Dos naves espaciales moribundas se recuperan

10 11 2010

Octubre 27, 2010: Un par de naves espaciales de la NASA que, se supone, deberían haber “muerto” hace un año se dirigen ahora hacia la Luna, en una innovadora misión que se llevará a cabo en la órbita lunar.

“Sus nombres reales son THEMIS P1 y P2, pero yo las llamo las ‘naves espaciales moribundas en recuperación'”, dice Vassilis Angelopoulos, de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA, por su sigla en idioma inglés), quien es el investigador principal de la misión THEMIS. “No hace mucho, las habíamos dado por perdidas. Ahora están comenzando una aventura completamente nueva”.

Concepto artístico de las naves THEMIS–P1 y P2 (desde entonces renombradas ARTEMIS–P1 y P2) en órbita lunar

La historia comenzó en el año 2007 cuando la NASA lanzó una flotilla de cinco naves espaciales hacia la magnetósfera de la Tierra, con la misión de estudiar la física de las tormentas geomagnéticas. Se las llamó colectivamente THEMIS, una sigla que quiere decir: “Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms” (“Cronología de Eventos e Interacciones a Macroescala durante Subtormentas”, en idioma español). P1 y P2 eran los miembros más exteriores del quinteto.

Trabajando en conjunto, las sondas rápidamente descubrieron una abundante cantidad de fenómenos hasta entonces desconocidos, como la colisión de auroras, los temblores magnéticos espaciales y las balas de plasma, que son disparadas hacia arriba y hacia abajo de la cola magnética de la Tierra.

La misión estaba progresando de manera espléndida, excepto por un detalle. Ocasionalmente, P1 y P2 pasaban a través de la sombra de la Tierra. Las naves espaciales, que funcionan a base de energía solar, están diseñadas para sobrevivir sin luz solar por períodos de hasta 3 horas seguidas; de modo que un poco de sombra no representaba ningún problema. Pero mientras la misión fue avanzando, las órbitas evolucionaron y, para el año 2009, el par de naves estaba ya pasando hasta 8 horas por día en la oscuridad.

En su vida pasada, THEMIS–P1 y P2 llevaron a cabo una misión para estudiar las auroras boreales

“Las dos naves espaciales estaban quedándose sin energía y muriendo de frío”, dice Angelopoulos. “Teníamos que hacer algo para salvarlas”.

El equipo ideó una solución. Debido a que la misión había sido tan exitosa, las naves tenían aún una amplia reserva de combustible —lo suficiente como para llegar a la Luna. “Podríamos hacer muy buena ciencia desde la órbita lunar”, dice. La NASA aprobó el viaje y hacia el final del año 2009, P1 y P2 estaban saliendo de la sombra de la Tierra.

Con un nuevo destino, la misión necesitaba un nuevo nombre. El equipo seleccionó ARTEMIS (ARTEMISA, en idioma español), la diosa griega de la Luna. Pero el nombre también es la sigla de: “Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon’s Interaction with the Sun” (“Aceleración, Reconexión, Turbulencia y Electrodinámica de la Interacción de la Luna con el Sol”, en idioma español).

Los primeros eventos importantes de la misión ARTEMIS están ocurriendo ahora mismo. El 25 de agosto de 2010, ARTEMIS–P1 alcanzó el punto de Lagrange L2 del otro lado de la Luna. Siguiéndola de cerca, el 22 de octubre, ARTEMIS–P2 llegó al punto de Lagrange L1, que se encuentra en el lado opuesto. Los puntos de Lagrange son lugares donde la gravedad de la Tierra y la de la Luna están en perfecto equilibrio, creando de ese modo un especie de lugar de aparcamiento para las naves espaciales.

Las naves espaciales ARTEMIS están actualmente localizadas en los puntos de Lagrange L1 y L2 del sistema Tierra–Luna.

“Estamos explorando los puntos de Lagrange del sistema Tierra–Luna por primera vez”, dice Manfred Bester, quien es el Director de Operaciones de Misión, en la Universidad de California en Berkeley, desde donde la misión es controlada. “Ninguna otra nave ha orbitado allí”.

