Mudança da Guarda Satélite Avisá a Terra das Tempestades Solares

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Mudança da Guarda: Satélite Avisá a Terra das Tempestades
Solares
Quando o Sol desencadeia sua fúria magnética na forma de tempestades solares, vale a pena ter aviso.
As tempestades solares mais poderosas, se atingirem o campo magnético da Terra, podem bloquear as
comunicações, desestabilizar redes elétricas, danificar satélites e forçar os astronautas a bordo da
Estação Espacial Internacional a se abrigar para evitar doses prejudiciais de radiação.
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- Fig. - Sim. Uma renderização artística do Deep Space Climate Observatory (DSCOVR)
por um artista, que detectará tempestades solares potencialmente perigosas a caminho
da Terra e fornecerá até 60 minutos de alerta precoce. (inferior) DSCOVR estará
localizado a cerca de 1,5 milhão de quilômetros (932.000 milhas) da Terra no ponto de
libração L1, onde o equilíbrio das forças gravitacionais e centrípetas permite que os
satélites permaneçam em órbita quase estável. No L1 DSCOVR pode pairar no lugar
com um mínimo de consumo de combustível. Crédito da imagem: NASA
Em julho, a nova sentinela da Terra no espaço, o Deep Space Climate Observatory (DSCOVR), deverá
estar totalmente operacional. O DSCOVR pairará entre a Terra e o Sol para monitorar o vento solar e
alertar sobre tempestades climáticas espaciais. Lançado em 11 de fevereiro de 2015 a partir de Cabo
Canaveral, o satélite (Figura 1, top) está atualmente em uma jornada de 116 dias para sua nova casa
interplanetária - o ponto de libração L1, onde as forças se equilibram entre o Sol e a Terra (Figura 1, de
baixo).
Lá, cerca de 1,5 milhão de quilômetros acima do vento da Terra, o DSCOVR se tornará o US. A
sentinela de monitoramento primário do vento solar da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica
(NOAA), assumindo o lugar do venerável Explorador Avançado de Composição (ACE) da NASA, que
está estacionado em L1 desde o final dos anos 90. Na L1, uma espaçonave sentinela pode detectar
distúrbios no vento solar cerca de 15 a 60 minutos antes de atingir a Terra, proporcionando um tempo de
entrega valioso para os alertas e previsões do tempo espacial da NOAA.
O DSCOVR representa uma importante parceria entre a NOAA, a NASA e os EUA. Força Aérea para
garantir a continuidade da informação do tempo espacial e previsão.
As origens do DSCOVR
https://i0.wp.com/eos.org/wp-content/uploads/2015/03/15-0088_Knipp_4929-fig1_2COMBINED_web.jpg?ssl=1
http://www.nesdis.noaa.gov/DSCOVR/
http://www.esa.int/Our_Activities/Operations/What_are_Lagrange_points
http://www.srl.caltech.edu/ACE/
http://www.srl.caltech.edu/ACE/
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O DSCOVR, anteriormente conhecido como “Triana”, foi originalmente concebido em 1998 como uma
missão para monitorar o clima da Terra com uma missão secundária para observar aspectos do clima
espacial. Na falta de um passeio para o espaço, a NASA colocou Triana em armazenamento
ambientalmente controlado no Goddard Space Flight Center, em Maryland. Pode ainda estar lá hoje se
não fosse pelo interesse multiagency na missão secundária da nave: monitorar o clima espacial.
A ameaça do tempo espacial
Considerado há muito interessante do ponto de vista da ciência física, o clima espacial também se
tornou uma questão civil e militar premente abordada em muitas publicações. Os seres humanos se
tornaram mais dependentes de eletrônica, navegação global baseada no espaço e comunicações civis e
militares, voos de companhias aéreas transcontinentais sobre os pólos e redes elétricas interconectadas.
Todos esses sistemas estão expostos aos caprichos da atmosfera magnetizada do Sol, que podem
afetar a tênue atmosfera superior da Terra e o campo magnético circundante.
A NOAA tem a tarefa de proteger a vida e a propriedade e monitorar as mudanças diárias e de longo
prazo no ambiente espacial. Para esse fim, o Space Weather Prediction Center (SWPC) da NOAA opera
24 horas por dia, 7 dias por semana, fornecendo previsões e informações meteorológicas do espaço civil
em tempo real para a nação. O pessoal da SWPC trabalha em estreita colaboração com centros
parceiros em outros países, como Austrália, Coreia do Sul e Reino Unido.
