Swarm revela por que os satélites GPS perdem track sobre a linha do equador

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Os sinais (linhas amarelas) dos satélites GPS podem ser interrompidos quando satélites em órbita mais baixa, como Swarm, voam pelas irregularidades do plasma equatorial. A linha verde é uma amostra de perfil de densidade de eletrônica medida pelos satélites Swarm durante um desses eventos. Crédito: ESA-ATG medialab

Publicado na Phys

Os engenheiros de satélites tem ficado confuso sobre o porquê de sistemas de GPS em satélites órbita terrestre baixa, como Swarm da ESA, as vezes apaga quando voa sobre o equador entre a África e América do sul. Graças a Swarm, parece que  ‘tempestades’ na ionosfera são a culpa.

Lançado em 2013, o trio Swarm está medindo e desembaraçando os diferentes campos magnéticos que derivam do núcleo da Terra, manto, crosta, oceanos, ionosfera e magnetosfera – um empreendimento de pelo menos quatro anos.

Tal como acontece com muitos satélites, os três satélites Swarm da ESA transportam receptores GPS como parte do seu sistema de posicionamento para que os operadores os mantenham nas órbitas corretas. Além disso, o GPS identifica onde os satélites estão fazendo as medições científicas.

No entanto, às vezes os satélites perdem sua conexão GPS. De fato, durante seus dois primeiros anos em órbita, o link foi quebrado 166 vezes.

Um artigo publicado recentemente descreve como a Swarm revelou que há uma ligação direta entre esses apagões e “tempestades” ionosféricas, cerca de 300-600 km acima da Terra.

Claudia Stolle, do centro de pesquisas GFZ em Potsdam, na Alemanha, disse: “As tempestades ionosféricas são bem conhecidas, mas agora temos sido capazes de mostrar uma ligação direta entre essas tempestades e a perda de conexão com o GPS.

“Isto é graças a Swarm porque é a primeira vez que a alta resolução GPS e padrões ionosféricos podem ser detectados a partir do mesmo satélite.”

Os pontos vermelhos no mapa mostram onde o satélite Swarm-C perdeu sua conexão GPS entre o lançamento em novembro de 2013 e março de 2015. Essas perdas no sinal de rastreamento foram reduzidas a bolhas de plasma equatorial. A linha verde denota o equador geomagnético. Crédito: NASA blue marble/GFZ Potsdam/ESA

Essas tempestades ocorrem quando o número de elétrons na ionosfera sofre mudanças grandes e rápidas. Isso tende a acontecer perto do equador magnético da Terra e normalmente apenas por algumas horas entre o pôr do sol e meia-noite.

Como seu nome sugere, a ionosfera é onde os átomos são quebrados pela luz solar, o que leva a geração  de elétrons livres. Uma tempestade dispersa esses elétrons livres, criando pequenas bolhas com pouco ou nenhum material ionizado. Estas bolhas perturbam os sinais do GPS de modo que os receptores de GPS  do Swarm possam ficar desorientados

Verifica-se que  os 161 eventos de sinal perdidos coincidiram com tempestades ionosféricas. Os outros cinco ocorreram em regiões polares e correspondem ao aumento do vento solar que causa oscilações na proteção da magnetosfera terrestre.

Resolver o mistério dos apagões não é apenas uma boa notícia para o Swarm, mas também para outros satélites de baixa órbita que enfrentam o mesmo problema. Isso significa que os engenheiros podem usar esse novo conhecimento para melhorar os futuros sistemas GPS para limitar as perdas de sinal.

Christian Siemes, que trabalha na ESA na missão, disse: “À luz deste nova informação, temos sido capazes de ajustar os receptores GPS dos satélites Swarm para que eles sejam mais robustos, resultando em menos apagões.

O campo magnético e as correntes elétricas dentro e ao redor da Terra geram forças complexas que têm impacto imensurável na vida cotidiana. O campo pode ser pensado como uma bolha enorme, protegendo-nos da radiação cósmica e partículas carregadas que bombardeiam a Terra em ventos solares. Crédito: ESA / ATG medialab

“Importante, nós podemos medir variações no sinal do GPS que é não somente interessante para engenheiros que desenvolvem instrumentos de GPS, mas igualmente interessante para avançar nossa compreensão científica da dinâmica da alta atmosfera”

“O que vemos aqui é um exemplo impressionante de um desafio técnico que está sendo transformado em ciência ,a verdadeira essência de uma missão para explorar a Terra como o Swarm”, afirmou Rune Floberghagen.

“Essas novas descobertas demonstram que o GPS pode ser usado como uma ferramenta para a compreensão dinâmica da ionosfera relacionada à atividade solar. Talvez um dia também possamos ser capaz de relacionar estas tempestades ionosféricas com o relâmpago que observamos do chão”.

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