El Satélite de Investigación de la Atmósfera Superior ( UARS ) fue 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 órbita terrestre a una altitud operativa de 600 kilómetros (370 mi), con una inclinación orbital de 57 grados.
La duración original de la misión iba a ser de sólo tres años, pero se prolongó 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 seguían operativos. [2] A principios de diciembre de 2005 se realizó un último encendido para bajar la órbita del satélite a fin de prepararlo para su salida de órbita. El 26 de octubre de 2010, la Estación Espacial Internacional realizó una maniobra para evitar la presencia de desechos en respuesta a una conjunción con el UARS. [3]
El satélite fuera de servicio volvió a entrar en la atmósfera terrestre el 24 de septiembre de 2011. El acontecimiento recibió una considerable atención de los medios de comunicación, en gran medida debido a las predicciones de la NASA de que partes importantes del satélite podrían llegar a la Tierra, lo que podría poner en peligro zonas habitadas. Sin embargo, el satélite acabó impactando 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 dañan 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 relativamente débil señal de los gases traza de la radiación de fondo en la atmósfera, el CLAES debía tener una alta resolución y sensibilidad. Para lograrlo, el instrumento combinó un telescopio con un espectrómetro infrarrojo. Todo el instrumento se enfrió criogénicamente para evitar que el calor del instrumento interfiriera con las lecturas. El sistema criogénico consistía en un tanque interno de neón sólido a -257 °C (-430 °F) y un tanque externo de dióxido de carbono sólido a -150 °C (-238 °F). A medida que el neón y el dióxido de carbono se evaporaban, mantenían el instrumento frío durante 19 meses planificados. [6] Los últimos criógenos 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 a lado desde la plataforma UARS para poder observar la estratosfera y la mesosfera inferior . CLAES produjo una base de datos global de 19 meses que muestra las distribuciones verticales de gases importantes 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 terrestre (la línea del horizonte vista desde el UARS), en ambos lados de la nave espacial. Utiliza 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 (por 2), CO, CH 4 , N 2 O, NO 2 y H 2 O. Las celdas de CO 2 también permiten la medición de ozono (O 3 ), ácido nítrico (HNO 3 ) y pentóxido de dinitrógeno (N 2 O 5 ) [7]
Los objetivos específicos del 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 por lo tanto estudiar la estructura y dinámica de la región, (ii) investigar la distribución y variabilidad del vapor de agua en la atmósfera media, para 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 se producen de forma natural en el limbo de la Tierra y creó perfiles verticales de gases atmosféricos, temperatura, presión y hielo en las nubes. El MLS observa 90° desde el ángulo de la órbita del UARS. [9]
La radiación térmica entra 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 su procesamiento 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]
Hasta junio de 2005, los radiómetros de 63 y 205 GHz seguían operativos, 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 (O3 ) , cloruro de hidrógeno (HCl), fluoruro de hidrógeno (HF), metano (CH4 ) , vapor de agua (H2O ) , óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno ( NO2 ), temperatura, extinción de aerosoles, composición de aerosoles y distribución de tamaño en función de la presión atmosférica en el limbo de la Tierra. Las mediciones se realizan en ocho longitudes de onda de infrarrojos diferentes a lo largo de un campo de visión de 1,6 km (0,99 mi) de ancho del limbo de la Tierra. [10]
Se obtuvo un escaneo vertical de la atmósfera siguiendo el sol durante la ocultación. El escaneo medirá la cantidad de energía solar absorbida por los gases en la atmósfera.
Para facilitar el escaneo, el instrumento se compone de dos partes: la unidad óptica, situada en un cardán de dos ejes , y una unidad electrónica fija. La unidad óptica contiene un telescopio que recoge la energía solar, así como los detectores de gas. La unidad electrónica se encarga de los datos, el control del motor y la alimentación del instrumento.
HRDI observó las líneas de emisión y absorción de oxígeno molecular por encima del borde de la Tierra, utiliza el desplazamiento Doppler de las líneas para determinar los vientos horizontales y utiliza las formas y las intensidades 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 electrónica de soporte.
