Seguimiento de la nave espacial a medida que el agua de la Tierra altera su giro


Habilitación y soporte

22/03/2021
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  • La masa se redistribuye constantemente alrededor de nuestro planeta, a medida que la atmósfera de la Tierra, los océanos y otros cuerpos de agua sobre y debajo de la superficie se derriten, se desplazan y se agitan.
  • Esta redistribución de masa altera el centro de gravedad de la Tierra, que a su vez acelera y ralentiza el giro del planeta, y por lo tanto la duración del día, además de cambiar la orientación de su «eje de giro».
  • Estos cambios en el giro y la orientación de la Tierra ocurren en escalas de tiempo relativamente cortas de días y semanas, y amenazan la comunicación entre las estaciones terrestres y las misiones en órbita y en todo el Sistema Solar.
  • La ESA está trabajando en su propio algoritmo para predecir la orientación de la Tierra con extrema precisión. Las primeras pruebas muestran que el nuevo algoritmo de la ESA supera a los que se utilizan hoy en día de proveedores externos, lo que marca un camino importante para garantizar el entrada independiente de Europa al espacio.

Las fuerzas en juego, cambiando el día

El transbordador espacial Discovery ve la Luna de la Tierra

Las fuerzas gravitacionales externas, predominantemente del Sol y la Luna, actúan de manera constante y predecible en nuestro planeta. Si bien la enorme gravedad del Sol mantiene a la Tierra en órbita, el suave tirón de la Luna, a lo largo de miles de millones de años, ha ralentizado drásticamente su giro, aumentando la duración de un día en la Tierra.

Cuando la Tierra se formó por primera vez, un día tenía entre seis y ocho horas de duración y un año habría consistido en más de 1000 amaneceres y atardeceres.

Más cerca de casa, hay fuerzas en juego que tienen efectos mucho más rápidos e impredecibles. Los terremotos, los vientos atmosféricos, las corrientes oceánicas y, notablemente, incluso la propia actividad humana, actúan con frecuencia e impredeciblemente para redistribuir la masa alrededor del planeta, alterando la velocidad del giro de la Tierra y la orientación de su eje de giro.

Conservación de momento

La ‘conservación del momento angular’ es una ley de la física que explica por qué una patinadora artística que gira con los brazos extendidos puede acelerar de repente tirando de los brazos hacia su cuerpo.

El giro de la Tierra también se ve afectado por la distribución del peso alrededor del planeta. Los terremotos, notablemente, aceleran el giro de nuestro planeta en un instante, reordenando la materia a través de la corteza y el manto superior, aumentando de manera pequeña pero no insignificante la duración del día.

Un mapa del desplazamiento del terreno a causa de los terremotos que azotaron Japón a partir del 11 de marzo de 2011.

En 2011, un terremoto de magnitud 9,0 sacudió Japón, que trágicamente se cobró miles de vidas y provocó daños incalculables. Con una duración de seis minutos, también acortó la duración del día en 1,8 microsegundos (un microsegundo = una millonésima de segundo) y cambió la posición del ‘eje de la figura’ de la Tierra, una línea imaginaria alrededor de la cual se equilibra la masa del mundo, en unos 17 cm. (El eje de la figura es el eje de balance de masa de la Tierra, mientras que el eje de giro se tambalea a su alrededor).

También se están produciendo efectos mucho mayores causados ​​por los vientos atmosféricos y las corrientes oceánicas, así como por el derretimiento de los glaciares y los casquetes polares. A medida que el hielo se derrite o se rompe en el océano, el nivel del mar aumenta y la masa de la Tierra se redistribuye para que esté más cerca de este eje central, acortando la duración del día.

Tales cambios no son motivo de preocupación, pasan desapercibidos en nuestra vida cotidiana. Pero cuando se trata de volar una nave espacial a través del espacio profundo, o mantenerse sincronizado con los satélites en órbita, estos pequeños cambios pueden significar la diferencia entre encontrar y perder su misión.

Mantener las misiones de la ESA

Para volar misiones de la ESA, la Agencia depende de los llamados Parámetros de Orientación de la Tierra, EOP, que describen las irregularidades en la rotación del planeta. Si no los conoce, tiene un problema real.

«Nuestra estaciones terrestres están en comunicación con naves espaciales interplanetarias a millones de kilómetros de distancia. Deben apuntar con extrema precisión para apuntar a estos objetos relativamente pequeños ”, explica Werner Enderle, director de la ESA. Oficina de apoyo a la navegación basado en la Agencia ESOC Centro de operaciones en Darmstadt, Alemania.

¿Qué estamos mirando?

«Un grado en la Tierra equivale a miles de kilómetros en el espacio, por lo que si no tiene valores precisos para la orientación de la Tierra, puede estar muy lejos».

Obtener estos parámetros requiere una gran cantidad de trabajo analizando los efectos acumulativos del clima, el cambio climático y la actividad geológica. Debido a que estos sistemas son tan complejos, actualmente podemos calcular los cambios en la orientación de la Tierra en escalas de tiempo relativamente cortas, semanas y meses por delante.

La ESA determina la orientación de la Tierra

Actualmente, estos parámetros vitales son proporcionados por el Observatorio Naval de los Estados Unidos (UNSO), basado en contribuciones de instituciones de todo el mundo, incluida la ESA. Sin embargo, la ESA está trabajando para determinar sus propios valores de EOP, asegurando el entrada independiente de Europa al espacio y eliminando la dependencia de un proveedor externo. Estos valores de orientación, calculados por un equipo de la Oficina de Apoyo a la Navegación, estarán disponibles gratuitamente en otoño de este año.

La herramienta estima y predice la orientación y la rotación de la Tierra con hasta 90 días de anticipación utilizando mediciones basadas en el espacio de los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS) y Alcance Láser por Satélite, entre otros, un área en la que la Oficina tiene una gran experiencia.

Edificio principal de ESOC

«Nuestro algoritmo utiliza las condiciones atmosféricas y meteorológicas, la actividad sísmica, la velocidad a la que aumentan los niveles del mar y el hielo de la Tierra se derrite y una serie de otras variables, todas las cuales interactúan de formas complejas y difíciles de predecir», explica Erik Shoenemann. , Ingeniero de Navegación en ESOC que lidera el proyecto.

“Es fácil dar por sentados estos valores, pero toda la actividad de los vuelos espaciales se basa en ellos y se requiere una gran cantidad de trabajo para conseguirlos. Estamos muy contentos de tener ahora nuestra propia fuente de estos datos, asegurando nuestra capacidad para realizar misiones complejas en diferentes órbitas y recibir los datos increíbles que envían a casa ”.

Hasta ahora, las primeras pruebas muestran que el nuevo algoritmo de la ESA supera significativamente a los que se utilizan actualmente, lo que marca un camino importante para garantizar el entrada independiente de Europa al espacio.



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