Ocho satélites del tamaño de un maletín que vuelan seguidos pueden ser clave para mejorar los pronósticos de la velocidad del viento de un huracán, detectando si tocará tierra como Categoría 1 o Categoría 5. La flota del Sistema de Navegación Global por Satélite Cyclone (CYGNSS) de la NASA, lanzado en 2016, fue diseñado para mostrar si las mismas señales de GPS que usa su teléfono para la navegación pueden usarse para medir vientos profundos dentro de un huracán o tifón. La respuesta parece ser un rotundo sí.

Los modelos de pronóstico del tiempo han mejorado mucho en la predicción de la trayectoria futura de un huracán o tifón, pero no han mejorado en la predicción de la velocidad máxima del viento, que los científicos llaman intensidad. Eso es porque estos gigantes tropicales son dirigidos por fuerzas externas, como los vientos regionales, pero su intensidad depende de las fuerzas dentro de cada tormenta. Y aunque muchos satélites pueden ver los vientos externos, no pueden ver a través de las densas nubes y la lluvia de un huracán.

El investigador principal de CYGNSS, Christopher Ruf, de la Universidad de Michigan en Ann Arbor, explicó:"Para predecir la intensidad, tienes que medir la velocidad del viento justo en medio de la tormenta y, hasta CYGNSS, no ha habido otra forma de hacerlo que no sea volar aviones Hurricane Hunter ".

Los nuevos datos de CYGNSS demostraron ser una excelente coincidencia con los datos de Hurricane Hunter recopilados al mismo tiempo durante los huracanes María de 2017. Irma y Jose. Los ocho pequeños satélites, en órbita con solo un intervalo de 12 minutos entre cada uno, recopilaron más datos sobre cada tormenta de los que se podrían recopilar durante un vuelo de Hurricane Hunter.

Cómo ver a través de la lluvia y las nubes

Para ver lo que hay en la atmósfera muchos satélites de observación de la Tierra envían señales electromagnéticas con longitudes de onda que son solo fracciones de pulgada de largo. A estas señales de onda corta, una gota de llovizna, mota de polvo o cualquier otra partícula en el aire es un obstáculo impenetrable. Aunque las longitudes de onda son más largas que estas diminutas partículas, tienen un tamaño lo suficientemente parecido como para que las señales reboten en partículas como una bola de billar que choca con otra bola. Al "leer" estas señales dispersas, los investigadores pueden discernir la forma y ubicación de las nubes y otros obstáculos con los que se encontraron las señales.

En otras palabras, las longitudes de onda cortas permiten a los investigadores ver una tormenta pero no ver a través de ella.

CYGNSS, por otra parte, utiliza señales de GPS. Su longitud de onda es de 19 centímetros (7,5 pulgadas), mucho más larga que las longitudes de onda cortas que utilizan la mayoría de los instrumentos satelitales o cualquier gota de lluvia jamás medida. A esa longitud de onda, Ruf dijo, "No ves una gota de lluvia en absoluto. Simplemente pasa a través de ella". Eso permite a CYGNSS ver a través de un huracán y medir los vientos en la superficie del océano.

Satélites GPS, operado por la Fuerza Aérea de los EE. UU., están en una órbita mucho más alta que la flota de CYGNSS. Como un satélite GPS sobrevuela un ciclón tropical, sus señales pasan sin obstáculos a través de la tormenta y rebotan en la superficie del océano. En su órbita inferior, Los receptores GPS de CYGNSS que miran hacia abajo pueden interceptar las señales que regresan hacia arriba. Las distorsiones en estas señales rebotadas muestran cuán agitado es el mar, permitiendo a los investigadores calcular la velocidad del viento que causó la aspereza.

Convirtiendo señales en medidas

Los ocho pequeños satélites de CYGNSS han funcionado bien desde su lanzamiento, pero los científicos de la misión se encontraron con un gran obstáculo en el camino para procesar las señales de GPS en datos de velocidad del viento. Al diseñar la misión, Los científicos asumieron que las señales de GPS se transmiten con una intensidad constante. Pero cuando los científicos comenzaron a recopilar datos, encontraron que la potencia de la señal de la mayoría de los satélites GPS cambia durante cada órbita y que el grado de cambio difiere de un satélite a otro. Estas variaciones desviaron las mediciones de vientos fuertes de los satélites CYGNSS hasta en 11 mph (18 kph).

"Pasamos un año o más trabajando en el problema, y finalmente lo resolvimos, "Dijo Ruf." Básicamente, la Fuerza Aérea aumenta la potencia cuando pasan sobre ciertas partes del mundo donde los malos están tratando de interferir las señales. "Las señales más fuertes son más difíciles de interferir.

Una vez que el equipo de CYGNSS comprendió el problema, encontraron una solución. Cada satélite CYGNSS lleva no solo un receptor GPS primario para recolectar señales que rebotan desde la superficie de la Tierra, pero también una secundaria, Receptor más pequeño para localización y seguimiento. El equipo reprogramó los receptores más pequeños para medir la fuerza de la señal de transmisión que llega desde arriba, lo que les dio la información que necesitaban para procesar correctamente las señales que regresaban desde abajo.

Con ese problema resuelto, los investigadores podrían dedicarse a la tarea de evaluar cómo afectarían los datos de CYGNSS a los pronósticos de huracanes.

Experimentando con una versión de investigación del mismo modelo de huracanes que utiliza la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) para los pronósticos, los científicos agregaron datos de CYGNSS a las reconstrucciones de dos de las tormentas notables de 2017, huracanes Harvey e Irma. La adición de datos CYGNSS produjo pronósticos más realistas, no solo de la intensidad de las tormentas, sino de sus huellas y estructura. Otros estudios han mostrado mejoras similares en los pronósticos de diferentes tormentas.

Un bono acuoso inesperado

Para sorpresa de Ruf, CYGNSS ha demostrado tener una aplicación imprevista. El equipo de CYGNSS había planeado apagar rutinariamente sus receptores cuando los satélites sobrevuelan la tierra, pero el equipo decidió simplificar sus operaciones haciendo que los satélites recopilaran datos todo el tiempo. Dos estudiantes postdoctorales en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, decidió mirar los datos de más de la tierra. "Fue más suerte que cualquier otra cosa, pero resulta que hay todo tipo de ciencia interesante que puedes hacer con los datos de la tierra para medir la humedad del suelo y las inundaciones, "Dijo Ruf.

Como los exalumnos, Clara Chew (Corporación Universitaria de Investigación Atmosférica en Boulder, Colorado) y Hugo Carreno-Luengo (Barcelona, España), han documentado el valor de los datos, La NASA ha ampliado oficialmente el alcance de la misión e invitó al equipo científico a redefinir los propósitos de la misión. Es posible que haya otras aplicaciones esperando a ser descubiertas, ya que los ocho pequeños satélites CYGNSS siguen observando los vientos ocultos en las tormentas tropicales.