Debido a que se encuentran justo afuera de la magnetósfera de la Tierra, los puntos de Lagrange son lugares excelentes para estudiar el viento solar. Los sensores ubicados a bordo de las sondas ARTEMIS tendrán acceso in situ a las corrientes del viento solar y a las nubes de tormenta que se aproximen a nuestro planeta —una posible bendición para quienes pronostican el tiempo espacial. Además, trabajando desde puntos de Lagrange opuestos, las dos naves espaciales podrán medir la turbulencia en el viento solar a escalas nunca antes logradas por misiones que se llevaron a cabo previamente.

“ARTEMIS nos dará un nuevo entendimiento fundamental del viento solar”, predice David Sibeck, quien es científico del proyecto ARTEMIS, en el Centro Goddard para Vuelos Espaciales. “Y eso es sólo para empezar”.

También ARTEMIS explorará la estela de plasma de la Luna, que es la cavidad turbulenta producida en el viento solar por la Luna misma, similar a la estela que deja atrás una lancha. Sibeck dice: “Esto es un laboratorio natural gigantesco, repleto de todo un zoológico de olas de plasma que aguardan ser descubiertas y estudiadas”.

Otro blanco para la misión ARTEMIS es la cola magnética de la Tierra. Como una manga de viento de un aeropuerto en un día ventoso, el campo magnético de la Tierra está estirado por la acción del viento solar, y forma de esta manera una cola que se extiende hasta la órbita de la Luna y más allá. Una vez al mes, aproximadamente cuando se produzca la Luna llena, las sondas ARTEMIS seguirán a la Luna a través de la cola magnética con el fin de realizar observaciones in situ.

“En particular, esperamos captar eventos de reconexión magnética”, dice Sibeck. “Estas son explosiones en el campo magnético de la Tierra que se asemejan a las erupciones solares, aunque a una escala mucho más pequeña”. ARTEMIS incluso quizás logre ver ‘plasmoides’ gigantes acelerados por las explosiones que golpean a la Luna durante las tormentas magnéticas.

Estas extravagantes exploraciones podrían tener aplicaciones mucho más terrenales. Las ondas de plasma y los eventos de reconexión interfieren con asuntos en la Tierra; por ejemplo, tienen influencia sobre las cámaras de reactores de fusión experimentales. Descubrimientos importantes proporcionados por ARTEMIS podrían ayudar en el avance de las investigaciones en el área de la energía renovable.

Después de pasar seis meses en los puntos de Lagrange, las naves ARTEMIS se moverán más cerca de la Luna —al principio, estarán a sólo 100 km de la superficie, pero luego incluso más cerca que eso. Desde esa corta distancia, las naves espaciales podrán observar el impacto que tiene el viento solar sobre un mundo rocoso que no posee un campo magnético para protegerlo.

“La Tierra está protegida del viento solar por el campo magnético planetario”, explica Angelopoulos. “La Luna, por otro lado, está completamente expuesta. No tiene magnetismo global”.

Estudiar cómo el viento solar electrifica, altera y erosiona la superficie de la Luna podría revelar información valiosa para futuros exploradores y podría dar a los científicos planetarios un indicio de qué está ocurriendo en otros mundos no magnetizados del sistema solar.

Sin embargo, orbitar la Luna es algo notablemente complicado debido a las irregularidades del campo gravitacional lunar. Enormes concentraciones de masa (llamadas “mascons”, en idioma inglés), que se esconden justo debajo de la superficie, ejercen tirones sobre las naves de formas inesperadas, causando que gradualmente se salgan de su órbita. ARTEMIS mitigará este problema usando órbitas muy alargadas, las cuales se extenderán desde unas pocas decenas de kilómetros hasta alcanzar los 18.000 km.

“Sólo estaremos cerca de la superficie lunar por breves períodos en cada órbita (acumulando así un conjunto de datos importante a lo largo de los años)”, explica Angelopoulos. “La mayor parte del tiempo estaremos a 18.000 km., donde podremos continuar estudiando el viento solar a una distancia segura”.

Estas naves espaciales moribundas en recuperación podrían tener una larga vida, después de todo.

Artículo cedido por.    Noticias Ciencia de la NASA

El Directorio de Ciencias del Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA patrocina el Portal de Internet de Science@NASA que incluye a Ciencia@NASA. La misión de Ciencia@NASA es ayudar al público a entender cuán emocionantes son las investigaciones que se realizan en la NASA y colaborar con los científicos en su labor de difusión.







