti

Come i suoi predecessori, i due satelliti identici GRACE-FO funzioneranno come un unico strumento. I satelliti orbitano attorno alla Terra a circa 137 miglia (220 chilometri) di distanza, ad un'altitudine iniziale di circa 305 miglia (490 chilometri). Ogni satellite invia continuamente segnali a microonde all'altro per misurare con precisione i cambiamenti nella distanza tra di loro. Mentre sorvolano un'enorme caratteristica terrestre, come una catena montuosa o una falda acquifera sotterranea, l'attrazione gravitazionale di quella caratteristica attira i satelliti, cambiando la distanza che li separa. Tracciando i cambiamenti nella loro distanza di separazione con incredibile precisione, a meno dello spessore di un capello umano, i satelliti sono in grado di mappare questi cambiamenti di gravità regionali.

Un ricevitore GPS viene utilizzato per tracciare la posizione di ogni veicolo spaziale rispetto alla superficie terrestre, e gli accelerometri di bordo registrano le forze non gravitazionali sul veicolo spaziale, come la resistenza atmosferica e la radiazione solare. Questi dati vengono combinati per produrre mappe mensili dei cambiamenti regionali della gravità globale e delle corrispondenti variazioni di massa vicino alla superficie, che riflettono principalmente i cambiamenti nella distribuzione della massa d'acqua nell'atmosfera terrestre, oceani, terra e lastre di ghiaccio.

Inoltre, GRACE-FO testerà un interferometro laser range sperimentale, uno strumento che potrebbe aumentare la precisione delle misurazioni tra i due veicoli spaziali di un fattore 10 o più, per future missioni simili a GRACE. L'interferometro, sviluppato da un team di strumenti tedesco/americano, sarà la prima dimostrazione nello spazio dell'interferometria laser tra satelliti.

"L'interferometro laser è un eccellente esempio di una grande partnership, " ha detto Frank Flechtner, Project manager GRACE-FO di GFZ. "Non vedo l'ora di analizzare questi innovativi dati inter-satellitari e il loro impatto sulla modellazione del campo gravitazionale".

GRACE-FO sarà lanciato in orbita con cinque satelliti di comunicazione Iridium NEXT su un razzo SpaceX Falcon 9 acquistato commercialmente dalla base aerea di Vandenberg in California. Questo lancio unico di "rideshare" distribuirà prima GRACE-FO, quindi il secondo stadio del Falcon 9 continuerà su un'orbita più alta per dispiegare i satelliti Iridium.