Investigadores de la UPC participan en una misión espacial para estudiar los rayos gigantes

Investigadores de la UPC participan en una misión espacial para estudiar los rayos gigantes

La misión espacial ASIM observa, registra y analiza las tormentas eléctricas más violentas de la atmósfera

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El grupo de investigación de Rayos, Electricidad Atmosférica y Alta Tensión (LRG) participa en la misión espacial ASIM para observar, registrar y analizar las tormentas eléctricas más violentas de la atmósfera. El objetivo es contrastar los datos recogidos por un observatorio instalado en la Estación Espacial Internacional (ISS), que medirá las emisiones terrestres de alta energía en la atmósfera, con los datos que obtiene la UPC en diferentes puntos del planeta.

03/04/2018

ASIM es el acrónimo de Atmosphere Space Interactions Monitor, el nombre con el que la Agencia Espacial Europea (ESA) ha bautizado una misión científica cuya finalidad es mejorar los modelos para estudiar el clima y cuantificar el efecto de los procesos eléctricos y químicos más violentos que tienen lugar entre la Tierra y la ionosfera, por encima de las grandes tormentas; son los llamados Terrestre Gamma Ray Flashes (TGF) y los Transients Luminous Events (TLE). En la misión participan científicos de Dinamarca, Noruega y de España, donde lidera el proyecto el investigador Víctor Reglero, de la Universidad de Valencia. En el proyecto participa también el Instituto de Astrofísica de Andalucía del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). Por parte de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), el coordinador es Joan Montanyà, del grupo de investigación de Rayos, Electricidad Atmosférica y Alta Tensión, equipo que ha recibido para este proyecto dos millones de euros del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (MINECO). Este equipo está formado por investigadores y profesores de la Escuela Superior de Ingenierías Industrial, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa (ESEIAAT).

Para participar en la misión ASIM, el grupo de la UPC ha instalado equipos de grabación de muy alta precisión, únicos en Europa, en diferentes lugares como el Delta del Ebro, Santa Marta y la isla de San Andrés (en Colombia) o la isla de Curaçao (en Las Antillas), para observar, registrar y analizar sprites y jets gigantes. Estos fenómenos son grandes descargas eléctricas que se generan entre la parte superior de las nubes de tormenta y la ionosfera, y pueden alcanzar una altitud de hasta 90 km.

Los datos obtenidos por el grupo LRG se contrastarán con los datos que obtenga ASIM, el observatorio de rayos Ultra Violeta, Rayos X y Rayos Gamma, en la misión lanzada por la NASA el 2 de abril desde Cabo Cañaveral. Este instrumento se acoplará a la plataforma externa del módulo Columbus de la Estación Espacial Internacional (ISS) para observar la atmósfera de la Tierra. Medirá concretamente tormentas extremas, vapor de agua, nubes, aerosoles y su interacción entre la atmósfera y el espacio.

El instrumento instalado en la ISS consta de dos partes. El Monitor de Alta Energía (MXGS), que detectará desde el espacio el punto donde se originan las emisiones de alta energía (TGF), fenómenos que causan una gran actividad magnética en la alta atmósfera y que pueden excitar la cavidad (el espacio) entre la Tierra y la ionosfera. Mediante las resonancias de Schumann (llamadas así en honor del físico alemán Winfried Schumann que las predijo matemáticamente en 1954), esta actividad magnética en la alta atmósfera se puede detectar, siempre y cuando se mida desde la Tierra. La otra parte del instrumento es el MMIA (equipo de cámaras de alta sensibilidad) y observa estos fenómenos con cámaras de altas prestaciones (muy alta velocidad y sensibilidad) para complementar la información obtenida y poder realizar análisis más precisos de lo que está ocurriendo.

Para realizar las observaciones desde la Tierra y poderlas contrastar con las que obtenga el ASIM, el grupo de la UPC cuenta con un equipo de última generación, que consta de tres cámaras de muy alta velocidad y con intensificadores de luz que pueden llegar a captar más de 100.000 imágenes por segundo. El grupo de científicos de la UPC es pionero en el estudio de los rayos en el ámbito europeo. Desde 2001 estudia las condiciones de las tormentas, la actividad de rayos y su relación con los TGF y TLE. Desde su laboratorio en el Campus de Terrassa, obtienen imágenes de vídeo de alta velocidad de rayos, sprites y jets gigantes, y complementan esta información con la red Lightning Mapping Array (LMA), que permite reproducir el comportamiento de la actividad eléctrica en tierra en 3D para estudiar los mecanismos de rayos relacionados con la dinámica de las descargas violentas de Alta Energía X y Gama de muy corta duración (TGF y TLE).

Desvelando la incógnita científica
Según explica Joan Montanyà, director del grupo de Rayos, Electricidad Atmosférica y Alta Tensión, "los datos que obtenga la misión ASIM serán muy valiosos para estudiar el cambio climático, el efecto invernadero o las tormentas severas". También serán de gran utilidad "para desarrollar nuevos instrumentos de análisis de los fenómenos magnéticos y descubrir los misterios de la generación de todo tipo de fenómenos eléctricos en la atmósfera terrestre”, añade el científico, y concluye: “De hecho, el conocimiento sobre el origen, naturaleza y comportamiento de estos fenómenos violentos es una incógnita desde hace años".

En 1989 se descubrió que entre las nubes de tormenta y la ionosfera se producen los llamados sprites y jets gigantes. En 1994 la revista Science publicó un artículo en el que, de manera casi casual, los primeros detectores de partículas de alta energía del satélite BATSE percibieron desde el espacio emisiones de muy alta energía procedentes de la Tierra y que estas emisiones se relacionaban con la formación de grandes tormentas eléctricas. En 2003 se empieza a especular sobre la idea de que las emisiones de muy alta energía (TFG) tienen relación con las grandes descargas eléctricas.

En este sentido, el observatorio instalado por la misión espacial ASIM servirá, entre otras cosas, para responder de manera objetiva esta incógnita científica. Por ello, una gran aportación del instrumento MXGS es la incorporación de una Máscara Codificada (sistema óptico) que determinará, de forma muy precisa el origen de los TFG y su fuente. Con la ayuda de las observaciones y del trabajo de los investigadores de la UPC, que determinarán desde la Tierra la situación de las tormentas que originan estas emisiones, se podrá profundizar en el estudio de estos fenómenos.

Por otra parte, la UPC y el Servicio Meteorológico de Cataluña han firmado un acuerdo a partir del cual los meteorólogos podrán disponer de los datos obtenidos por la UPC, lo que contribuirá a mejorar y precisar las predicciones meteorológicas.

Más información:

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Imagen del cohete Falcon 9 de SpaceX y de la cápsula Dragon, donde se encuentra el instrumento de ASIM, que enlazará con la Estación Espacial Internacional.

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Esquema de la misión espacial ASIM

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Imagen de sprites (TLE)

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A la izquierda, Joan Montanyà, responsable del grupo LRG de la UPC, y a la derecha, Victor Reglero, responsable del grupo español e investigador de la UV

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