Desde meados da década de 1970, os satélites NOAA em órbita geoestacionária (chamados de
Satélites de Ambiente Operacional Geoestacionário (GOES) monitoraram duas formas dessas
perturbações perigosas. Os mais comuns são as erupções solares, flashes de radiação intensa da
atmosfera do Sol, criadas quando as regiões locais de seu campo magnético enrolado de repente e se
reconfiguram violentamente em uma nova forma. Estes podem interromper as comunicações de rádio de
alta frequência no lado diurno da Terra. Por vezes, o Sol também pode ejetar prótons de alta energia a
partir da sua atmosfera, que, se dirigida à Terra, pode danificar satélites, interromper as comunicações
de rádio nas regiões polares e aumentar o risco de radiação para astronautas e passageiros em voos
transpolares.
No L1, o DSCOVR estará em posição de monitorar as erupções em larga escala
do campo magnético do Sol que explodem no espaço interplanetário, bem como
outras perturbações que se desenvolvem na atmosfera solar e sua extensão, o
vento solar.
No L1, o DSCOVR estará em posição de monitorar as erupções em grande escala do campo magnético
do Sol que explodem no espaço interplanetário, conhecido como ejeções de massa coronal (CMEs),
bem como outros distúrbios que se desenvolvem na atmosfera solar e sua extensão, o vento solar.
Como uma terceira forma particularmente potente de clima espacial, as CMEs são potencialmente muito
perturbadoras para o ambiente espacial da Terra. O mais rápido deles pode chegar à Terra em menos de
um dia e gerar correntes que fluem ao longo das linhas do campo magnético para a atmosfera superior,
onde podem depositar grandes quantidades de energia.
A manifestação visível óbvia desses distúrbios do vento solar é a aurora, mas existem inúmeros outros
efeitos. Durante o pior das tempestades, esses efeitos incluem fazer com que os satélites percam
altitude aumentando seu arrasto, induzindo correntes nas redes elétricas que podem reduzir sua
http://www.nesdis.noaa.gov/DSCOVR/pdf/DSCOVR%20-%20Program%20Overview%20Info%20Sheet.pdf
http://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/agu/journal/10.1002/%28ISSN%291542-7390/
http://www.swpc.noaa.gov/
http://noaasis.noaa.gov/NOAASIS/ml/genlsatl.html
http://solarscience.msfc.nasa.gov/flares.shtml
http://web.physics.udel.edu/research/space-physics/solar-energetic-particles
http://solarscience.msfc.nasa.gov/CMEs.shtml
http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=12507
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capacidade ou fazer com que falhem, degradando a precisão dos sistemas de navegação por satélite,
como o GPS, e causando aeronaves que usam o Sistema de Aumento de Área Amplamente da
Administração Federal de Aviação para abordagens de voo de precisão para confiar no sistema de
pouso de instrumentos mais antigo e limitado.
Revivendo o DSCOVR
Em meados dos anos 2000, à medida que o clima espacial se tornava uma preocupação social
crescente – e à medida que a missão ACE da NASA envelhecia muito além de sua expectativa de vida
pretendida – as três agências lembraram as capacidades climáticas espaciais de Triana e procuraram
reviver a nave cuidadosamente armazenada, desde então renomeada DSCOVR. Sob uma série de
acordos interagências, a NOAA financiou a NASA para reformar o satélite para uma missão climática
espacial primária, mantendo a maioria dos instrumentos para realizar o monitoramento climático como
um papel secundário. Os Estados Unidos A Força Aérea financiou o veículo de lançamento Falcon 9
através de seu contrato de serviços de lançamento com a empresa espacial comercial SpaceX, e a
NOAA tornou-se responsável pelas operações da missão.
Para preparar a nave para o seu novo trabalho, a NASA instalou novos componentes elétricos e uma
bateria fresca e recalibrava todos os instrumentos científicos. Além disso, a agência realocou a posição
de alguns instrumentos meteorológicos espaciais para garantir que as medições de maior prioridade
atendessem aos requisitos da NOAA.
DSCOVR’s SolarInstruments
DSCOVR’s three solar wind sensors are collectively known as PlasMag. The first is a Faraday cup—a
conductive metal cup that measures the solar wind’s positive ions—and the second is a “top-hat” electron
spectrometer that provides high temporal resolution observations of the electrons in the solar wind.
Together, they collect data on the solar wind’s speed, temperature, and density.
