Concepto artístico de la Misión Recuperación de Gravedad y
Experimento Climático (GRACE) de
diciembre de 2002.
"Revolucionaria" es una palabra que se
oye a menudo cuando se habla de la Misión
GRACE.
Los satélites gemelos del Experimento de los Estados
Unidos / Alemania la Misión
Recuperación de Gravedad y del Clima que
fue puesta en marcha el 17 de marzo del año 2002 ha permitido que sus datos obtenidos en los 15
años de vigencia, hayan transformado la vista de los científicos, de cómo se mueve y almacena el agua en todo el planeta.
"Con GRACE, hemos creado efectivamente un
nuevo campo de la teledetección desde los vehículos espaciales: el seguimiento
del movimiento del agua a través de su masa," dijo Michael
Watkins, científico del proyecto GRACE original y ahora director del
Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en Pasadena, California.
Al igual que muchas
otras transformaciones, GRACE empezó con una idea. "La idea completamente nueva acerca de la gracia fue la percepción
de que la medición de la masa le da una forma de estudiar el sistema de la
Tierra", dijo el investigador principal Byron Tapley, director del
Centro para la Investigación Espacial y profesor en la Escuela Cockrell de Ingeniería
de la Universidad de Texas en Austin. Que miden los cambios en la masa, la
cual ha sido una clave para descubrir cómo el agua y la tierra sólida están
cambiando en lugares donde los seres humanos no pueden ir o no pueden ver.
Enlace al video: 15 Years of GRACE Earth Observations
Durante 15 años, la misión
GRACE ha desbloqueado misterios de cómo el agua se mueve alrededor de nuestro
planeta. Se nos ha dado el primer punto de vista de los acuíferos subterráneos
detectados desde el espacio, que muestran como las capas de hielo polares y los
glaciares de montaña, se están derritiendo rápidamente.
El peso del agua
Cuanto mayor es la masa de un objeto, mayor será su
fuerza gravitatoria. Por ejemplo, las Montañas Rocosas ejercen más fuerza gravitatoria que las llanuras del Medio Oeste. Los seres
humanos no se dan cuenta de esta pequeña diferencia, pero los satélites lo hacen. Mientras orbitan la Tierra, los satélites aceleran muy
ligeramente a medida que se acercan a una característica masiva, y son más lentos
a medida que se alejan.
La
gran mayoría de la fuerza gravitacional de la Tierra se debe a la masa del
interior de la Tierra. Una pequeña parte, sin embargo, es debido a la masa de
agua en o cerca de la superficie terrestre. Los océanos, ríos, glaciares cambian el agua subterránea mucho más
rápidamente de lo que lo hace interior de la Tierra, en respuesta a los cambios
de estaciones, tormentas, sequías y otros efectos meteorológicos y
climáticos.
GRACE
creció desde el reconocimiento de que una misión especialmente diseñada donde
se podía observar estos cambios en el agua desde el espacio, revelando secretos
ocultos del ciclo del agua.
GRACE
mide los cambios en la masa a través de sus efectos sobre los satélites gemelos
que orbitan uno detrás de otro a 220
kilómetros de distancia (137 millas). Las pequeñas aceleraciones y deceleraciones
causadas por el cambio de masa por debajo de la nave espacial, alteran la
distancia entre ellos muy ligeramente, por unas pocas micras (una fracción del
diámetro de un cabello humano).
Para
medir esta distancia siempre cambiante, la nave espacial registra los pulsos constantes de microondas de cada haz, entre uno y el otro, además, el
tiempo de la llegada de las señales de retorno. El GPS hace un
seguimiento de la nave espacial, donde están en relación con la superficie de
la Tierra, y los acelerómetros a bordo de las fuerzas de registro en la nave
espacial distinta de la gravedad, tales como la resistencia atmosférica y la
radiación solar. Los científicos procesan estos datos para producir mapas
mensuales de las variaciones regionales en la gravedad global, que muestra cómo
el agua se ha movido cada mes sobre o
cerca de la superficie de la Tierra.
Cuando
la NASA selecciona esta compleja misión, de alta precisión en su lanzamiento, bajo el programa del
Sistema de Ciencias de la Tierra Pathfinder, "Mucha gente pensó que era un poco improbable que en realidad
podría traer si fuera poco," dijo Tapley. Él atribuye el éxito de la
misión a una estrecha colaboración entre la NASA y dos socios alemanes, el
Deutsches Zentrum für Luft-und Astronáutica (DLR, la agencia aeroespacial
alemán) y el Centro de Investigación Centro Helmholtz de Potsdam Alemán de Geociencias
(GFZ), con el liderazgo de originales co-investigador principal Christoph
Reigber y director del proyecto de Frank Flechtner GFZ.
La
colaboración ha funcionado muy bien, de acuerdo con Flechtner quien ahora ha
tomado el papel de co-investigador alemán principal de Grace. "Es como si fueramos una sola familia
en ambos lados del Atlántico."
