A pesar de una vida útil nominal de dos años, El Clúster de la ESA está entrando ahora en su tercera década en el espacio. Esta misión única de cuatro naves espaciales ha estado revelando los secretos del entorno magnético de la Tierra desde 2000 y, con 20 años de observaciones en su haber, sigue permitiendo nuevos descubrimientos a medida que explora la relación de nuestro planeta con el Sol.

Como el único planeta conocido por albergar vida, La Tierra ocupa un lugar verdaderamente único en el Sistema Solar. La misión de Cluster, lanzado en el verano de 2000, fue diseñado y construido para estudiar quizás lo principal que hace de la Tierra un mundo habitable único donde la vida puede prosperar. Esta cosa que habilita la vida es la poderosa magnetosfera de la Tierra, que protege al planeta del bombardeo de partículas cósmicas pero también interactúa con ellas, creando fenómenos espectaculares, como las luces polares.

Magnetosfera de la Tierra, una región en forma de lágrima que comienza unos 65, 000 kilómetros del planeta en el lado diurno y se extiende hasta 6, 300, 000 kilómetros en el lado nocturno, es el resultado de la interacción entre el campo magnético del planeta, generado por los movimientos de su núcleo de metal fundido, y el viento solar. Cluster es la primera misión que se ha estudiado, modeló y mapeó tridimensionalmente esta región y los procesos dentro de ella en detalle. Al hacerlo, ayudó a mejorar nuestra comprensión de los fenómenos meteorológicos espaciales, que surgen de la interacción entre la magnetosfera y las partículas energéticas que forman el viento solar. Estos fenómenos pueden dañar no solo a los organismos vivos, sino también equipos electrónicos, ya sea en tierra o en órbita.

Rumba, Salsa Samba y Tango

La misión Cluster comprende cuatro naves espaciales que vuelan en una formación piramidal en una órbita polar elíptica. Las cuatro naves espaciales, llamado Rumba, Salsa Samba y Tango, cada uno con la misma carga útil de 11 instrumentos avanzados, fueron enviados a órbita con dos lanzamientos de cohetes el 16 de julio y el 9 de agosto de 2000.

Aunque la misión se ha convertido en un enorme éxito, habiendo permitido numerosos avances científicos, Sus primeros días no transcurrieron sin problemas. Un bajo rendimiento de la primera etapa del lanzador Soyuz dejó a Rumba y Tango en una órbita incorrecta, obligándolos a confiar en su propia propulsión, así como la etapa superior Fregat de Soyuz, para llegar a la posición correcta para unirse a Salsa y Samba. El percance siguió al lanzamiento fallido del cuarteto Cluster I original en 1996.

"La ESA estaba un poco preocupada hace 20 años, durante el lanzamiento del segundo par de naves espaciales, "admite Philippe Escoubet, Científico de proyectos de clúster de la ESA "Desde entonces, la misión ha progresado enormemente, y está lejos de terminar ".

Durante las últimas dos décadas, Las observaciones de cúmulos han descubierto detalles sobre los procesos en la magnetosfera, reveló cómo la atmósfera sustenta la vida, y proporcionó información esencial sobre el clima espacial necesario para permitir comunicaciones seguras por satélite y viajes espaciales o aéreos.

Una arquitectura única

La clave del poder de la misión no es solo su configuración de cuatro naves espaciales, sino también el hecho de que los operadores pueden ajustar la distancia entre los cuatro satélites desde 3 hasta 60. 000 kilómetros en función del objetivo científico.

"Este diseño de varias naves espaciales es clave para el éxito de Cluster, "explica Philippe." Al utilizar cuatro naves espaciales en lugar de una, Cluster es capaz de medir de forma única múltiples áreas del espacio y obtener múltiples perspectivas sobre un evento o actividad en particular, como una tormenta solar, simultáneamente ".

Cuando más juntos, la nave espacial Cluster puede excavar en las estructuras magnéticas más finas en el espacio cercano a la Tierra; cuando mas separados, pueden obtener una visión más amplia de la actividad a mayor escala. A través de su órbita, El racimo vuela tanto dentro como fuera de la magnetosfera de la Tierra, permitiéndole investigar los fenómenos a ambos lados del escudo magnético de nuestro planeta.

Poder polar

Si bien la mayoría de las misiones que exploran los fenómenos magnéticos de la Tierra se centran en el ecuador, donde fluyen muchas corrientes eléctricas, el cuarteto Cluster rodea la Tierra en una órbita polar, lo que le permite pasar periódicamente por encima de ambos polos terrestres. Las regiones polares son magnéticamente extremadamente dinámicas. El viento solar en esta área puede penetrar más profundamente en la atmósfera superior de la Tierra a través de las cúspides polares, aberturas en forma de embudo en la magnetosfera por encima de los polos, dando lugar a las espectaculares auroras.

La capacidad de Cluster para observar latitudes más altas que otras misiones hizo que la misión fuera un jugador clave en la formación de un mapa magnetosférico global.

