COSMIC består av en konstellation av sex mikrosatelliter, den första att använda radio ockultation. Illustration med tillstånd av Orbital Sciences Corporation Har du någonsin undrat varför din Global Positioning System (GPS) -enhet ibland placerar dig mitt i en byggnad, när du är ganska säker på att du fortfarande är på gatan eller trottoaren? Frustrerande, ja, men problemet är inte med noggrannheten i själva GPS -nätverket (GPS -satelliternas platser är kända ganska exakt). Problemet kommer från störningar i GPS -signalen som orsakas av atmosfären runt dig. Temperatur, tryck och luftfuktighet i luften - och till och med elektriska variationer i den övre atmosfären - har alla en kumulativ effekt på GPS -signalen när den når din plats.
Förvandla vice till dygd, KOSMISK är ett banbrytande gemensamt projekt av USA och Taiwan som lyssnar på distorsionen i GPS -signalen och beräknar information som kan användas för att förbättra väderprognoser, förutsäga klimatförändringar och övervaka jordens förändrade magnetism.
Med hjälp av ett koncept som utvecklades på 1960 -talet för Mariner IV -uppdraget till Mars, och baserat på framgången med ett preliminärt proof-of-concept-experiment (Global Positioning System/Meteorology, eller GPS/MET) i slutet av 1990 -talet, University Corporation for Atmospheric Research (UCAR) i Boulder, Colo., och Taiwans National Space Organization (NSPO) nådde en överenskommelse 2001 för att utveckla ett mer robust experimentprogram. Medan dess officiella titel är Formosa Satellite Mission #3/Constellation Observing System for Meteorology, Jonosfär och klimat (FORMOSAT-3/COSMIC), det kallas i allmänhet i USA helt enkelt som COSMIC. NSPO tillhandahåller 80 procent av finansieringen på 100 miljoner dollar för projektet, med UCAR och andra amerikanska byråer som tillhandahåller resten [källa:Henson].
Kanske mer intressant än COSMICs namn är vad det föreslår att göra. Dess femåriga uppdrag är att visa att det inte tar mycket resurser för att tillhandahålla den typ av grundvetenskap som behövs för att omdefiniera meteorologi och börja bygga arkivet för exakta klimatologiska data som behövs för att förbättra befintliga klimatmodeller. Detta kommer i sin tur att lära oss mycket om klimatförändringar.
I sista hand, observationerna från COSMIC kan göra det möjligt för oss att förutsäga orkaner, torka, andra större naturkatastrofer och till och med åskväder mycket mer exakt.
Nästa, låt oss ta en titt på de olika komponenterna som utgör COSMIC.
Innehåll
COSMIC lanserades den 14 april, 2006 från Vandenberg Air Force Base i Kalifornien. Foto med tillstånd av Orbital Sciences Corporation COSMIC består av ett nätverk av satelliter, markstationer och datacenter.
Satelliter
Lanserades den 14 april, 2006 på en enda Minotaur -raket, "konstellationen" av sex cylindriskt formade KOSMISKA mikrosatelliter tog mellan ett till två år att nå operativ höjd och position [källor:COSMIC webbplats, Fong]. Varje satellit väger cirka 110 kilo och är cirka 116 centimeter bred och 18 centimeter hög, och var och en bär samma uppsättning av tre instrument ombord. Vi kommer att täcka dessa instrument och vad de gör lite senare, men generellt sett dessa satelliter gör detaljerade mätningar över atmosfären varje dag.
COSMIC -satelliter befinner sig i en polar bana, vilket betyder att de under varje resa runt planeten passerar över båda polerna. Skiljas av 30 längdgrader och arbetar cirka 800 kilometer över planeten, satelliterna tillsammans är optimerade för att täcka hela jordytan så ofta som möjligt [källa:Anthes].
Eftersom uppdraget är nytt och begränsat till sex satelliter, ibland uppstår tekniska problem. När som helst, flera av satelliterna upplever låg effekt eller andra tekniska problem, begränsa deras funktionalitet och antalet observationer som instrumenten ombord kan göra. Satelliternas beräknade livslängd är fem år [källa:Fong].
Markstationer
Data som överförs från satelliterna samlas in av markstationer i Alaska, Virginia, Norge och Antarktis, med det mesta av nedladdningen sker i Alaska och Norge [källa:Hunt]. Dessa markstationer vidarebefordrar sedan informationen till datacenterna. Multi-Mission Center (MMC) i Taiwan styr själva satelliternas rörelse [källa:Schreiner].