La Iniciativa Internacional sobre el Estado del Tiempo en el Espacio

10 11 2010

Noviembre 8, 2010: Motivados por el reciente incremento en la actividad solar, más de cien investigadores y funcionarios del gobierno se reúnen en Helwan, Egipto, para debatir sobre un asunto de importancia global: las tormentas solares. El “Primer Taller de la Iniciativa Internacional sobre el Estado del Tiempo en el Espacio” (ISWI, por su sigla en idioma inglés) se llevará a cabo desde el 6 de noviembre hasta el 10 de noviembre de este año, y está patrocinado por la Organización de las Naciones Unidas, la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (NASA, por su sigla en idioma inglés) y la Agencia de Exploración Aeroespacial Japonesa (JAXA, por su sigla en idioma inglés).

“Las intensas tormentas solares pueden dañar las redes de energía eléctrica, inhabilitar satélites y confundir al Sistema de Posicionamiento Global (GPS, por su sigla en idioma inglés)”, dice Joe Davila, quien es el organizador de la reunión y director ejecutivo de la ISWI, en el Centro Goddard para Vuelos Espaciales, de la NASA. “Esta reunión nos ayudará a estar preparados para el siguiente suceso importante”.

Haga clic en la imagen para ver el póster completo del Primer Taller de la Iniciativa Internacional sobre el Estado del Tiempo en el Espacio, que tendrá lugar en Helwan, Egipto

Un problema clave que los organizadores esperan resolver es la brecha —varias brechas, de hecho— que existe en la cobertura de las tormentas solares en nuestro planeta. Cuando una poderosa tormenta está ocurriendo, ondas de ionización se extienden a través de la atmósfera superior terrestre, corrientes eléctricas fluyen sobre la capa superficial del suelo y el campo magnético de toda la Tierra comienza a sacudirse.

“Estos son fenómenos globales”, dice Davila, “así que es importante que podamos monitorizarlos en todo el mundo“.

Los países industrializados suelen tener abundancia de estaciones de monitorización. Pueden llevar un registro del magnetismo local, de las corrientes superficiales y de la ionización, y pueden también proporcionar información útil a los investigadores. Sin embargo, las brechas son evidentes en los países en vías de desarrollo, particularmente en latitudes bajas cercanas al ecuador magnético terrestre.

Aunque el tiempo en el espacio está usualmente asociado con las regiones polares de la Tierra (las “auroras boreales”, por ejemplo), lo que ocurre en el ecuador puede ser igual de interesante. Por ejemplo, existe un fenómeno en la atmósfera superior terrestre llamado “anomalía ecuatorial”. Básicamente, es una fuente de ionización que da una vuelta completa alrededor de la Tierra una vez al día, siempre apuntando hacia el Sol. Durante una tormenta solar, la anomalía ecuatorial puede intensificarse y cambiar de forma, alterando de este modo las señales de los GPS de maneras inesperadas y tornando imposibles las comunicaciones tradicionales por radio.

“La cooperación internacional es esencial para el rastreo de la anomalía ecuatorial”, añade. “Ningún país puede hacerlo por sí solo”.

No es una coincidencia que la reunión inaugural de la ISWI tenga lugar en Egipto, un país ecuatorial. De las 30 naciones que están enviando representantes a la ISWI, más de dos tercios son naciones que se encuentran muy próximas al ecuador magnético. Esto podría conducir a una revolución en el estudio del tiempo en el espacio a bajas latitudes.

Un mapa de las estaciones de monitorización del tiempo en el espacio establecidas por acuerdo con la ISWI.

Además, hay mucho por hacer más allá del ecuador. Durante la reunión, los investigadores y estudiantes aprenderán cómo instalar estaciones de monitorización para rayos cósmicos, corrientes superficiales, tormentas magnéticas y auroras. Hay un fenómeno para todas las latitudes y todos los niveles de experiencia.

“Estamos ofreciendo todo un conjunto de oportunidades de investigación”, dice Davila.

Aquellos investigadores que no puedan asistir a la primera reunión tendrán muchas otras oportunidades. La Iniciativa Internacional sobre el Estado del Tiempo en el Espacio es un programa en curso con reuniones anuales planeadas en distintos lugares del mundo. La próxima reunión tendrá lugar en Nigeria, en el mes de noviembre de 2011.

Ningún país es demasiado remoto, demasiado pequeño o demasiado pobre para participar. De hecho, menciona Davila, “son los lugares más pequeños y aislados para los cuales necesitamos más la información. Todo el mundo está invitado”.

