Canadian Geospace Monitoring (CGSM) es un programa canadiense de ciencia espacial que se inició en 2005. El CGSM está financiado principalmente por la Agencia Espacial Canadiense y consta de redes de generadores de imágenes, fotómetros de barrido de meridianos , riómetros, magnetómetros , ionosondas digitales y radares SuperDARN de alta frecuencia . El objetivo general del CGSM es proporcionar observaciones sinópticas de la evolución espaciotemporal de la termodinámica y la electrodinámica ionosféricas en latitudes aurorales y polares en una gran región de Canadá .
La interacción entre el viento solar y el campo magnético de la Tierra tiene varias consecuencias. En resumen, se trata de la formación de la magnetosfera terrestre , el suministro de energía y materia a la [magnetosfera], y la generación de corrientes eléctricas a gran escala y el fenómeno estrechamente relacionado de la aurora . Los procesos físicos del espacio cercano a la Tierra son de interés por razones económicas y por lo que podemos aprender sobre nuestro entorno y el cosmos. Estos procesos están conectados a lo largo del campo magnético con la ionosfera de la Tierra , donde conducen a la aurora, el calentamiento, la modificación de la composición y los movimientos de plasma a gran escala . Todos estos procesos ionosféricos son interesantes por sí mismos. Además, existe una comprensión cada vez mayor de la correspondencia entre los procesos ionosféricos y los procesos que tienen lugar más lejos en el espacio cercano a la Tierra. De esta manera, las observaciones de los procesos ionosféricos se pueden utilizar para, a su vez, detectar dinámicas remotas en el espacio cercano a la Tierra.
La interacción es significativa en latitudes subaurorales, aurorales y polares, donde grandes regiones de la magnetosfera se mapean a lo largo del campo magnético en regiones relativamente pequeñas de la ionosfera, y donde la dinámica magnetosférica está controlada principalmente por el plasma en lugar del campo magnético. Esta organización es en realidad por latitud magnética en lugar de geográfica (ver Baker y Wing, [1] y referencias allí para una descripción de coordenadas magnéticas vs. geográficas). La aurora , por ejemplo, se observa con mayor frecuencia en latitudes magnéticas entre aproximadamente 60 y 80 grados (ver Eather [2] ). En el hemisferio norte, Canadá tiene la mayor masa terrestre en las latitudes magnéticas. Como consecuencia de esta llamada "ventaja canadiense", Canadá ha sido un líder mundial en investigación auroral e ionosférica basada en tierra durante décadas.
El CGSM fue concebido como un programa nacional destinado a obtener observaciones ionosféricas de clase mundial , y con las que se estudia directamente la dinámica ionosférica e indirectamente la dinámica magnetosférica . Se desarrolló con los principios rectores incorporados en cinco grandes temas científicos del desafío. En resumen, los temas científicos están relacionados con el ciclo de reconexión y convección, las inestabilidades magnetosféricas, la formación de la aurora y la aceleración, el transporte y la pérdida del plasma magnetosférico .
Los objetivos científicos del CGSM dictan los requisitos de observación. En resumen, el programa está diseñado para especificar la precipitación de partículas (aurora), las corrientes eléctricas y la convección de plasma en la ionosfera en una gran región de Canadá. Esto requiere redes de magnetómetros terrestres , ionosondas, radares de alta frecuencia, generadores de imágenes de todo el cielo, fotómetros de barrido de meridianos y riómetros. Además, estas redes deben tener campos de visión superpuestos que abarquen latitudes desde la región polar, pasando por la zona auroral , hasta latitudes subaurorales. Las observaciones deben tener una resolución temporal y espacial suficiente, y una calidad suficiente (lo que determina la calidad depende del instrumento en cuestión) para permitir que se deriven nuevos conocimientos científicos de las observaciones.
