science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe COSMIC werkt

COSMIC bestaat uit een constellatie van zes microsatellieten, de eerste die radio-occultatie gebruikte. Illustratie met dank aan Orbital Sciences Corporation

Heb je je ooit afgevraagd waarom je GPS-apparaat (Global Positioning System) je soms midden in een gebouw plaatst, als je vrij zeker weet dat je nog op straat of op het trottoir bent? Frustrerend, Ja, maar het probleem ligt niet bij de nauwkeurigheid van het GPS-netwerk zelf (de locaties van de GPS-satellieten zijn vrij precies bekend). Het probleem komt van vervormingen in het GPS-signaal die worden veroorzaakt door de atmosfeer om je heen. Temperatuur, druk en vochtigheid in de lucht - en zelfs elektrische variaties in de bovenste atmosfeer - hebben allemaal een cumulatief effect op het GPS-signaal tegen de tijd dat het uw locatie bereikt.

Ondeugd in deugd veranderen, KOSMISCHE is een baanbrekend gezamenlijk project van de Verenigde Staten en Taiwan dat luistert naar de vervorming in het GPS-signaal en informatie berekent die kan worden gebruikt om de weersvoorspelling te verbeteren, klimaatverandering voorspellen en het veranderende magnetisme van de aarde volgen.

Met behulp van een concept dat in de jaren zestig is ontwikkeld voor de Mariner IV-missie naar Mars, en gebaseerd op het succes van een voorlopig proof-of-concept-experiment (Global Positioning System/Meteorology, of GPS/MET) eind jaren negentig, de University Corporation for Atmospheric Research (UCAR) in Boulder, kleur, en de Taiwanese National Space Organization (NSPO) bereikten in 2001 een overeenkomst om een ​​robuuster experimenteel programma te ontwikkelen. Hoewel de officiële titel de Formosa Satellite Mission #3/Constellation Observing System for Meteorology is, Ionosfeer en klimaat (FORMOSAT-3/COSMIC), het wordt in de Verenigde Staten over het algemeen eenvoudigweg COSMIC genoemd. De NSPO verstrekt 80 procent van de $ 100 miljoen financiering voor het project, met UCAR en andere Amerikaanse agentschappen die de rest leveren [bron:Henson].

Misschien interessanter dan de naam van COSMIC is wat het voorstelt te doen. Haar vijfjarige missie is om te laten zien dat er niet veel middelen nodig zijn om het soort fundamentele wetenschap te bieden dat nodig is om meteorologie opnieuw te definiëren en te beginnen met het opbouwen van het archief van nauwkeurige klimatologische gegevens die nodig zijn om bestaande klimaatmodellen te verbeteren. Dit zal ons op zijn beurt veel leren over klimaatverandering.

uiteindelijk, de waarnemingen van COSMIC zouden ons in staat kunnen stellen orkanen te voorspellen, droogte, andere grote natuurrampen en zelfs onweersbuien veel nauwkeuriger.

Volgende, laten we eens kijken naar de verschillende componenten waaruit COSMIC bestaat.

Inhoud
  1. COSMIC-componenten
  2. De wetenschap van COSMIC
  3. KOSMISCHE hulpmiddelen
  4. De toekomst van COSMIC

COSMIC-componenten

COSMIC werd gelanceerd op 14 april, 2006 vanaf Vandenberg Air Force Base in Californië. Foto met dank aan Orbital Sciences Corporation

COSMIC bestaat uit een netwerk van satellieten, grondstations en datacenters.

Satellieten

Gelanceerd op 14 april, 2006 op een enkele Minotaurus-raket, de "constellatie" van zes cilindrisch gevormde KOSMISCHE microsatellieten duurde een tot twee jaar om de operationele hoogte en positie te bereiken [bronnen:COSMIC-website, Fong]. Elke satelliet weegt ongeveer 70 kilo en is ongeveer 116 centimeter breed en 18 centimeter hoog. en elk heeft dezelfde set van drie instrumenten aan boord. We zullen die instrumenten en wat ze doen een beetje later bespreken, maar in het algemeen gesproken, deze satellieten doen elke dag gedetailleerde metingen in de atmosfeer.

