El Satélite de Investigación de la Alta Atmósfera ( UARS ) era un observatorio orbital operado por la NASA cuya misión era estudiar la atmósfera de la Tierra , en particular la capa protectora de ozono . El satélite de 5.900 kilogramos (13.000 libras) fue desplegado desde el transbordador espacial Discovery durante la misión STS-48 el 15 de septiembre de 1991. Entró en la órbita terrestre a una altitud operativa de 600 kilómetros (370 millas), con una inclinación orbital de 57 grados.
La duración original de la misión iba a ser de sólo tres años, pero se amplió varias veces. Cuando la misión finalmente terminó en junio de 2005 debido a recortes de financiación, 14 años después del lanzamiento del satélite, seis de sus diez instrumentos todavía estaban operativos. [2] A principios de diciembre de 2005 se realizó una quema final de descenso de órbita para preparar el satélite para su salida de órbita. El 26 de octubre de 2010, la Estación Espacial Internacional realizó una maniobra para evitar escombros en respuesta a una conjunción con el UARS. [3]
El satélite fuera de servicio volvió a entrar en la atmósfera de la Tierra el 24 de septiembre de 2011. El evento recibió una considerable atención de los medios de comunicación, en gran parte debido a las predicciones de la NASA de que partes sustanciales del satélite podrían llegar a la tierra, poniendo potencialmente en peligro zonas habitadas. Sin embargo, el satélite finalmente impactó en una zona remota del Océano Pacífico . [4]
CLAES era un espectrómetro que determinaba las concentraciones y distribuciones de compuestos de nitrógeno y cloro , ozono , vapor de agua y metano . Esta plataforma produjo los primeros mapas globales de compuestos clorados que agotan la capa de ozono. [5] Lo hizo infiriendo la cantidad de gases en la atmósfera midiendo la firma infrarroja única de cada gas. [6]
Para diferenciar la firma relativamente débil de los gases traza de la radiación de fondo en la atmósfera, CLAES tenía que tener una alta resolución y sensibilidad. Para lograrlo, el instrumento combinó un telescopio con un espectrómetro de infrarrojos. Todo el instrumento se enfrió criogénicamente para evitar que el calor del instrumento interfiriera con las lecturas. El sistema criogénico constaba de un tanque interior de neón sólido a -257 °C (-430 °F) y un tanque exterior de dióxido de carbono sólido a -150 °C (-238 °F). A medida que el neón y el dióxido de carbono se evaporaban, mantuvieron el instrumento fresco durante los 19 meses previstos. [6] Los criógenos finales se evaporaron del instrumento el 5 de mayo de 1993, y el instrumento se calentó, poniendo fin a su vida útil.
El instrumento miró de lado desde la plataforma UARS para permitirle mirar a través de la estratosfera y la mesosfera inferior . CLAES produjo una base de datos global de 19 meses que muestra las distribuciones verticales de importantes gases de la capa de ozono en la estratosfera y su variación con la hora del día, la estación, la latitud y la longitud.
ISAMS es un radiómetro infrarrojo para medir la emisión térmica del limbo de la Tierra (la línea del horizonte vista desde el UARS), a ambos lados de la nave espacial. Utilizó la técnica de modulación de presión para obtener una alta resolución espectral y refrigeradores innovadores de ciclo Stirling para lograr una alta sensibilidad del detector. ISAMS utiliza 7 celdas de gas para 6 gases diferentes: CO 2 (veces 2), CO, CH 4 , N 2 O, NO 2 y H 2 O. Las celdas de CO 2 también permiten medir ozono (O 3 ), ácido nítrico ( HNO 3 ) y pentóxido de dinitrógeno (N 2 O 5 ) [7]
Los objetivos específicos de ISAMS fueron: (i) Obtener mediciones de la temperatura atmosférica en función de la presión, desde la tropopausa hasta la mesopausa , con buena precisión y resolución espacial, y así estudiar la estructura y dinámica de la región, (ii) ) Investigar la distribución y variabilidad del vapor de agua en la atmósfera media, determinar su papel en la circulación atmosférica general y sus fuentes y sumideros en la atmósfera media, (iii) Medir la distribución global de óxidos de nitrógeno y, por lo tanto, investigar sus orígenes y sus funciones en los ciclos catalíticos que controlan la cantidad de ozono en la capa de ozono estratosférico. También realizó extensas observaciones de aerosoles volcánicos y nubes estratosféricas polares en la atmósfera media. El instrumento funcionó desde septiembre de 1991 hasta julio de 1992. [8]
El MLS detectó emisiones térmicas de microondas que ocurren naturalmente desde el limbo de la Tierra para crear perfiles verticales de gases atmosféricos, temperatura, presión y hielo en las nubes. MLS mira a 90° desde el ángulo de la órbita de la UARS. [9]
La radiación térmica ingresa al instrumento a través de un sistema de antena de tres espejos. La antena escanea mecánicamente en el plano vertical a través del limbo atmosférico cada 65,5 segundos. El escaneo cubre un rango de altura desde la superficie hasta 90 km (55 millas). Al ingresar al instrumento, la señal de la antena se separa en tres señales para ser procesadas por diferentes radiómetros. El radiómetro de 63 GHz mide la temperatura y la presión. El radiómetro de 183 GHz mide el vapor de agua y el ozono. El radiómetro de 205 GHz mide ClO , ozono, dióxido de azufre , ácido nítrico y vapor de agua. [9]
Todavía en junio de 2005, los radiómetros de 63 y 205 GHz seguían funcionando, pero el radiómetro de 183 GHz falló después de 19 meses de funcionamiento.