Los interesados previstos en el CGSM se reunieron en Edmonton en junio de 2002 para iniciar la planificación del programa. Se acordó un ambicioso plan que requería el despliegue de numerosos instrumentos nuevos de diversos tipos en entornos remotos difíciles. Los instrumentos tendrían que funcionar de forma autónoma durante largos períodos y sufrir pocas averías. Gran parte de los datos tendrían que recuperarse en tiempo real para que el CGSM se convirtiera en un importante programa meteorológico espacial , además de sus objetivos científicos espaciales. Sería necesario adquirir, equipar y poner en servicio nuevos instrumentos en sitios existentes y nuevos. Para lograrlo, el equipo decidió utilizar el sistema de Internet por satélite de alta velocidad HSi de Telesat Canadá , junto con una infraestructura de tecnología de la información (básicamente una red de área local glorificada con capacidades adicionales que incluían UPS , GPS y almacenamiento en disco duro adjunto). Además, los miembros del equipo solicitaron fondos a la Fundación Canadiense para la Innovación para nuevos instrumentos, y tuvieron éxito en todos los frentes. La financiación resultante permitió el despliegue (que todavía está en curso) de ocho sensores de imágenes All-Sky adicionales, catorce magnetómetros de compuerta de flujo , ocho magnetómetros de bobina de inducción y dos radares SuperDARN adicionales (los nuevos radares "PolarDARN"). Además de las instalaciones que ya estaban en funcionamiento en 2002 (del programa CANOPUS [3] de la Agencia Espacial Canadiense , el conjunto de magnetómetros CANMOS de Recursos Naturales de Canadá y los programas NORSTAR, SuperDARN y CADI respaldados por el NSERC ), el conjunto final sin duda cumplirá con los requisitos científicos.
El CGSM comenzó formalmente con la emisión de contratos a equipos de la Universidad de Calgary (fotómetros, riómetros, ASI), la Universidad de Alberta (simulación, gestión de datos, magnetómetros fluxgate) y la Universidad de Saskatchewan (radares SuperDARN HF con un subcontrato a la Universidad de Western Ontario para ionosondas digitales), Recursos Naturales de Canadá (operaciones meteorológicas espaciales) y el Consejo Nacional de Investigación (monitor solar). Además, la Universidad de Calgary desarrolló un nuevo sistema para gestionar la tecnología de la información en los sitios remotos. En 2007, el CSA convocó propuestas para la segunda fase del CGSM. En octubre de 2007 se presentaron más de 20 propuestas y en 2008 se adjudicaron contratos para continuar y mejorar las actividades del CGSM.
En una revisión reciente de los principales proyectos científicos espaciales canadienses, Liu et al. [4] señalaron que el CGSM es una instalación única, debido en parte al hecho mencionado anteriormente de que la mayor parte de la región auroral del hemisferio norte que se puede detectar de forma remota desde la Tierra está sobre territorio canadiense, y en parte debido a una inversión significativa en nueva infraestructura experimental que se está realizando y se realizará durante el período 2004-2010.
El CGSM complementa numerosos programas satelitales y terrestres internacionales. Las sinergias entre el CGSM y las misiones satelitales, por ejemplo, son muy importantes. Los satélites miden los procesos de plasma que se desarrollan en la magnetosfera y la ionosfera directamente utilizando magnetómetros y detectores de campos eléctricos, ondas de plasma y partículas. Sin embargo, estos procesos son verdaderamente multiescala, con tamaños de escala importantes que van desde kilómetros o menos hasta decenas de miles de kilómetros. Las observaciones satelitales son esenciales porque son nuestra única mirada directa a los procesos de interés. Al mismo tiempo, los satélites son como "agujas en un pajar", debido a los enormes tamaños de escala del sistema magnetosférico y al hecho de que todas las escalas parecen ser importantes en la dinámica general.
La dinámica magnetosférica se proyecta a lo largo de las líneas del campo magnético en la ionosfera y es visible, por ejemplo, en los cambios en la aurora y en los movimientos del plasma ionosférico a gran escala . De este modo, obtenemos una imagen bidimensional de la dinámica magnetosférica que proporciona un complemento esencial a las observaciones por satélite. Esta sinergia y su valor para el avance de la ciencia han sido cada vez más reconocidos en los últimos años. La misión Cluster de la Agencia Espacial Europea incluyó un Grupo de Trabajo Terrestre que se creó con el propósito expreso de maximizar el impacto de las observaciones terrestres coordinadas (véase Amm et al., [5] para una descripción del impacto del Grupo de Trabajo Terrestre Cluster). La misión THEMIS de la NASA, compuesta por cinco satélites y lanzada el 17 de febrero de 2006, incluye un componente terrestre que consta de 20 observatorios terrestres (algunos de los cuales incorporan datos del magnetómetro CGSM), lo que indica el reconocimiento de la importancia de las observaciones terrestres coordinadas.