Ventana al espacio (CLXXVIII)

 

La nebulosa de la Hélice, desde GALEX.

Misión al planeta Tierra: PACE

 Nuestro hogar en el sistema solar se denomina Planeta Azul no por casualidad. Más del sesenta y cinco

por ciento está cubierto por masas de agua líquida, siendo su característica más llamativa. Al menos, visto desde lejos. Acerquémonos, y veremos que la cosa cambia, hasta cierto punto. Sí, desde el espacio el agua es azul porque refleja el color del cielo, hasta que vemos que el tono cambia, dependiendo de diversos factores, como la profundidad, o falta de ella. Además, un vistazo más de cerca demuestra que el tono puede cambiar de azul a marrón, más claro o más oscuro dependiendo de los sedimentos, a verde ante la presencia de microorganismos, o a negro, rojo por contaminantes. Todo va de la salud de los océanos. 

Si los océanos son importantes en el contexto del sistema terrestre, la atmósfera no lo va a ser menos. Casualmente, hay un aspecto en que los océanos y la atmósfera están interconectados: los aerosoles. Es un aspecto difícil de estudiar, pero crucial porque, sin aerosoles, no hay nubes. Su naturaleza es diversa: puede ser polvo en suspensión levantado de los desiertos, puede ser la sal de los océanos elevada a la atmósfera... Y así una amplia gama. Que hay conexión no lo niega nadie, porque los océanos almacenan calor capturado de la atmósfera, así como gases tales como el CO², que los guarda durante años en las corrientes, y acabar liberándolos en un momento dado. Vale, ¿cómo estudiar todo esto? Con nuestro protagonista de hoy.

Gracias a un escáner visual instalado en la estación espacial Skylab los científicos entendieron que tenían una potente herramienta para ver cual es el estado de salud de los océanos. Misiones posteriores, como el satélite Nimbus 7, amplió todo aquello que suponíamos. Faltaba, esa sí, una cobertura global continua, debido a la falta de sistemas de almacenamiento de a bordo de los satélites. La cosa cambió con los satélites Terra y Aqua, y sus sensores MODIS. Con un campo ancho de visión, una resolución de 250 metros y todo un catálogo de longitudes de onda disponibles, podemos registrar lo que sucede en los océanos cada día, una tarea que sensores como los VIIRS de Suomi-NPP y los recientes satélites de NOAA, los OLCI de los Sentinel-3, y otros similares continúan sin descanso. Sin embargo, hace tiempo hubo un sensor especial dedicado, específicamente para vigilar el estudio de los océanos. Conocido como SeaWIFS, voló como la única carga del satélite OrbView-2 (o SeaStar), y usaba un total de ocho bandas espectrales en luz visible e infrarrojo cercano. Era capaz de capturar imágenes para una cobertura global con resoluciones de hasta cuatro kilómetros, así como conseguir imágenes de áreas seleccionadas con una resolución de algo más de un kilómetro, desde una órbita a 705 km de altitud. Todo limitado a la memoria de a bordo. Lanzado en agosto de 1997, operó hasta diciembre del 2010. Fue extremadamente útil, y su pérdida se sintió mucho. Los partidarios para retomarlo donde SeaWIFS lo dejó han estado presionando por una misión semejante. Hasta ahora.

¿Qué pasa con los aerosoles? Pues que ha sido un quiero y no puedo. Bueno, no tanto. Sí, hemos tenido misiones como CALIPSO y CATS, o PARASOL, cada uno con distintas aproximaciones a su estudio. Sin embargo, quien se esperaba que revolucionase el estudio de los aerosoles en la atmósfera era la misión Glory. Iba a usar un sistema de polarimetría para su estudio, de mayor resolución al del sensor POLDER de PARASOL. Pero no llegó a la órbita porque la cofia del cohete no se separó, incinerándose en la reentrada. Recientemente, experimentos en Cubesats permitieron desarrollar sistemas de polarimetría de aerosoles compactos, idóneos para incluirse en una misión de mayor en envergadura. Ya iba siendo hora.

Desarrollado por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard, el satélite PACE (Plankton, Aerosoles, Nubes y ecosistema Terrestre) está específicamente diseñado para las tareas encomendadas: los océanos, las nubes, los aerosoles, el intercambio de calor entre los océanos y la atmósfera... Es uno de los satélites más esperados.

El Centro Goddard se ha ocupado de casi todo en PACE. Suyo es el diseño, ellos la integraron, la probaron y, una vez en órbita, la operarán. Su bus es una pieza única, diseñada específicamente para la misión y sus requisitos. Una vez en órbita y desplegada, ofrecerá unas medidas de 1.5 x 1.5 x 3.2 metros, es decir bastante comedidas. En ella, claro está, se aloja lo necesario para funcionar, como computación (contando con una memoria

masiva de 1.7 terabytes), comunicaciones (banda-S para recepción de comandos y envío de telemetría, banda-Ka para transmisión de datos a alta velocidad a 600 Mbps, acoplada a una antena de alta ganancia), control de actitud triaxial, generación de energía (usando un panel solar rotatorio de tres secciones y una batería de ion-litio), y control termal. Su carga útil se compone de tres instrumentos. El principal se llama OCI, Cámara de Color Oceánico. En un paquete de casi trescientos kilogramos de masa, se encierra un radiómetro de imágenes hiperespectral de campo ancho. Un sistema óptico móvil, capaz de rotar, cubre