Datacenter
Data som mottas av markstationerna vidarebefordras till datacenter i Taiwan och Boulder. I USA, datacenteret kallas COSMIC Data Analysis and Archive Center (CDAAC), där en personal på 10 behandlar och distribuerar uppdragsdata till det vetenskapliga samfundet.
Men vilken data samlas egentligen in, och hur görs detta? Nästa sida förklarar vad som finns ombord på varje COSMIC -satellit.
Innan vi utforskar COSMICs muttrar och bultar, det hjälper till att känna till några detaljer om jordens atmosfär som de flesta av oss lärde oss i skolan men kan ha glömt. Atmosfären är inte alltför annorlunda än en flerlagers födelsedagstårta, med varje lager sittande ovanpå nästa, förutom att inandning av luft i atmosfären inte ofta ger dig ont i magen. Också, skiljelinjerna mellan atmosfäriska lager är inte så väldefinierade som lager med krämig chokladfrostning. Den lägsta nivån i atmosfären kallas troposfär . Den består av luften som vi andas varje dag och det är där de flesta händelserna vi förknippar med vädret äger rum. Detta lager går från marken upp till cirka 10 kilometer över jordens yta.
Ovanför det sitter stratosfär , som sträcker sig från cirka 10 till 30 kilometer över jorden. Troddes ursprungligen vara mycket stabil, luftuppvärmning eller kylning i stratosfären är nu känd för att orsaka betydande förändringar i vädermönster i troposfären, vilket gör detta område till ett mycket värdefullt ämne att studera [källa:Yalda].
Det sista vi behöver veta om är jonosfär , som består av den joniserade, eller debiteras, partiklar i den övre atmosfären som börjar cirka 80 kilometer över jorden. Intensiv solstrålning på denna höjd lossnar elektroner från molekyler i luften, elektrifiera atmosfären [källa:UCAR]. Om du har sett aurora borealis, du har sett jonosfären i aktion.
Nu när vi har en bättre förståelse för vad COSMIC tittar på, låt oss utforska de instrument som den använder för att få den bästa utsikten.
RymdväderCOSMIC:s TIP- och TBB -instrument som studerar jonosfären ger den typ av information som är avgörande för en bättre förståelse och kunskap om "rymdväder". Rymdväder är vad som händer när soluppblåsningar träffar jordens magnetfält och laddar jonosfären. Detta orsakar något fredligt fenomen, som den imponerande aurora borealis, som ofta kan ses från jordens långt norra breddgrader. Dock, det kan också orsaka våldsamma solstrålar, som har varit kända för att förstöra satelliter, inaktivera elektriska instrument på jorden, och eventuellt skada astronauter i rymden. Att veta så mycket vi kan om jonosfären kan hjälpa oss att förutse dessa stormar och förhindra eller minimera den skada de orsakar.
COSMICs satelliter med låg jordbana (LEO) avlyssnar GPS-radiosignaler för att mäta deras böjning och signalfördröjning när de passerar genom atmosfären. Illustration med tillstånd av Broad Reach Engineering En av de mer intressanta aspekterna av COSMIC är hur den använder traditionella GPS -signaler som redan finns för att samla information om atmosfäriska förhållanden från cirka 1 kilometer över marken och högre [källa:Schreiner]. Använda dess Radio ockultation (RO) mottagare , satelliten detekterar en GPS -signal när den börjar passera genom jordens atmosfär. Eftersom COSMIC -satelliten vet exakt var GPS -satelliten verkligen är, det kan ta snedvridning, eller brytning, orsakad av atmosfären för att beräkna temperaturen, lufttryck, luftfuktighet och till och med elektrontäthet över en specifik plats på marken.
Varje observation som använder dessa data resulterar i en "vertikal profil" över en specifik plats på marken. Dessa observationer består av upp till 2, 500 gånger om dagen, som med tiden ger en detaljerad tredimensionell bild av atmosfären.
COSMIC är ombord Liten jonosfärisk fotometer (TIP) kartlägger Jordens jonosfär med mer precision än vad som tidigare var tillgängligt. Det kan vara litet, men det tillåter också kontinuerlig observation av jonosfären vid den yttersta ultravioletta 135,6-nanometer våglängden.