Finally, a magnetometer will sense the strength and direction of the magnetic field embedded in the solar
wind plasma. This information is important to forecasters because it determines how the Sun’s magnetic
field connects to the Earth’s magnetic field. If the fields are in opposite directions, they can merge more
easily, thus allowing solar wind energy access to Earth’s space environment. Knowing the solar wind
magnetic field orientation is crucial for accurate short-term space weather forecasts.
Replacing ACE
DSCOVR’s observations will maintain the continuity of observations of the solar
wind at L1, which is essential for space weather forecasting.
DSCOVR’s observations will maintain the continuity of observations of the solar wind at L1, which is
essential for space weather forecasting, and it will also bring some improvements over ACE’s
capabilities. Powerful storms sometimes saturated the ACE plasma sensor. With DSCOVR, NOAA
expects to have data coverage for all but portions of the rarest, most severe space weather events.
Additionally, measurements of the solar wind will be made at a cadence several times faster than ACE’s.
NOAA will be providing averages of these high-cadence data every second for the magnetometer and
http://www.spacex.com/news/2015/02/11/spacex-launches-dscovr-satellite-deep-space-orbit
http://www.nesdis.noaa.gov/DSCOVR/spacecraft.html
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every 3 seconds for the Faraday cup. As with NASA’s ACE, NOAA will publicly release the PlasMag data
to scientists for sensor calibration, validation, and research purposes.
As DSCOVR transits to L1, its space weather instruments are operational and performing well. Scientists
from NASA, NOAA, and the Harvard Smithsonian Astrophysical Observatory are comparing DSCOVR’s
transit data with similar observations from ACE and NASA’s Wind spacecraft—which focuses on
measuring solar wind dynamics at L1—with encouraging results.
An Earth Observatory Realized
DSCOVR’s original mission—to act as an Earth climate observatory—has also been revived. For this
investigation, DSCOVR carries two instruments designed to work in tandem.
One is a radiometer called the National Institute of Standards and Technology Advanced Radiometer
(NISTAR). It will measure the total amount of sunlight that Earth reflects and the energy it emits on its
sunlit face.
The second is the Earth Polychromatic Imaging Camera (EPIC), which will provide global images of
Earth’s dayside in numerous wavelength filters. EPIC’s observations will be used to measure ozone and
aerosols in the atmosphere, to measure properties of clouds and land and vegetation, and to estimate the
amount of ultraviolet radiation at Earth’s surface.
By combining EPIC’s images with NISTAR’s radiation measurements, scientists hope to better
understand how aerosols and clouds affect the balance of radiation striking and leaving the Earth. EPIC’s
snapshots of the whole Earth will also be posted online.
Maintaining Vigilance
Upon DSCOVR’s arrival at L1 in early June, NASA will test and calibrate its instruments for 40 days. If all
goes as planned, the satellite will be turned over to NOAA, and SWPC will begin using DSCOVR as its
primary solar wind sentinel in mid- to late July 2015. The mission will last at least 5 years.
The main limitation is propellant, which was sized for a 5-year life. However, the launch trajectory
provided by SpaceX was near perfect, and fuel usage on the way to L1 is coming in under budget. Once
DSCOVR is in orbit, a better determination of the fuel-constrained lifetime will be possible.
Plans are already afoot to ensure solar wind data remain flowing from L1 after the DSCOVR mission
ends. A replacement, known as the Space Weather Follow-on, is planned to take over. The replacement
mission is proposed in President Obama’s fiscal year 2016 budget request and will provide continuity of
solar-observing data products essential for space weather specification and forecasting.
Acknowledgments
The authors thank numerous agency officials for the insights they provided in developing this article.
Author Information
http://wind.nasa.gov/
http://www.nesdis.noaa.gov/DSCOVR/spacecraft.html
http://www.nesdis.noaa.gov/DSCOVR/spacecraft.html
http://www.spacepolicyonline.com/news/noaa-keeps-weather-and-space-weather-satellites-under-fy2016-budget-proposal
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Delores J. Knipp, Department of Aerospace Engineering Sciences, University of Colorado, Boulder; and
High Altitude Observatory, National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colo.; email:
delores.knipp@colorado.edu; and Douglas A. Biesecker, Space Weather Prediction Center, National
Oceanic and Atmospheric Administration, Boulder, Colo.
Citation: Knipp, D. J., and D. A. Biesecker (2015), Changing of the guard: Satellite will warn Earth of
solar storms, Eos, 96, doi:2015EO026579. Published on 24 March 2015.
Text © 2015. The authors. CC BY-NC 3.0
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https://undefined/mailto:delores.knipp@colorado.edu
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