COSMIC-satellieten bevinden zich in een polaire baan, wat betekent dat ze tijdens elke reis rond de planeet beide polen passeren. Gescheiden door 30 graden lengte en werkend op ongeveer 500 mijl (800 kilometer) boven de planeet, de satellieten samen zijn geoptimaliseerd om het hele oppervlak van de aarde zo vaak mogelijk te bedekken [bron:Anthes].

Omdat de missiebenadering nieuw is en beperkt tot zes satellieten, technische problemen doen zich soms voor. Op elk moment, verschillende satellieten hebben een laag vermogen of andere technische problemen, beperking van hun functionaliteit en het aantal waarnemingen dat de instrumenten aan boord kunnen doen. De verwachte levensduur van de satellieten is vijf jaar [bron:Fong].

Grondstations

Gegevens die door de satellieten worden verzonden, worden verzameld door: grondstations in Alaska, Virginia, Noorwegen en Antarctica, waarbij het grootste deel van het downloaden plaatsvindt in Alaska en Noorwegen [bron:Hunt]. Deze grondstations geven de informatie vervolgens door aan de datacenters. Het Multi-Mission Center (MMC) in Taiwan regelt de beweging van de satellieten zelf [bron:Schreiner].

Datacenters

De gegevens die door de grondstations worden ontvangen, worden doorgestuurd naar de datacenters in Taiwan en Boulder. In de Verenigde Staten, het datacenter heet het COSMIC Data Analysis and Archive Center (CDAAC), waar een staf van 10 missiegegevens verwerkt en distribueert naar de wetenschappelijke gemeenschap.

Maar welke gegevens worden er eigenlijk verzameld, en hoe wordt dit gedaan? Op de volgende pagina wordt uitgelegd wat er aan boord van elke COSMIC-satelliet is.

De wetenschap van COSMIC

Voordat we de moeren en bouten van COSMIC onderzoeken, het helpt om een ​​paar details over de atmosfeer van de aarde te weten die de meesten van ons op school hebben geleerd, maar misschien zijn vergeten. De sfeer verschilt niet veel van een meerlaagse verjaardagstaart, met elke laag bovenop de volgende, behalve dat het inademen van lucht in de atmosfeer je niet vaak buikpijn geeft. Ook, de scheidslijnen tussen atmosferische lagen zijn lang niet zo goed gedefinieerd als lagen romige chocoladeglazuur. Het laagste niveau van de atmosfeer heet de troposfeer . Het bestaat uit de lucht die we elke dag inademen en hier vinden de meeste gebeurtenissen plaats die we associëren met het weer. Deze laag gaat van de grond tot ongeveer 10 kilometer boven het aardoppervlak.

Daarboven zit de stratosfeer , die zich uitstrekt van ongeveer 6,2 tot 20 mijl (10 tot 30 kilometer) boven de aarde. Oorspronkelijk gedacht zeer stabiel te zijn, Het is nu bekend dat luchtopwarming of -koeling in de stratosfeer significante veranderingen veroorzaakt in weerpatronen in de troposfeer, waardoor dit gebied een buitengewoon waardevol onderwerp is om te bestuderen [bron:Yalda].

Het laatste wat we moeten weten, is de ionosfeer , die bestaat uit de geïoniseerde, of opgeladen, deeltjes in de bovenste atmosfeer die ongeveer 80 kilometer boven de aarde beginnen. Intense zonnestraling op deze hoogte maakt elektronen los van moleculen in de lucht, de atmosfeer elektriseren [bron:UCAR]. Als je de aurora borealis hebt gezien, je hebt de ionosfeer in actie gezien.

Nu we een beter begrip hebben van waar COSMIC naar kijkt, laten we eens kijken welke instrumenten het gebruikt om het beste zicht te krijgen.