GRACE
fue construida en Alemania por Airbus Defensa y Espacio. DLR adquirió un "Rockot"
ruso como vehículo de lanzamiento. GFZ
está involucrado en el sistema de Estados Unidos / Alemán de Datos de Ciencia y
operaciones de la Misión en el Centro de Operaciones Espaciales DLR's
alemán. Las operaciones del segmento terrestre de GRACE están actualmente
cofinanciado por GFZ y la Agencia Espacial Europea (ESA).
NASA,
ESA, y GFZ DLR están apoyando la continuación de las medidas de redistribución
de masa en el sistema de la Tierra.
Lo que GRACE nos ha
enseñado
Aquí están algunos
puntos destacados de los descubrimientos de GRACE durante sus 15 años de operaciones. Estos
descubrimientos reflejan el trabajo de los investigadores de todo el mundo, que
han desarrollado técnicas innovadoras para utilizar los datos y combinarlos con otras
observaciones y modelos para nuevos conocimientos sobre el sistema de la
Tierra.
El agua subterránea
El agua almacenada
en el suelo y los acuíferos bajo la superficie de la Tierra se miden muy escasamente en todo el mundo.
En la descripción
de la contribución de GRACE para entender este recurso vital, el Científico
Senior del JPL del agua Jay Famigliett comentó: "No puedo pensar en otra serie de medidas que por lo que han
revolucionado la ciencia."
El
Hidrólogo Matt Rodell del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, en
Greenbelt, Maryland, hizo su investigación doctoral sobre los usos hidrológicos
de GRACE. Rodell dijo que nadie supuso que GRACE revelaría antes del
lanzamiento el agotamiento del agua subterránea que se desconocía, pero en la
última década, fue Famiglietti y otros investigadores los que han encontrado
más y más lugares donde los humanos bombean en forma más rápida el agua
subterránea, en relación a como se repone.
En
2015, su equipo publicó un estudio exhaustivo que muestra un tercio de cuencas de agua subterránea más grandes
de la Tierra , que se están agotando rápidamente.
Los suelos secos
pueden añadir la sequía como un riesgo que puede aumentar la longitud de una
sequía. Rodell y su equipo ofrecen mediante GRACE datos sobre la humedad del suelo y el agua
subterránea profunda a la mitigación
de la sequía mediante el Centro Nacional en cada semana, utilizando un modelo hidrológico
para calcular cómo la humedad está cambiando a lo largo de un mes entre un mapa
y el siguiente. Los datos se utilizan en la preparación semanal de mapas de riesgo de
sequía en los Estados Unidos.
Derretimiento de
las capas de hielo
La
Antártida es uno de los lugares más
difíciles del mundo para recopilar datos, y Groenlandia no se queda
atrás.
Sin
embargo, necesitamos saber qué tan rápido estas capas de hielo se están
derritiendo para lograr a una mejor comprensión de las tasas y variaciones de
nivel del mar en todo el mundo.
Los
científicos que estudian las capas de hielo y los glaciares fueron los primeros
en empezar a trabajar con los datos de GRACE para extraer la información que
necesitaban. A mediados de los años 2000, Jianli Chen (Universidad de
Texas en Austin); Isabella Velicogna (Universidad de California, Irvine); y
el fallecido John Wahr, utilizando las estimaciones de la altura cambiante de
las capas de hielo y otros tipos de datos, mostraron que las pérdidas de
hielo de Groenlandia y la Antártida fueron dramáticamente más grande que lo estimado previamente.
Puesto
que GRACE puso en marcha sus mediciones estas muestran como Groenlandia ha ido perdiendo un
promedio de cerca de 280 giga toneladas
de hielo por año - un poco menos de dos veces el peso del Monte Everest - y
la Antártida ha perdido un poco
menos de 120 gigatoneladas al año. Hay
indicios de que ambos se funden con las tasas que están aumentando.
El nivel del mar
El
nivel del mar está aumentando, tanto por el derretimiento del hielo de la
tierra el cual está fluyendo hacia el océano y porque el agua de mar se expande
cuando se calienta.
Los
científicos tienen una medición muy precisa y continua, de las alturas del
nivel del mar en todo el mundo a partir de 1992, La Misión NASA-Francés Topex-Poseidon ha continuado
a través de la serie de Jason de las misiones de altimetría del nivel del mar.
Las
mediciones de altimetría, sin embargo, sólo ven el pleno efecto de los cambios
de altura del océano desde todas las causas - el calentamiento, la fusión del
hielo y el escurrimiento de la tierra. Para tener una visión en
profundidad de los procesos responsables de los cambios, los científicos
necesitan saber cuál es la gran parte
del efecto total que se debe a cada uno.
Con
GRACE, los científicos son capaces de distinguir entre los cambios en la masa
de agua y los cambios en la temperatura del océano. Un ejemplo del valor
de esta capacidad es un estudio dirigido por la científico del
proyecto GRACE, Carmen Boening del JPL, que mediante la documentación obtenida
en el año 2011, logra explicar la significativa caída en el nivel del mar
cuando ocurrió el evento de La Niña en ese año.