Artículo cedido por.    Noticias Ciencia de la NASA

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Escudo Solar – Protegiendo la red eléctrica de América del Norte

10 11 2010

Nov. 5, 2010: Cada 100 años más o menos, llega a la Tierra una tormenta solar tan potente que cubre el cielo con auroras teñidas de color rojo intenso, hace que las brújulas apunten en la dirección equivocada y produce corrientes eléctricas que atraviesan la capa superficial de nuestro planeta. La más famosa de dichas tormentas, llamada el Evento Carrington de 1859, en efecto electrocutó a operadores de telégrafo y causó que algunas oficinas se incendiaran. Un informe del año 2008, emitido por la Academia Nacional de Ciencias, advierte que si dicha tormenta ocurriera hoy en día podríamos experimentar apagones sobre grandes áreas, con diversos daños para los transformadores ubicados en puntos clave.

¿Qué es lo que tiene que hacer un operador de servicio público?

El Sol se eleva por detrás de las líneas de alto voltaje en América del Norte.

Un nuevo proyecto de la NASA, denominado “Escudo Solar”, podría ayudar a mantener las luces encendidas.

“Escudo Solar es un nuevo sistema de pronóstico en fase experimental para la red de energía eléctrica de América del Norte”, explica el líder del proyecto Antti Pulkkinen, quien es un investigador asociado en la Universidad Católica de América y se encuentra trabajando en el Centro Goddard para Vuelos Espaciales, de la NASA. “Creemos que podemos localizar transformadores específicos y predecir cuáles de ellos van a ser golpeados con mayor rigor por un evento ocasionado por el estado del tiempo en el espacio”.

La principal causa de problemas en las redes eléctricas es la “CGI” —abreviatura de “corriente geomagnética inducida” o “GIC”, por su sigla en idioma inglés. Cuando una eyección de masa coronal (una nube de tormenta solar de mil millones de toneladas) se topa con el campo magnético de la Tierra, el impacto provoca que dicho campo se sacuda y se estremezca. Estas vibraciones magnéticas inducen corrientes prácticamente en todas partes, desde la alta atmósfera terrestre hasta el suelo que yace debajo de nuestros pies. Las poderosas CGI pueden sobrecargar los circuitos, pueden dejar fuera de funcionamiento a los fusibles y, en los casos extremos, pueden derretir las bobinas de los transformadores de uso industrial.

Esto ocurrió en realidad en Quebec, el 13 de marzo de 1989, cuando una tormenta geomagnética, mucho menos severa que el Evento Carrington, dejó completamente sin electricidad a la provincia entera durante más de nueve horas. La tormenta dañó transformadores en Quebec, en Nueva Jersey y en Gran Bretaña, y causó más de 200 desperfectos eléctricos a lo ancho de Estados Unidos, desde la costa este hasta la costa noroeste del Pacífico. Una serie similar de “tormentas de Halloween”, las cuales tuvieron lugar en octubre de 2003, causó un apagón regional en el sur de Suecia y quizás pudo haber dañado algunos transformadores en Sudáfrica.

Mientras que varias empresas de servicio público han avanzado para fortalecer sus redes eléctricas, en general, la situación sólo se ha agravado. Un informe del año 2009, presentado por la Corporación de la Confiabilidad Eléctrica de América del Norte (North American Electric Reliability Corporation o NERC, por su sigla en idioma inglés) y por el Departamento de Energía de Estados Unidos, arribó a la conclusión de que los sistemas de energía modernos tienen una “creciente vulnerabilidad y exposición a los efectos de una tormenta geomagnética severa”. La razón de fondo se puede entender rápidamente observando el siguiente diagrama:

Crecimiento de la red de transmisión de alta tensión y uso anual de energía eléctrica en Estados Unidos durante los últimos 50 años. Crédito: Corporación de la Confiabilidad Eléctrica de América del Norte y Departamento de Energía de Estados Unidos.

Desde el comienzo de la Era Espacial, la longitud total de las líneas eléctricas de alta tensión que atraviesan América del Norte se ha incrementado casi 10 veces. Esto ha convertido a las redes eléctricas en antenas gigantes para las corrientes inducidas geomagnéticamente. Con una demanda de energía que crece mucho más rápido que las redes mismas, las redes modernas proliferan de manera interconectada, y son llevadas al límite —lo cual resulta una receta ideal para tener problemas, de acuerdo con lo que expresa la Academia Nacional de Ciencias: “La escala y la velocidad de los problemas que podrían ocurrir [en estas redes modernas] tienen el potencial de impactar en los sistemas de energía de una manera que no se ha visto con anterioridad”.