El telescopio utilizó un campo de visión estrecho para evitar que la variación del efecto Doppler en el campo de visión distorsionara los resultados. La información del telescopio se envía al procesador a través de un cable de fibra óptica .
El HRDI realizó operaciones científicas desde noviembre de 1991 hasta abril de 2005. [11]
El instrumento WINDII midió el viento, la temperatura y la tasa de emisión de la luminiscencia atmosférica y la aurora . El instrumento observó el borde de la Tierra desde dos ángulos diferentes, 45 grados y 135 grados con respecto al ángulo de movimiento de la nave espacial. Esto le permitió al instrumento leer las mismas áreas del cielo desde dos ángulos en unos pocos minutos desde la lectura anterior. [12]
El instrumento consta de un interferómetro que alimenta una cámara CCD . Los dos telescopios (de 45 grados y 135 grados) tienen cada uno un tubo deflector de un metro de largo para reducir la luz dispersa 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 capturen simultáneamente.
SUSIM midió las emisiones ultravioleta (UV) del sol. Las observaciones se realizaron 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 ultravioleta, la degradación del instrumento es un problema importante. Para solucionar este problema, el instrumento contenía dos espectrómetros idénticos. Uno 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 la irradiancia estelar solar fue diseñado para medir la radiación solar. El instrumento utilizó un método novedoso para la calibración: en lugar de calibrar con una lámpara de referencia interna, el instrumento tomó mediciones periódicas de estrellas azules brillantes, que tienen emisiones teóricamente muy estables a lo largo de intervalos del orden de la vida útil operativa de la nave espacial. La ranura de entrada del instrumento era configurable para los 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 de Máximo Solar (SMM). [14] Los resultados del experimento ACRIM1 proporcionaron los primeros descubrimientos de variaciones intrínsecas en la TSI y sus relaciones con los fenómenos de actividad magnética solar. [15] Los experimentos ACRIM han confirmado que la variación de la TSI ocurre en prácticamente todas las escalas de tiempo desde su cadencia de observación de 2 minutos hasta la duración de décadas del registro de la TSI hasta la fecha. [16] Un conocimiento preciso de la TSI y su variación a lo largo del tiempo es esencial para comprender el cambio climático. Hallazgos recientes indican que la variación intrínseca de la TSI ha tenido un papel mucho mayor (hasta el 50%) en el calentamiento global durante la era industrial de lo que predijeron anteriormente los modelos de circulación global (GCM). [17] Las profundas implicaciones sociológicas y económicas de comprender las contribuciones relativas de los factores naturales y antropogénicos al cambio climático hacen que sea 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 de la creación de la base de datos TSI a largo plazo.
El UARS fue dado de baja el 14 de diciembre de 2005. Las últimas quemas para bajar el perigeo redujeron la órbita a 518 km x 381 km. A continuación se realizó la pasivación de los sistemas del satélite. [18]
El 26 de octubre de 2010, la Estación Espacial Internacional realizó una maniobra de evitación de escombros en respuesta a una conjunción con UARS. [3]
El 7 de septiembre de 2011, la NASA anunció el inminente reingreso descontrolado 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 mi). Se esperaba que 26 piezas de escombros sobrevivieran al reingreso y golpearan la superficie, la más grande de las 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 km/h). [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 UARS, afirmando que: "El Centro de Operaciones Espaciales Conjuntas 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 y ubicación precisas de 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 escombros... Puede que nunca lo sepamos". [24] Sin embargo, el Centro de Operaciones Espaciales Conjuntas anunció más tarde que el reingreso tuvo lugar a las 04:00 UTC del 24 de septiembre, en 14°06′S 170°06′O / 14.1°S 170.1°O / -14.1; -170.1 , justo por debajo del alcance de Samoa Americana . Según la NASA, el campo de escombros del satélite se extendería entre posiciones de 300 y 800 millas (480 y 1.300 kilómetros) hacia abajo , generalmente al noreste de esta posición. [4]