El
estudio mostró que el agua que salió del océano, causando la caída en el nivel
del mar, fue compensada por la lluvia caída
sobre Australia, Sudamérica y Asia. El hallazgo dio a los científicos una
nueva visión sobre el ciclo global del agua.
Sólidos cambios de
la Tierra
El manto viscoso
bajo la corteza de la Tierra también se está moviendo muy ligeramente en
respuesta a los cambios en la masa de agua cerca de la superficie. GRACE
tiene una comunidad de usuarios que calculan estos cambios para su
investigación. Los Científicos del JPL Surendra Adhikari y Erik
Ivins recientemente utilizan los datos de GRACE para calcular
la pérdida de la capa de hielo y el agotamiento del agua subterránea, que en realidad, han cambiado la rotación de la
Tierra debido a como el sistema se ajusta a estos movimientos de masas.
Planificadores de GRACE
no tenían muchas esperanzas de que la medición de la Misión podrían ser
utilizados para identificar los cambios bruscos en la masa asociadas a los
grandes terremotos, debido a la diferencia de escala: Los terremotos son
repentinos y locales, mientras que los mapas mensuales de GRACE promedian una
área del tamaño de Illinois en un mes entero de tiempo. Sin embargo,
mediante la elaboración de nuevos procesamiento de datos y técnicas de
modelización, los investigadores han encontrado una manera de aislar los
efectos de los terremotos. "Somos
capaces de medir el cambio de masa instantánea en un terremoto, y hemos
encontrado que hay una relajación muy medible que se prolonga durante uno o dos
meses después del terremoto," dijo Tapley. Estas mediciones
proporcionan una visión sin precedentes de lo que está sucediendo muy por
debajo de la superficie de la Tierra debido a los grandes terremotos, como el caso de Sumatra en
2004 y Tohuku en 2011 (Japón), ambos causaron devastadores tsunamis.
El futuro
Al
cumplir GRACE 15 años, ha significado
que ha durado tres veces más tiempo de lo previsto originalmente. Los gerentes
del proyecto han hecho todo lo posible para extender su vida, pero la nave se
quedará sin combustible pronto - probablemente este verano.
NASA
y GFZ han estado trabajando a partir de 2012 en una segunda Misión GRACE, la cual se ha llamado GRACE Follow-On (GRACE-FO), con Alemania de nuevo en la
adquisición de un vehículo de lanzamiento y los satélites gemelos construidos
en Airbus en Alemania. "Con la
gracia, hemos adquirido nuevos conocimientos sobre cómo evolucionan los
recursos globales y regionales de agua", dijo Frank Webb, científico
del proyecto GRACE-FO. "A través de GRACE-FO, vamos a ampliar
en los próximos diez años nuestra capacidad de obtener una imagen precisa del
ciclo global del agua."
La
Misión GRACE-FO está programada para
su lanzamiento entre diciembre de 2017 y febrero de 2018.
La
nueva Misión se centra en la continuación exitosa de los registros de datos de
GRACE. Los nuevos satélites utilizaran un hardware similar al de GRACE y
también llevarán un demostrador de tecnología con un nuevo instrumento láser para realizar un seguimiento de la
distancia de separación entre los satélites. El instrumento láser tiene el
potencial de producir una medición aún más precisa.
"GRACE-FO nos permite continuar
con el legado revolucionario de gracia", dijo Watkins, del JPL. "No están seguros de ser los resultados
más inesperados e innovadoras por delante".
Esta visualización de un modelo de gravedad se ha creado con los datos de recuperación de la gravedad de la NASA y Experimento Climático (GRACE) y muestra las variaciones del campo gravitatorio de la Tierra.
Traducción
libre de Soca
Animación de la Gravedad Global de GRACE - Crédito GRACE Tellus- JPL
Esta visualización de un modelo de gravedad se ha creado con los datos de recuperación de la gravedad de la NASA y Experimento Climático (GRACE) y muestra las variaciones del campo gravitatorio de la Tierra.
La gravedad está determinada por la masa. masa de la Tierra no se distribuye por
igual, y también cambia con el tiempo.
Los colores de esta imagen representan
las anomalías de gravedad medidos por la gracia. Uno puede definir la gravedad estándar
como el valor de la gravedad para un perfectamente lisa "idealizada"
de la Tierra, y la gravedad 'anomalía' es una medida de la gravedad real se
desvía de esta norma. Red muestra
las áreas donde la gravedad es más fuerte que el valor suave, estándar, y azul
revela áreas donde la gravedad es más débil.
GRACE es un esfuerzo de colaboración
entre el Centro de Investigación Espacial de la Universidad de Texas, Austin; Laboratorio de Propulsión a Chorro de
la NASA, en Pasadena, Calif .; el
Centro de Investigación Alemán de Geociencias, Potsdam y la Agencia Espacial
Alemana.
Fuente:
(compilación): JPL NASA / GRACE / GRACE Tellus