Ruimteweer

COSMIC's TIP- en TBB-instrumenten die de ionosfeer bestuderen, leveren het soort informatie dat cruciaal is voor een beter begrip en kennis van 'ruimteweer'. Ruimteweer is wat er gebeurt wanneer zonnevlammen het magnetische veld van de aarde raken en de ionosfeer opladen. Dit veroorzaakt een vreedzaam fenomeen, zoals de ontzagwekkende aurora borealis, die vaak te zien is vanaf de verre noordelijke breedtegraden van de aarde. Echter, het kan ook gewelddadige zonnevlammen veroorzaken, waarvan bekend is dat ze satellieten vernietigen, elektrische instrumenten op aarde uitschakelen, en mogelijk schade toebrengen aan astronauten in de ruimte. Als we zoveel mogelijk weten over de ionosfeer, kunnen we anticiperen op deze stormen en de schade die ze veroorzaken voorkomen of minimaliseren.

KOSMISCHE hulpmiddelen

COSMIC's satellieten in een lage baan om de aarde (LEO) onderscheppen GPS-radiosignalen om hun buiging en signaalvertraging te meten terwijl ze door de atmosfeer gaan. Illustratie met dank aan Broad Reach Engineering

Een van de interessantere aspecten van COSMIC is de manier waarop het traditionele GPS-signalen gebruikt die al bestaan ​​om informatie te verzamelen over atmosferische omstandigheden vanaf ongeveer 1 kilometer boven de grond en hoger [bron:Schreiner]. met behulp van zijn Radio Occultation (RO) ontvanger , de satelliet detecteert een GPS-signaal wanneer het door de atmosfeer van de aarde begint te gaan. Omdat de COSMIC-satelliet precies weet waar de GPS-satelliet zich werkelijk bevindt, het kan de vervorming aan, of breking, veroorzaakt door de atmosfeer om de temperatuur te berekenen, luchtdruk, vochtigheid en zelfs elektronendichtheid over een specifieke plek op de grond.

Elke waarneming die deze gegevens gebruikt, resulteert in een "verticaal profiel" over een specifieke plek op de grond. Deze waarnemingen zijn gemaakt tot 2, 500 keer per dag, die na verloop van tijd een gedetailleerd driedimensionaal beeld van de atmosfeer oplevert.

COSMIC is aan boord Kleine ionosferische fotometer (TIP) brengt de ionosfeer van de aarde nauwkeuriger in kaart dan voorheen beschikbaar was. Het is misschien klein, maar het maakt ook continue observatie van de ionosfeer mogelijk bij de verre ultraviolette 135,6 nanometer golflengte.

Terwijl de RO-ontvanger gegevens van verticale aard levert (driedimensionaal de atmosfeer van de grond af meten), het TIP-instrument brengt de ionosfeer op een horizontale manier in kaart, of tweedimensionaal [bron:Dymond]. De TIP werkt alleen 's nachts vanwege interferentie veroorzaakt door ultraviolette straling van de zon [bron:Anthes].

Ook het in kaart brengen van de ionosfeer, maar het verstrekken van zowel horizontale als verticale gegevens, is de Tri-band baken (TBB) . De TBB werkt door een signaal rechtstreeks vanaf de satelliet naar ontvangststations uit te zenden, waardoor de elektronendichtheid van de ionosfeer wordt bepaald. Een beperkt aantal ontvangststations is opgesteld langs de noord-zuidas van de polaire baan in Oost-Azië en Noord- en Zuid-Amerika [bron:Anthes].

Samenwerkend met de ontvangststations die het passeert, en met behulp van elektronendichtheidsgegevens van de andere twee instrumenten aan boord, de TBB biedt een gedetailleerd 3D-model van de ionosfeer [bronnen:Dymond, Bernhardt].

De zes RO-ontvangers verzamelen tot 2, 500 waarnemingen per dag wanneer alle satellieten operationeel zijn [bron:COSMIC-website]. De TIP en TBB scannen constant en zorgen voor een continue dekking.

Op de volgende pagina, we zullen kijken naar enkele van de manieren waarop de door COSMIC verzamelde gegevens tegenwoordig worden gebruikt, en wat de toekomst van dit programma zou kunnen zijn.