Un elemento de esto fue mapear con precisión la posición y la extensión del llamado plasma frío (partículas cargadas de movimiento lento) alrededor de la Tierra en tres dimensiones. Tal plasma, que Cluster encontró, asombrosamente, dominan el volumen de la magnetosfera hasta el 70% del tiempo; se cree que juega un papel clave en cómo el clima espacial tormentoso afecta nuestro planeta. Cluster también ha estudiado cómo funcionan las partes internas de la magnetosfera de la Tierra para reponer otras partes con plasma fresco. observando no solo columnas esporádicas que empujan el plasma hacia afuera, sino también una fuga atmosférica constante de casi 90 mil kilogramos de material por día

20 años de descubrimiento

A través de su mapeo del campo magnético de la Tierra, y la comparación de esto con el magnetismo deslucido actual de Marte, Cluster ha reafirmado la importancia de nuestra magnetosfera para protegernos del viento solar.

Cluster ha revelado más sobre la dinámica dentro de la cola magnética, la parte de la magnetosfera que se extiende "detrás" de nuestro planeta lejos del Sol. La misión identificó que el campo magnético en esta región oscila en amplitud debido a ondas internas 'parecidas a torceduras'. y resolvió un misterio de larga data al determinar que el fenómeno del 'ruido ecuatorial' (ondas de plasma ruidosas que se encuentran cerca del plano ecuatorial del campo magnético de la Tierra) es generado por protones.

Al investigar las características espaciales de la región exterior de la magnetosfera, Cluster ha aportado una comprensión más profunda de cómo las partículas del viento solar pueden penetrar nuestro "escudo" magnético. El viento solar es una corriente de partículas cargadas que fluyen hacia el espacio desde el Sol, moviéndose a velocidades de hasta 2000 kilómetros por hora. El grupo identificó pequeños remolinos de turbulencia que afectan la forma en que la energía (calor) se distribuye a través de este viento, y descubrió que, mientras nos protege de las partículas entrantes, nuestra magnetosfera es bastante porosa y con forma de tamiz, permitiendo la perforación de partículas de viento solar sobrecalentadas.

Colaborando con otras misiones, Cluster ha ayudado a revelar el funcionamiento de las auroras 'theta' de alta latitud y las 'auroras negras' menos familiares, permitiendo una comprensión detallada de cómo las diferentes regiones del espacio intercambian partículas. La misión también descubrió el origen de los llamados 'electrones asesinos', partículas energéticas en el cinturón exterior de radiación de la Tierra que pueden causar estragos en los satélites, observando este proceso de primera mano. Cluster encontró que estos electrones surgen cuando las ondas de choque relacionadas con la tormenta solar comprimen las líneas del campo magnético de la Tierra, resultando en estas líneas vibrando y acelerando electrones a alto, y peligroso, velocidades.

Cluster ha investigado la dinámica de un proceso conocido como reconexión magnética, proporcionar las primeras observaciones in situ de líneas de campo magnético que se rompen y reforman, un hallazgo que requirió múltiples observaciones simultáneas, como solo Cluster podía proporcionar en ese momento. Los datos del clúster también mostraron que la energía se libera de formas inesperadas durante los eventos de reconexión, ayudando a los científicos a desarrollar una comprensión más completa de la dinámica del plasma.

Clima espacial y tormentas geomagnéticas, fenómenos impulsados ​​por la relación de la Tierra con el Sol, han sido un tema de interés para Cluster. La misión ha modelado el campo magnético de la Tierra tanto en altitudes bajas como altas, e identificó la compleja dinámica en juego en el propio viento solar, con el objetivo de permitir una "previsión meteorológica espacial" más informada y precisa. A finales del año pasado, analizando el completo Science Archive de Cluster, Los científicos también pudieron lanzar la misteriosa 'canción' que emite la Tierra cuando es golpeada por una tormenta solar. creado por ondas de campo magnético.

Un tesoro de datos

A lo largo de sus muchos años de funcionamiento, Cluster ha acumulado un depósito de datos sin precedentes sobre el medio ambiente de la Tierra. De hecho, basándose en 18 años de estos datos, Los científicos descubrieron recientemente que el hierro es y sorprendentemente distribuidos a lo largo de la vecindad de nuestro planeta, demostrando el poder perdurable de Cluster para facilitar nuevos descubrimientos científicos.

"Tener una base de datos tan extensa ha permitido una serie de hallazgos verdaderamente innovadores, "añade Arnaud Masson, Científico adjunto del proyecto para la misión Cluster en la ESA. "Al monitorear y registrar continuamente la dinámica y las propiedades de la magnetosfera de la Tierra durante dos décadas, Cluster ha creado nuevas oportunidades para que los científicos detecten tendencias nuevas o de más largo plazo en diferentes escalas espaciales y temporales ".

Grupo, junto con otras naves espaciales de la ESA, también está allanando el camino para próximas misiones como el Explorador de enlaces de viento-Magnetosfera-Ionosfera solar europeo-chino (SMILE), que está programado para su lanzamiento en 2023. SMILE profundizará en la conexión Sol-Tierra, y se basará en el notable trabajo de Cluster para revelar aún más sobre el complejo e intrigante entorno magnético que rodea nuestro planeta.

"Desde hace dos décadas, Cluster ha sido una misión emocionante y verdaderamente innovadora, enviando todo tipo de información nueva sobre el Universo que nos rodea, "dice Philippe." Gracias a su diseño único, larga vida y capacidades avanzadas, Cluster ha descubierto una gran cantidad de secretos sobre el medio ambiente alrededor de la Tierra. El clúster sigue siendo fuerte y continuará ayudándonos a caracterizar los fenómenos que vemos a nuestro alrededor, ¡con suerte! - los próximos años."