Fer un seguiment de les naus espacials mentre l’aigua de la Terra altera el seu gir

Les forces en joc canvien el dia

Les forces gravitatòries externes, principalment del Sol i la Lluna, actuen constantment i previsiblement al nostre planeta. Tot i que l’enorme gravetat del Sol manté la Terra en òrbita, el suau estirada de la Lluna, durant milers de milions d’anys, ha alentit de forma espectacular el seu gir, augmentant la durada d’un dia a la Terra.

Quan es va formar la Terra per primera vegada, un dia feia entre sis i vuit hores de durada i un any hauria consistit en més de 1000 amanides i postes de sol.

Més a prop de casa, hi ha forces en joc que tenen efectes molt més ràpids i imprevisibles. Els terratrèmols, els vents atmosfèrics, els corrents oceànics i, fins i tot, la mateixa activitat humana, actuen sovint i de manera imprevisible per redistribuir la massa al voltant del planeta, alterant la velocitat de gir de la Terra i l’orientació del seu eix de gir.

Conservació de l’impuls

La “conservació de l’impuls angular” és una llei de la física que explica per què un patinador artístic que gira amb els braços fora pot sobtadament accelerar-se tirant dels braços cap al seu cos.

El gir de la Terra també es veu afectat per la distribució del pes al voltant del planeta. Els terratrèmols, de manera notable, acceleren el gir del nostre planeta en un instant, reordenant la matèria a través de l’escorça i el mantell superior, augmentant d’una manera petita però no menyspreable la durada del dia.

El 2011, un terratrèmol de 9,0 graus de magnitud va assolar el Japó, que va causar tràgicament milers de vides i va causar danys innombrables. També duren sis minuts ha reduït la durada del dia en 1,8 microsegons (un microsegon = una milionèsima de segon) i va canviar la posició de l ‘”eix de la figura” de la Terra, una línia imaginària al voltant de la qual s’equilibra la massa del món, en uns 17 cm. (L’eix de la figura és l’eix d’equilibri de massa de la Terra, mentre que l’eix de rotació oscil·la al seu voltant.)

També s’estan produint efectes molt més grans causats pels vents atmosfèrics i els corrents oceànics, així com per la fusió de les glaceres i els casquets de gel. A mesura que el gel es fon o es trenca a l’oceà, el nivell del mar augmenta i la massa de la Terra es redistribueix, de manera que es troba més a prop d’aquest eix central, escurçant la durada del dia.

Aquests canvis no tenen res de què preocupar-se, desapercebuts per al nostre dia a dia. Però quan es tracta de volar naus espacials a través de l’espai profund o mantenir-se sincronitzats amb els satèl·lits en òrbita, aquests petits canvis poden significar la diferència entre trobar i perdre la vostra missió.

Mantenir les missions de l’ESA

Per fer missions de l’ESA, l’Agència depèn dels anomenats EOP, que descriuen les irregularitats en la rotació del planeta. Si no els coneixeu, teniu un problema real.

“El nostre estacions terrestres estan en comunicació amb naus interplanetàries a milions de quilòmetres de distància. Cal apuntar-los amb una precisió extrema per dirigir-se a aquests objectes relativament petits ”, explica Werner Enderle, cap de l’ESA Oficina de Suport a la Navegació amb seu a l’Agència ESOC Centre d’Operacions a Darmstadt, Alemanya.

“Un grau a la Terra equival a milers de quilòmetres a l’espai, de manera que si no teniu valors precisos per a l’orientació de la Terra, podeu estar molt lluny”.

Obtenir aquests paràmetres requereix una gran quantitat de treball analitzant els efectes acumulatius del temps, el canvi climàtic i l’activitat geològica. Com que aquests sistemes són tan complexos, actualment podem calcular els canvis en l’orientació de la Terra en períodes de temps relativament curts, setmanes i mesos per endavant.

L’ESA determina l’orientació de la Terra

Actualment, aquests paràmetres vitals els proporciona l’Observatori Naval dels Estats Units (UNSO), basat en les contribucions d’institucions de tot el món, inclosa l’ESA. Tanmateix, l’ESA treballa per determinar els seus propis valors EOP, garantir l’accés independent a l’espai d’Europa i eliminar la dependència d’un proveïdor extern. Aquests valors d’orientació, calculats per un equip de l’oficina de suport a la navegació, es posaran a disposició gratuïta durant la tardor d’aquest any.

L’eina estima i prediu l’orientació i la rotació de la Terra amb fins a 90 dies d’antelació mitjançant mesures basades en l’espai de sistemes de navegació global per satèl·lit (GNSS) i Satellite Laser Ranging, entre d’altres, un àmbit en el qual l’oficina té una gran experiència.

“El nostre algoritme utilitza les condicions atmosfèriques i meteorològiques, l’activitat sísmica, la velocitat a la qual augmenta el nivell del mar i el gel de la Terra es fon i una gran quantitat d’altres variables, que interactuen de maneres complexes i difícils de predir”, explica Erik Shoenemann , Enginyer de navegació a l’ESOC que dirigeix ​​el projecte.

“És fàcil donar per descomptat aquests valors, però totes les activitats de vol espacial es basen en ells i es fa molta feina per aconseguir-los. Estem molt contents de disposar ara de la nostra pròpia font d’aquestes dades, garantint la nostra capacitat per dur a terme missions complexes en diferents òrbites i rebre les increïbles dades que envien a casa ”.

Fins ara, les primeres proves mostren que el nou algorisme de l’ESA supera de manera significativa els que s’utilitzen actualment, marcant un pas important per garantir l’accés independent a l’espai d’Europa.