Una tecnología centenaria que los científicos utilizan para sondear la ionosfera, la importante capa atmosférica que puede interferir con la transmisión de ondas de radio, se está reduciendo.

Un equipo de científicos e ingenieros de la NASA en el Goddard Space Flight Center en Greenbelt, Maryland, está actualizando y miniaturizando la electrónica en un instrumento prototipo, llamada concentración frente a altura para una sonda electromagnética en órbita, o ECOS. El dispositivo podría usarse para "hacer sonar" la ionosfera desde un observatorio terrestre o, en última instancia, desde una constelación de CubeSats.

La capa ionosférica, que está eléctricamente cargado o ionizado principalmente por radiación ultravioleta extrema proveniente del sol durante el día o por el bombardeo de rayos cósmicos durante la noche, es de interés para los científicos por el papel que desempeña en la transmisión de ondas de radio.

Dependiendo de la concentración de electrones en la ionosfera y la frecuencia de las ondas de radio, la capa refleja las ondas de radio a la Tierra, en lugar de permitirles escapar al espacio. Sin embargo, erupciones solares, la erupción espontánea de radiación de alta energía de la superficie del sol, puede causar un fuerte aumento en el número de partículas ionizadas, cambiando así la altura y densidad de las partículas.

"La gravedad empuja el plasma más denso (gas ionizado) hacia la Tierra a altitudes más bajas que son menos densas. Esta es una configuración inestable, ", dijo el investigador principal de ECHOES y científico de Goddard, Mark Adrian." Este movimiento conduce a una mezcla turbulenta de la ionosfera, no muy diferente de verter crema en el café de la mañana. Esto produce irregularidades de densidad o estructuras que reflejan y refractan las ondas de radio, a lo que simplemente nos referimos como interferencia ".

Para determinar la densidad electrónica verticalmente en la ionosfera, Los científicos han utilizado radioondas durante mucho tiempo; en esencia, estaciones de radio dedicadas. Una gama de diferentes frecuencias de radio se dirige verticalmente a la ionosfera y luego un receptor recopila y mide los valores de las señales o ecos que regresan.

El plan inmediato es utilizar ECHOES sobre el terreno, contribuyendo a una red de instrumentos que apoyan la predicción del clima espacial y el mapeo en tiempo real de la ionosfera. Sin embargo, los instrumentos también podrían volar en el espacio, por ejemplo, en una constelación de CubeSats que haría simultáneos, sondeos multipunto del lado superior de la ionosfera envolvente de la Tierra, que se encuentra de 46 a aproximadamente 621 millas sobre la superficie de la Tierra.

La técnica de sondeo tiene al menos un siglo. Sin embargo, No fue hasta los albores de la era espacial que la técnica se aplicó a misiones de cohetes de sondeo y satélites en toda regla, como el Alouette 1 construido en Canadá y lanzado por la NASA en 1962. Más recientemente, La NASA lanzó Radio Plasma Imager en una misión llamada Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration, o IMAGEN. También, el Laboratorio de Propulsión a Chorro, en colaboración con sus socios europeos, proporcionó otra sirena, el radar avanzado de Marte para sondeos subsuperficiales e ionosféricos, para la misión Mars Express de la Agencia Espacial Europea.

"Básicamente, lo que estamos haciendo es miniaturizar una tecnología de procesamiento de señales de receptor de radio de 100 años de antigüedad, "dijo el co-investigador principal de ECHOES, Damon Bradley, quien dirigió el desarrollo del sistema de procesamiento de señales digitales para el radiómetro en Soil Moisture Active Passive de la NASA, o misión SMAP, que rastrea los niveles globales de humedad del suelo. "ECHOES es esencialmente un radar de baja frecuencia que utiliza procesamiento de señales digitales basado en el espacio, como en SMAP, sino para sondear la ionosfera en lugar de cartografiar los niveles globales de humedad del suelo ".

Antes de que el instrumento miniaturizado pueda volar en el espacio, sin embargo, el equipo debe demostrar que es capaz de obtener mediciones de densidad en un entorno relevante. Como parte de su esfuerzo de desarrollo tecnológico, el equipo planea integrar los sistemas electrónicos y de antenas de ECHOES con otro hardware de instrumentos y ejecutar una prueba en el Observatorio Geofísico y Astronómico Goddard a finales de este año.

"Una demostración exitosa de prueba de concepto del instrumento ECHOES colocaría a Goddard en una posición única para competir por otras oportunidades futuras de heliofísica u planetaria, particularmente aquellos involucrados CubeSat o plataformas de satélites pequeños, "Dijo Adrian.