De toekomst van COSMIC

De primaire missie van COSMIC is om te bewijzen dat het gebruik van radio-occultatie en constellaties van satellieten nuttige gegevens over onze atmosfeer oplevert [bron:Anthes]. Nu al, gegevens van de missie zijn gebruikt om tropische stormen nauwkeuriger te voorspellen. In 2006, Tropische storm Ernesto ontstond in de Atlantische Oceaan. Traditionele weersvoorspellingsmodellen konden de vorming van de storm niet voorspellen, maar door COSMIC-gegevens aan het model toe te voegen, voorspellingen over de vorming van de storm leken erg op wat daadwerkelijk werd waargenomen [bron:Anthes].

Misschien nog belangrijker is hoe het ons kan helpen klimaatverandering te begrijpen. Zoals we eerder beschreven, radio occultatie metingen creëren verticale profielen van de atmosfeer. Omdat deze metingen niet afhankelijk zijn van een specifieke technologie om te worden geïnterpreteerd, ze zijn ideaal voor vergelijking op lange termijn. Aan de keerzijde, moeilijkheden bij het scheiden van de verschillende effecten van temperatuur, druk en vochtigheid beperken het nut van sommige gegevens onder de 8 kilometer (5 mijl) en boven de 25 kilometer (25 kilometer) voor klimaatonderzoek [bron:Anthes].

In principe, COSMIC brengt een concept verder dan het ideestadium en laat zien dat deze technologie nuttige resultaten kan opleveren. UCAR organiseert jaarlijks een workshop om wetenschappers in staat te stellen informatie te delen en meer te weten te komen over waar de data voor kunnen worden gebruikt. De technologie en methode is niet nieuw, maar het op grote schaal beschikbaar hebben van dit soort data is dat wel.

De twee datacenters van COSMIC zijn verantwoordelijk voor het (gratis) verstrekken van de informatie aan de internationale wetenschappelijke gemeenschap. Per april 2010 het waren er meer dan 1, 100 gebruikers uit 54 landen [bron:Schreiner]. Wetenschappers gebruiken deze gegevens om hun onderzoek te verbeteren en te leren hoe ze dit soort informatie nauwkeuriger in hun werk kunnen opnemen.

Heeft u atmosferisch onderzoek waarvoor u de gegevens wilt gebruiken? Registratie is gratis op de CDAAC-website, hoewel u hen moet laten weten hoe u de informatie gaat gebruiken.

COSMIC wordt gefinancierd tot en met 2011, met een mogelijkheid tot verdere financiering daarna [bron:Schreiner]. Zodra de missie is afgelopen, het is niet helemaal zeker wat, als iets, zal het vervangen. UCAR en NSPO hopen allebei steun te krijgen voor een duurzaam programma met twee tot vier keer zoveel satellieten die hetzelfde doen, maar met een veel completere dekking dan mogelijk is met slechts zes satellieten. Als deze hoop wordt verwezenlijkt, weersvoorspelling zou zo nauwkeurig kunnen worden dat mensen misschien iets anders moeten vinden dan de lokale voorspelling om grappen over te maken.

Voor meer informatie over satellieten, weersvoorspelling en meer, bezoek de links op de volgende pagina.

KOSMISCHE tijdlijn

1965 - Radio Occultation (RO) werd voor het eerst gebruikt om Mars te bestuderen

1988 -- Eerste suggestie om deze methode te gebruiken om de atmosfeer van de aarde te bestuderen

1995-1997 -- MicroLab-1 levert eerste RO-missie naar de aarde

2001 -- FORMOSAT-3/COSMIC-programma begint

2006 -- COSMIC-satellieten gelanceerd

2011 -- COSMIC-programma eindigt

Lees verder

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe satellieten werken
  • Hoe GPS-ontvangers werken
  • Hoe het weer werkt
  • De voorspelling:betere weersvoorspelling vooruit
  • Hoe satellietradio werkt

