Las señales (líneas amarillas) de los satélites GPS pueden interrumpirse cuando los satélites en órbita inferior como Swarm vuelan hacia las irregularidades del plasma ecuatorial. La línea verde es un perfil de densidad de electrones de muestra medido por los satélites Swarm durante uno de estos eventos. Crédito:ESA – ATG medialab (GFZ anotado)
Los ingenieros de satélites se han preguntado por qué los sistemas de navegación GPS en satélites de órbita baja como Swarm de la ESA a veces se apagan cuando sobrevuelan el ecuador entre África y América del Sur. Gracias a Swarm, parece que las culpables son las 'tormentas eléctricas' en la ionosfera.
Lanzado en 2013, el trío Swarm está midiendo y desenredando los diferentes campos magnéticos que provienen del núcleo de la Tierra, manto, corteza, océanos ionosfera y magnetosfera:una empresa de al menos cuatro años.
Como ocurre con muchos satélites, Los tres satélites Swarm de la ESA llevan receptores GPS como parte de su sistema de posicionamiento para que los operadores los mantengan en las órbitas correctas. Además, El GPS señala dónde los satélites están realizando sus mediciones científicas.
Sin embargo, a veces los satélites pierden su conexión GPS. De hecho, durante sus dos primeros años en órbita, el vínculo se rompió 166 veces.
Un artículo publicado recientemente describe cómo Swarm ha revelado que existe un vínculo directo entre estos apagones y las 'tormentas eléctricas' ionosféricas, alrededor de 300 a 600 km sobre la Tierra.
Claudia Stolle del centro de investigación GFZ en Potsdam, Alemania dijo, "Las tormentas ionosféricas son bien conocidas, pero ahora hemos podido mostrar un vínculo directo entre estas tormentas y la pérdida de conexión al GPS.
"Esto es gracias a Swarm porque es la primera vez que se pueden detectar patrones ionosféricos y GPS de alta resolución desde el mismo satélite".
Los puntos rojos en el mapa muestran dónde el satélite Swarm-C perdió su conexión GPS entre el lanzamiento en noviembre de 2013 y marzo de 2015. Estas pérdidas en la señal de seguimiento se debieron a burbujas de plasma ecuatoriales. La línea verde denota el ecuador geomagnético. Crédito:NASA blue marble / GFZ Potsdam / ESA Descripción
Estas tormentas eléctricas ocurren cuando el número de electrones en la ionosfera sufre cambios grandes y rápidos. Esto tiende a suceder cerca del ecuador magnético de la Tierra y, por lo general, solo durante un par de horas entre la puesta del sol y la medianoche.
Como sugiere su nombre, la ionosfera es donde los átomos se rompen con la luz solar, lo que conduce a electrones libres. Una tormenta eléctrica dispersa estos electrones libres, creando pequeñas burbujas con poco o ningún material ionizado. Estas burbujas perturban las señales de GPS de modo que los receptores de GPS Swarm pueden perder el rastro.
Resulta que 161 de los eventos de pérdida de señal coincidieron con tormentas ionosféricas. Los otros cinco estaban sobre las regiones polares y correspondían a un aumento de los fuertes vientos solares que hacen que la magnetosfera protectora de la Tierra se "bambolee".
Resolver el misterio de los apagones no solo es una buena noticia para Swarm, sino también para otros satélites en órbita baja que experimentan el mismo problema. Significa que los ingenieros pueden utilizar este nuevo conocimiento para mejorar los futuros sistemas GPS para limitar las pérdidas de señal.
Christian Siemes, que trabaja en la ESA en la misión, dijo, "A la luz de este nuevo conocimiento, hemos podido sintonizar los receptores GPS Swarm para que sean más robustos, resultando en menos apagones.
El campo magnético y las corrientes eléctricas en y alrededor de la Tierra generan fuerzas complejas que tienen un impacto inconmensurable en la vida cotidiana. Se puede pensar en el campo como una enorme burbuja, protegiéndonos de la radiación cósmica y las partículas cargadas que bombardean la Tierra con los vientos solares. Crédito:ESA / ATG medialab
"En tono rimbombante, podemos medir variaciones en la señal GPS, lo que no solo es interesante para los ingenieros que desarrollan instrumentos GPS, pero también es interesante para avanzar en nuestra comprensión científica de la dinámica de la atmósfera superior ".
Director de la misión Swarm de la ESA, Runa Floberghagen, adicional, "Lo que vemos aquí es un ejemplo sorprendente de un desafío técnico que se ha convertido en ciencia apasionante, una verdadera esencia de una misión de Earth Explorer como Swarm.
"Estos nuevos hallazgos demuestran que el GPS puede usarse como una herramienta para comprender la dinámica en la ionosfera relacionada con la actividad solar. Quizás algún día también podamos vincular estas tormentas ionosféricas con los rayos que vemos desde el suelo".