RO-mottagaren tillhandahåller data av vertikal karaktär (mäter atmosfären från grunden tredimensionellt), TIP -instrumentet kartlägger jonosfären horisontellt, eller tvådimensionellt [källa:Dymond]. TIPS fungerar endast på natten på grund av störningar orsakade av ultraviolett strålning från solen [källa:Anthes].
Kartlägger också jonosfären, men tillhandahåller både horisontella och vertikala data, är Tri-Band Beacon (TBB) . TBB fungerar genom att sända en signal direkt ner från satelliten mot mottagningsstationer, därigenom bestämmer jonosfärens elektrontäthet. Ett begränsat antal mottagningsstationer har inrättats längs nord-syd-axeln för polarbana i Östasien och Nord- och Sydamerika [källa:Anthes].
I samarbete med mottagningsstationerna passerar den över, och använda elektrontäthetsdata från de andra två instrumenten ombord, TBB ger en detaljerad 3D-modell av jonosfären [källor:Dymond, Bernhardt].
De sex RO -mottagarna samlar upp till 2, 500 observationer per dag när alla satelliter är i drift [källa:COSMIC webbplats]. TIPS och TBB skannar ständigt och ger kontinuerlig täckning.
På nästa sida, vi kommer att titta på några av de sätt på vilka data som samlas in av COSMIC används idag, och vad framtiden för detta program kan vara.
COSMICs främsta uppdrag är att bevisa att användning av radio -ockultation och konstellationer av satelliter ger användbar information om vår atmosfär [källa:Anthes]. Redan, data från uppdraget har använts för att förutsäga tropiska stormar mer exakt. Under 2006, Tropiska stormen Ernesto bildades i Atlanten. Traditionella väderprognosmodeller misslyckades med att förutsäga stormens bildning, men genom att lägga till COSMIC -data till modellen, förutsägelser om stormens bildning var mycket lika det som faktiskt observerades [källa:Anthes].
Kanske ännu viktigare är hur det kan hjälpa oss att förstå klimatförändringarna. Som vi beskrev tidigare, radio ockultationsmätningar skapar vertikala profiler av atmosfären. Eftersom dessa mätningar inte är beroende av att någon specifik teknik ska tolkas, de är idealiska för långsiktig jämförelse. På den negativa sidan, svårigheter att skilja de olika effekterna av temperatur, tryck och luftfuktighet begränsar användbarheten av några av uppgifterna under 8 miles och över 25 miles för klimatforskning [källa:Anthes].
I grund och botten, COSMIC tar ett koncept bortom idéstadiet och visar att denna teknik kan ge användbara resultat. UCAR anordnar en årlig workshop för att låta forskare dela information och lära sig mer om vad data kan användas till. Tekniken och metoden är inte ny, men att faktiskt ha den här typen av data tillgänglig i stor skala är.
COSMICs två datacenter ansvarar för att tillhandahålla informationen (gratis) till det internationella vetenskapliga samfundet. Från och med april 2010, det var över 1, 100 användare från 54 länder [källa:Schreiner]. Forskare använder dessa data för att förbättra sin forskning och lära sig att införliva denna typ av information mer exakt i sitt arbete.
Har du någon atmosfärisk forskning du vill använda data till? Registrering är gratis på CDAAC:s webbplats, även om du måste meddela dem hur du ska använda informationen.
COSMIC finansieras genom 2011, med möjlighet till fortsatt finansiering därefter [källa:Schreiner]. När uppdraget är klart, det är inte helt säkert vad, om något, kommer att ersätta den. UCAR och NSPO hoppas båda få stöd för ett program som håller två till fyra gånger så många satelliter som gör samma sak, men ger mycket mer fullständig täckning än vad som är möjligt med bara sex satelliter. Om dessa förhoppningar förverkligas, väderprognoser kan bli så exakta att människor kanske bara måste hitta något förutom den lokala prognosen att skämta om.
För mer information om satelliter, väderprognoser och mer, besök länkarna på nästa sida.
COSMIC tidslinje1965 - Radio Occultation (RO) användes först för att studera Mars
1988 - Första förslaget att använda denna metod för att studera jordens atmosfär
1995-1997-MicroLab-1 tillhandahåller det första RO-uppdraget till jorden
2001-FORMOSAT-3/COSMIC-programmet börjar
2006 - COSMIC -satelliter skjuts upp
2011 - COSMIC -programmet avslutas
Läs mer
Källor