Un apagón de gran escala podría prolongarse por un largo período, principalmente debido a los daños en los transformadores. Tal y como lo apunta el informe proporcionado por la Academia Nacional: “Estos aparatos de varias toneladas de peso no se pueden reparar in situ y, si se llegaran a dañar de esta forma, tendrían que ser reemplazados por unidades nuevas que podrían demorarse en llegar hasta 12 meses o más”.

Daños permanentes al Transformador Elevador de Voltaje de la Planta Nuclear de Salem, Nueva Jersey, ocasionados por la tormenta geomagnética que ocurrió el 13 de marzo de 1989. Fotografías cortesía de PSE&G

Esa es la razón por la que un pronóstico nodo por nodo de las corrientes geomagnéticas resulta potencialmente valioso. Durante las tormentas intensas, los ingenieros podrían proteger los transformadores más vulnerables desconectándolos de la red. Eso sólo provocaría un apagón, pero que sería únicamente temporal. Los transformadores que se protejan de esta forma volverían a funcionar normalmente una vez que la tormenta llegue a su fin.

Lo novedoso del Escudo Solar es su capacidad para generar predicciones vinculadas con los transformadores individuales. Pulkkinen explica cómo funciona:

“El Escudo Solar se activa cuando una eyección de masa coronal (EMC) es arrojada desde el Sol. Las imágenes proporcionadas por el satélite SOHO y por las sondas gemelas STEREO, de la NASA, nos muestran la nube de plasma desde tres puntos de vista, permitiéndonos así crear un modelo en 3 dimensiones de la EMC y predecir cuándo llegará a la Tierra”.

Mientras la EMC cruza el espacio entre la Tierra y el Sol, un recorrido que dura típicamente entre 24 y 48 horas, el equipo del Escudo Solar se prepara para calcular las corrientes de retorno por tierra. “Trabajamos en el Centro de Creación de Modelos Coordinado por la Comunidad de Goddard (Goddard’s Community Coordinated Modeling Center o CCMC, por su sigla en idioma inglés)”, dice Pulkkinen. El CCMC es un lugar donde destacados investigadores de todo el mundo han reunido sus mejores programas de computadora, basados en la física, con el fin de crear modelos de los eventos que tienen lugar en relación con el estado del tiempo en el espacio. El momento crucial tiene lugar aproximadamente 30 minutos antes del impacto, cuando la nube de plasma pasa sobre ACE, un satélite localizado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Los sensores ubicados a bordo de ACE realizan mediciones in situ de la velocidad de la EMC, así como de su densidad y de su campo magnético. Estos datos son enviados a la Tierra, al equipo del Escudo Solar que los está esperando.

“Nosotros introducimos estos datos en las computadoras del CCMC rápidamente”, relata Pulkkinen. “Nuestros modelos predicen los campos y las corrientes en la atmósfera superior y extienden estas corrientes hasta la superficie de la Tierra”. Con menos de 30 minutos de anticipación, el Escudo Solar puede emitir una alerta a las empresas de servicio público con información detallada sobre las CGI.

Pulkkinen hace hincapié en que el Escudo Solar se encuentra en fase experimental y en que nunca ha sido puesto a prueba durante una tormenta geomagnética severa. Un pequeño grupo de empresas de servicio público han instalado monitores de corriente en puntos clave de la red de energía con el propósito de ayudar al equipo a revisar sus predicciones. Sin embargo, hasta el momento, el Sol se ha mantenido tranquilo, en general. Sólo se observaron algunas tormentas relativamente débiles durante el año pasado. El equipo necesita más datos.

“Nos gustaría que más compañías de electricidad se unieran a nuestro esfuerzo de investigación”, añade. “Cuanto más datos podamos acumular, más rápido podremos poner a prueba y mejorar el Escudo Solar”. Las compañías de electricidad trabajan con el equipo a través del Instituto de Investigaciones sobre Energía Eléctrica (Electric Power Research Institute o EPRI, por su sigla en idioma inglés). Claro que algunas tormentas también ayudarían a poner a prueba el sistema. Y están aproximándose. Se espera que el siguiente máximo solar se produzca alrededor del año 2013, de modo que es sólo cuestión de tiempo.

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