Meer geweldige links

  • COSMIC:Startpagina
  • University Corporation voor Atmosferisch Onderzoek (UCAR)
  • Nationale Ruimteorganisatie (NSPO)

bronnen

  • anthes, RA (et al.). "De COSMIC / FORMOSAT-3-missie:vroege resultaten." Bulletin van de American Meteorological Society. Vol. 89, Nee. 3. Pagina 313-333. maart 2008.
  • anthes, Richard A; Rocken, christelijk; Kuo, Ying-Hwa. "Toepassingen van COSMIC op meteorologie en klimaat." Terr., Sfeer. Oceaan. Wetenschap. Vol. 11, Nee. 1. Pagina 157-186. maart 2000.
  • bernhardt, Paulus (e.a.). "Atmosferische studies met het Tri-Band Beacon Instrument op de KOSMISCHE Constellatie." Terr., Sfeer. Oceaan. Wetenschap. Vol. 11, Nee. 1. Pagina 291-312. maart 2000.
  • Chen-Joe Fong (et al.). "FORMOSAT-3/COSMIC Ruimtevaartuig Constellation System, Missie resultaten, en vooruitzicht op vervolgmissie." Terr., Sfeer. Oceaan. Wetenschap. Vol. 20, Nee. 1. Pagina 1-19. februari 2009.
  • Constellatie Observatiesysteem voor Meteorologie, ionosfeer, en klimaat:een gezamenlijke Taiwan-VS Ruimtemissie voor atmosferische en geodetische wetenschappen (2002).
  • Cucurul, Linda (Joint Center for Satellite Data Assimulation-NOAA). "Operationeel gebruik van kosmische waarnemingen bij NOAA." 2007 FORMOSAT-3/COSMIC workshop voor gegevensgebruikers. 23 oktober 2007. (Betreden 18 maart, 2010.) http://www.cosmic.ucar.edu/oct2007workshop/pdf/cucurull_23.pdf
  • Dymond, Kenneth F. (et al.). "Ionosferische elektronendichtheidsmetingen met behulp van COSMIC" (PowerPoint-presentatie). Sessie 4, Nieuwe gegevensbronnen en producten (bijeenkomst van de American Meteorological Society). 21 januari 2008. Betreden op 18 maart 2010.
  • Henson, Bob. "Signaalprestaties." UCAR driemaandelijks. najaar 2007.
  • Jacht, Doug. Software Engineer (UCAR-COSMIC). Persoonlijke correspondentie. 16 maart 2010.
  • Rocken, Christelijk (et al.). "COSMIC-systeembeschrijving." Terr., Sfeer. Oceaan. Wetenschap. Vol. 11, Nee. 1. Pagina 21-52. maart 2000.
  • Schreiner, Bill (e.a.). "COSMIC Data Analyse en Archief Centrum (CDAAC):Activiteiten, Ionosferisch onderzoek." 18 januari 2010. (Betreden op 14 maart, 2010.) http://www.cosmic.ucar.edu/groupAct/references/IWG-Schreiner.pdf
  • Schreiner, Bill (e.a.). "COSMIC Data Analysis and Archive Center (CDAAC):huidige status en toekomstplannen." Vierde FORMOSAT-3/COSMIC Data Users Workshop. 27-29 oktober, 2009.
  • Schreiner, Bill (CDAAC). Persoonlijke correspondentie. 17 maart, 2010.
  • University Corporation voor Atmosferisch Onderzoek. "COSMIC (hoofdprojectwebsite)." november, 2009. (Betreden op 14 maart, 2010.) http://www.cosmic.ucar.edu
  • Yalda, sepideh. hoogleraar meteorologie, Millersville-universiteit. Persoonlijk interview. 25 maart, 2010.

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Verschil tussen bacteriële en plantencelwand
  2. Bladcelstructuur
  3. Kenmerken levende cel
  4. The Differences in Fraternal & Paternal Twins
  5. Hoe een jetlag werkt
  6. Hoe de botten in het menselijk skelet te bestuderen
  7. Welke conclusies kunnen worden getrokken uit de overeenkomsten van de genetische code tussen levende organismen?

    Als je door het park loopt en een straathond door het gras ziet rennen, is het niet zo moeilijk om delen van het erfgoed te identificer

  8. Wat zijn de kenmerken van een cel die een interfase ondergaat?
  9. Wat is de eerste stap in het decoderen van genetische berichten?

Wetenschap