La ESA está planificando el primer observatorio meteorológico espacial dedicado a la Tierra para advertir sobre turbulencias potencialmente dañinas en nuestra estrella madre. Como un árbitro en un juego de deportes, la nave espacial Lagrange podrá observar tanto el sol como la Tierra, así como el espacio intermedio, pero estará en la línea de fuego del clima espacial.

"Esta será una misión operativa más bien científica, lo que significa que tiene que seguir funcionando porque la gente dependerá de él, "explica el especialista en medio ambiente espacial de la ESA, Piers Jiggens.

"En la Tierra no sería aceptable tener una infraestructura de pronóstico del tiempo que deje de funcionar cuando se acerca un huracán, porque la cobertura se perdería en el momento en que un evento meteorológico extremo afecte más nuestras vidas.

"En el espacio será lo mismo, por lo que en la sección de Efectos y Medio Ambiente Espaciales de la ESA hemos estado trabajando en estrecha colaboración con la Oficina de Meteorología Espacial de la Agencia. supervisar la misión de Lagrange, por muchos años. Nuestro objetivo es un diseño optimizado que resista las tormentas de radiación asociadas con los fenómenos meteorológicos espaciales de una manera eficiente pero eficaz ".

Sol haciendo clima espacial

De la misma manera que el calor del sol impulsa el clima en la Tierra, la actividad solar es responsable de las perturbaciones en nuestro entorno espacial, llamado 'clima espacial'. Además de emitir una corriente continua de partículas cargadas, conocido como el viento solar, el sol a veces produce erupciones llamadas 'eyecciones de masa coronal' (CME), expulsando miles de millones de toneladas de material unido a campos magnéticos, a menudo en volúmenes más grandes que la Tierra misma.

Si estas nubes de partículas llegan a nuestro planeta de origen, pueden alterar el campo magnético de la Tierra y la atmósfera superior. interrumpir satélites en órbita, e infraestructura eléctrica y de comunicaciones, potencialmente causando daños por valor de miles de millones de euros.

El observador solar caballo de batalla de hoy, la nave espacial ESA-NASA SOHO se encuentra a 1,5 millones de km de distancia en el punto Lagrange L1, en línea recta entre la Tierra y el sol, por lo que ve las CME entrantes de frente.

Vista lateral

Por el contrario, la misión Lagrange se colocará mucho más lejos de la Tierra, cien veces más lejos que SOHO a 150 millones de km de distancia, en el tercer punto de un triángulo equilátero formado con la Tierra y el sol.

Lagrange toma su título de las ubicaciones gravitacionalmente estables en el sistema sol-Tierra, uno de los cuales orbitará alrededor:el quinto punto de Lagrange (L5) Tierra-Sol. Estos han sido nombrados colectivamente en honor al matemático italiano que fue el primero en teorizar sobre la existencia de estos puntos estables en el espacio.

Sentado en este punto equidistante lejos de la Tierra y el sol, Lagrange podrá identificar segmentos tormentosos de la superficie del sol antes de que giren hacia la Tierra. y luego rastrear las nubes CME mientras se dirigen hacia nosotros.

"El hecho de que la nave espacial no esté alineada con la Tierra y el sol no significa que no se verá afectada por los fenómenos meteorológicos espaciales que supervisará, "añade Piers." Esto se debe a que el campo magnético solar, que siguen las partículas de alta energía, es curvo debido a la rotación del sol, un fenómeno conocido como la "espiral de Parker".

"Lo que esto significa es que las partículas cargadas más rápidas de un evento de CME llegarán a Lagrange en cuestión de minutos después de una erupción, potencialmente causando efectos adversos a la nave espacial justo en el punto en el que más se necesita para resolver la dirección y velocidad del material que se dirige hacia la Tierra, trabajando en una escala de tiempo de horas.

"A menudo se pueden ver algunos de estos efectos en las imágenes SOHO de las CME; lo que parece nieve son en realidad partículas cargadas que activan los detectores de imágenes. Además, la radiación puede causar 'cambios de bits' en la memoria integrada ".

Blindando la nave espacial

Como ya es estándar, la nave espacial en sí se construirá a partir de componentes electrónicos endurecidos contra la radiación cuidadosamente seleccionados. Sus sistemas a bordo estarán equipados con sistemas de "detección y corrección de fallas" para identificar y corregir cambios de bits u otras anomalías. Para la misión de Lagrange, La ESA y sus socios industriales están investigando cómo hacer que estos sistemas sean aún más robustos.

"Para la misión L5, la nave espacial tiene que ser más inteligente que otras, y deberá tener una detección inteligente de fallas, estrategia de aislamiento y recuperación, "señala Stefan Kraft, supervisando la misión.

"Cuando otras misiones se esconden y entran en modo de suspensión, tendremos que enfrentar la tormenta y permanecer despiertos para estar siempre de servicio ".

En el lado de la imagen, las partículas perjudican la visión de la instrumentación altamente sensible de la misión. Los sistemas integrados automatizados aplicarán inteligencia artificial para identificar y eliminar píxeles falsos cuadro por cuadro.

La reducción del tiempo de exposición de la imagen es otra solución que se está considerando para disminuir el número de "impactos" de radiación. Además, se podría agregar un blindaje de aluminio adicional alrededor de los detectores, para evitar que las partículas cargadas los impacten lateralmente.

Como explica Juha-Pekka Luntama, de la Oficina de Meteorología Espacial de la ESA:"Las mediciones de Lagrange deben ser claras en tiempo real para que puedan introducirse en modelos meteorológicos espaciales y permitir a los meteorólogos predecir posibles impactos".

La misión Lagrange se está desarrollando actualmente a través de estudios industriales paralelos, para presentar a los ministros del espacio de Europa en Space19 + a finales de este año. Si se aprueba, se lanzará en 2025.

La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos (NOAA) está planificando un observatorio solar en L1 con un lanzamiento previsto en 2024. Esta misión proporcionaría datos que complementan las observaciones de L5. Las dos misiones juntas formarían un sistema de observación combinado, ofreciendo vistas estereosópicas de los fenómenos meteorológicos espaciales a medida que ocurren.