HALOE utiliza la ocultación solar para medir perfiles verticales simultáneos de ozono (O 3 ), cloruro de hidrógeno (HCl), fluoruro de hidrógeno (HF), metano (CH 4 ), vapor de agua (H 2 O), óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno . (NO 2 ), temperatura, extinción de aerosoles, composición de aerosoles y distribución de tamaño frente a la presión atmosférica en el limbo de la Tierra. Las mediciones se realizan en ocho longitudes de onda diferentes de infrarrojos en un campo de visión de 1,6 km (0,99 millas) de ancho del limbo de la Tierra. [10]
Se obtuvo un escaneo vertical de la atmósfera siguiendo el sol durante su ocultación. El escaneo medirá la cantidad de energía solar absorbida por los gases en la atmósfera.
Para facilitar el escaneo, el instrumento se dividió en dos partes: la unidad óptica en un cardán de dos ejes y una unidad electrónica fija. La unidad óptica contiene un telescopio que recoge la energía solar, así como detectores de gas. La unidad electrónica maneja datos, control del motor y energía para el instrumento.
HRDI observó las líneas de emisión y absorción de oxígeno molecular sobre el limbo de la Tierra, utiliza el desplazamiento Doppler de las líneas para determinar los vientos horizontales y utiliza las formas y fuerzas de las líneas para obtener información sobre la temperatura y la composición atmosférica. [11]
El instrumento consta de dos partes, el telescopio y el interferómetro que consta de un banco óptico y una electrónica de soporte.
El telescopio utilizó un campo de visión estrecho para evitar que la variación del desplazamiento Doppler en todo el campo de visión distorsionara los resultados. La información del telescopio se envía al procesador a través de un cable de fibra óptica .
HRDI llevó a cabo operaciones científicas desde noviembre de 1991 hasta abril de 2005. [11]
El instrumento WINDII midió el viento, la temperatura y la tasa de emisión del resplandor del aire y la aurora . El instrumento miró el limbo de la Tierra desde dos ángulos diferentes, 45 grados y 135 grados del ángulo de movimiento de la nave espacial. Esto permitió que el instrumento leyera las mismas áreas del cielo desde dos ángulos a los pocos minutos de la lectura anterior. [12]
El instrumento consta de un interferómetro que alimenta una cámara CCD . Los dos telescopios (45 grados y 135 grados) tienen cada uno un tubo deflector de un metro de largo para reducir la luz parásita durante la observación diurna. La entrada de los telescopios se coloca una al lado de la otra en el CCD para que ambas vistas se obtengan simultáneamente.
SUSIM midió las emisiones ultravioleta (UV) del sol. Las observaciones se realizan tanto a través del vacío como mediante ocultaciones del sol a través de la atmósfera. Esto permitió comparar la cantidad de luz ultravioleta que llega a la Tierra y la cantidad absorbida por la atmósfera superior. [13]
Debido a la energía de los rayos UV, la degradación de los instrumentos es un problema importante. Para ayudar con este problema, el instrumento contenía dos espectrómetros idénticos. Uno de ellos se utilizó casi continuamente durante la parte diurna de la órbita del UARS. El segundo se utilizó con poca frecuencia para verificar la sensibilidad del primero.