una extensión de casi 2700 km., suficiente como para ver el planeta entero cada dos días. El sistema, por ello, escanea de este a oeste a medida que orbita; no es como las cámaras de los últimos satélites de Landsat, que usan su propio movimiento orbital para recoger la información. Con el sistema óptico capturando la luz, ésta pasa a un divisor de haz dicrótico hasta tres sistemas de detectores: espectrógrafo azul, espectrógrafo rojo (ambos con rejillas de difracción y CCD´s como detectores) y un módulo de infrarrojo de onda corta, usando detectores de arseniuro de indio y galio con otros de mercurio-cadmio-telurio. Así, el sistema registra múltiples longitudes de onda que van desde el ultravioleta hasta el infrarrojo, un total de 119 bandas distintas. Su resolución será de aproximadamente un kilómetro. Los otros dos son polarímetros, siendo el primero SPEXone, Espectros

polarímetro para Exploración Planetaria. Basado, aproximadamente, en el sistema TROPOMI de Sentinel-5P, el sistema cuenta con un montaje que permite cinco campos de visión distintos para un único sistema detector. Todos los telescopios están formados por tres espejos, cuya luz acaba en una abertura hacia el espectro-polarímetro, cada campo de visión separado por máscaras incorporadas en su interior. De ahí, va al denominado Módulo de Modulación de Polarización, y de ahí, al espectrómetro, compuesto por cuatro espejos y una rejilla plana. Como detector, usa el mismo tipo de sensor CMOS usado para el sistema SuperCam de Perseverance, una unidad de 2048 x 2048 pixels. El instrumento registrará polarización y espectros en el rango de la longitud de onda visible que va desde los 385 hasta los 770 nm, con ángulos de visión a cero grados, más-menos 20º, y más-menos 58º, con una resolución de unos cinco kilómetros, cubriendo en modo Pushbroom un área de 100 km., necesitando un mes para obtener una imagen global.  Y el segundo es HARP2, Polarímetro de

Investigación Hiper Angular 2. Producido para volar en Cubesats, es un instrumento ligero pero altamente capaz. Usa nada más que un telescopio de gran campo de visión (la suficiente como para cubrir toda la Tierra en dos días) que entrega la luz a un prisma especial, llamado prisma Phillips, que es el que hace la divisón de polarización. Un plano focal de varios CCD's registra la luz, y sobre ellos se han instalado tiras de filtros registrando las cuatro longitudes de onda seleccionadas (441-549-669-873 nm) en 120 sectores. El sistema se ha diseñado para hacer múltiples análisis en un montón de ángulos de visión, tanto en la dirección del vuelo como hacia los laterales del campo de visión, con sesenta de ellos lateralmente para la sintonizada en los 669 nm, y diez para el resto, con resoluciones de entre uno y dos kilómetros, en ángulos de polarización a 0º, 45º y 90º. Su masa de lanzamiento alcanza, a plena carga, 1694 kg.

Como recientemente, será un Falcón 9 el lanzador usado, con su fecha de despegue fijada para el 6 de febrero. Curiosamente, será lanzado desde la plataforma 40 de Cabo Cañaveral, con destino a una órbita casi polar, sincrónica solar, a una altitud de 676.5 km. Eso obligará al lanzador a una serie de maniobras especiales para alcanzarla. Hacía tiempo que no se lanzaba desde Florida un satélite a este tipo de trayectoria.

Una vez finalizada la verificación funcional de todo el sistema, el satélite PACE iniciará su tarea primaria, de tres años de duración, con recursos para continuar durante, al menos, diez años. Muchos son los temas que tocará, una vez en funciones. Al ver de todo, desde la

atmósfera a las nubes y terminando con los océanos, buscará responder a cuestiones relacionadas con los recursos vitales, la productividad oceánica, los cambios atmosféricos, cambios en los océanos, intercambios entre tierra firme y los océanos, intercambios entre los océanos y la atmósfera, medio ambiente y ecosistemas oceánicos, proliferación de algas e impactos del ser humano. Posiblemente los más visibles son los de las proliferaciones de algas, porque algunos de estos sucesos pueden tener un impacto muy negativo en la calidad de las aguas, no sólo en lo que se refiere al baño, sino en una importante reducción en la cantidad de oxígeno en las aguas, afectando a los

microorganismos oceánicos de los que se alimentan muchos peces. Sus objetivos son, al final, cuatro: extender registros de datos  sistemáticos clave sobre el clima, la biología, ecología y biogeoquímica oceánica, junto con registros climáticos sobre nubes y aerosoles; hacer nuevas mediciones globales del color oceánico para mejorar nuestra comprensión sobre las respuestas del ciclo del carbono y del ecosistema oceánico al cambio climático; adquirir observaciones globales de las propiedades de las nubes y los aerosoles, concentrándose en reducir las mayores incertidumbres en los modelos climáticos y de emisión de energía radiante del sistema terrestre; y mejorar nuestra comprensión de cómo los aerosoles influyen en los ciclos biogeoquímicos y en los ecosistemas de los océanos y, a la inversa, cómo los procesos biológicos y fotoquímicos afectan a la atmósfera. Casi nada.

Una misión fascinante, que puede mejorar aún más cuando se ponga en órbita el satélite EarthCARE, de la ESA y JAXA. Sólo una palabra: sinergia.