El Experimento de Comparación de Irradiancia Solar Estelar fue diseñado para medir la radiación solar. El instrumento utilizó un enfoque novedoso para la calibración: en lugar de calibrar con una lámpara de referencia interna, el instrumento tomó medidas periódicamente de estrellas azules brillantes, que tienen emisiones teóricamente muy estables en intervalos del orden de la vida operativa de la nave espacial. La rendija de entrada del instrumento se podía configurar para modos solar o estelar, para adaptarse a la gran diferencia en el brillo del objetivo. Además de las estrellas, SOLSTICE también tomó mediciones ocasionales de objetivos de oportunidad, incluida la luna y otros objetos del sistema solar.
El instrumento ACRIM2 del satélite UARS midió la irradiancia solar total (TSI), la energía radiante solar total que llega a la Tierra, continuando la base de datos sobre cambio climático iniciada en 1980 por el experimento ACRIM1 en la Misión Máxima Solar (SMM). [14] Los resultados del experimento ACRIM1 proporcionaron los primeros descubrimientos de variaciones intrínsecas en el TSI y sus relaciones con los fenómenos de actividad magnética solar. [15] Los experimentos de ACRIM han confirmado que la variación de TSI ocurre prácticamente en todas las escalas de tiempo, desde su cadencia de observación de 2 minutos hasta las décadas de duración del registro de TSI hasta la fecha. [16] Un conocimiento preciso del TSI y su variación en el tiempo es esencial para comprender el cambio climático. Hallazgos recientes indican que la variación intrínseca del TSI ha tenido un papel mucho mayor (hasta un 50%) en el calentamiento global durante la era industrial de lo que previamente predijeron los modelos de circulación global (GCM). [17] Las profundas implicaciones sociológicas y económicas de comprender las contribuciones relativas al cambio climático de los forzamientos naturales y antropogénicos hacen esencial que la base de datos TSI, un componente crítico de la investigación sobre el cambio climático, se mantenga cuidadosamente en el futuro previsible. El experimento UARS/ACRIM2 fue una parte importante para proporcionar la base de datos TSI a largo plazo.
El UARS fue dado de baja el 14 de diciembre de 2005. Las quemaduras finales para bajar el perigeo redujeron la órbita a 518 km x 381 km. A esto siguió la pasivación de los sistemas del satélite. [18]
El 26 de octubre de 2010, la Estación Espacial Internacional realizó una maniobra para evitar escombros en respuesta a una conjunción con el UARS. [3]
El 7 de septiembre de 2011, la NASA anunció el inminente reingreso incontrolado del UARS y señaló que existía un pequeño riesgo potencial para el público. [19] Para el 23 de septiembre de 2011, la órbita del UARS se había reducido a 175 por 185 km (109 por 115 millas). Se esperaba que 26 fragmentos de escombros sobrevivieran al reingreso y golpearan la superficie, el mayor de los cuales tenía una masa estimada de 158,30 kg (348,99 lb), posiblemente alcanzando la superficie a una velocidad de 44 metros por segundo (140 pies/s) (98 mph; 160 kilómetros por hora). [20] Se esperaba que piezas más pequeñas golpearan la superficie a hasta 107 metros por segundo (350 pies/s) (240 mph; 390 km/h). [21]
A las 07:46 UTC del 24 de septiembre de 2011, la NASA publicó una declaración actualizada en el sitio web de la UARS, afirmando que: "El Centro Conjunto de Operaciones Espaciales en la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg en California dijo que el satélite penetró la atmósfera sobre el Océano Pacífico". Inicialmente no se indicó una hora ni un lugar precisos para el reingreso. [22] [23] Nicholas Johnson, el científico jefe de desechos orbitales en el Centro Espacial Johnson de la NASA , declaró que "No sabemos dónde podría estar el campo de desechos... Puede que nunca lo sepamos". [24] Sin embargo, el Centro Conjunto de Operaciones Espaciales anunció más tarde que la reentrada tuvo lugar a las 04:00 UTC del 24 de septiembre, en 14°06′S 170°06′W / 14,1°S 170,1°W / -14,1 ; -170,1 , justo debajo de Samoa Americana . Según la NASA, el campo de escombros del satélite se extendería entre las posiciones 300 y 800 millas (480 y 1.300 km) hacia abajo , generalmente al noreste de esta posición. [4]
