Massa wordt voortdurend herverdeeld over onze planeet, als de atmosfeer van de aarde, oceanen en andere watermassa's op en onder het oppervlak smelten, verschuiven en roeren. Deze massaherverdeling verandert het zwaartepunt van de aarde, die op zijn beurt de rotatie van de planeet versnelt en vertraagt ​​- en dus de lengte van de dag - en ook de oriëntatie van zijn spin-as verandert. Deze veranderingen in de rotatie en oriëntatie van de aarde vinden plaats over relatief korte tijdschalen van dagen en weken, en bedreigen de communicatie tussen grondstations en missies in een baan om de aarde en over het zonnestelsel.

ESA werkt aan een eigen algoritme om de oriëntatie van de aarde met extreme nauwkeurigheid te voorspellen. Vroege tests tonen aan dat het nieuwe ESA-algoritme beter presteert dan de huidige door externe providers. een belangrijke stap in het waarborgen van Europa's onafhankelijke toegang tot de ruimte.

De krachten die in het spel zijn, de dag veranderen

Externe zwaartekrachten, voornamelijk van de zon en de maan, zijn constant en voorspelbaar in actie op onze planeet. Terwijl de enorme zwaartekracht van de zon de aarde in een baan om de aarde houdt, de zachte sleepboot van de maan heeft, gedurende miljarden jaren, zijn spin behoorlijk vertraagde, het verlengen van een dag op aarde.

Toen de aarde voor het eerst werd gevormd, een dag was ergens tussen de zes en acht uur lang en een jaar zou uit meer dan 1000 zonsopgangen en zonsondergangen hebben bestaan.

Dichter bij huis, er zijn krachten in het spel die veel snellere en onvoorspelbare effecten hebben. aardbevingen, atmosferische winden, oceaanstromingen, en opmerkelijk zelfs menselijke activiteit zelf, allemaal handelen ze vaak en onvoorspelbaar om massa over de planeet te herverdelen, het veranderen van de snelheid van de rotatie van de aarde en de oriëntatie van de spin-as.

Behoud van Impuls

Het 'behoud van impulsmoment' is een natuurkundige wet die verklaart waarom een ​​kunstschaatsster die met haar armen naar buiten draait, kan zichzelf plotseling versnellen door haar armen naar haar lichaam toe te trekken.

Ook de draaiing van de aarde wordt beïnvloed door de gewichtsverdeling over de planeet. aardbevingen, opmerkelijk, de spin van onze planeet in een oogwenk versnellen, door materie door de korst en de bovenmantel te herschikken, op een kleine maar niet onbelangrijke manier de lengte van de dag vergroten.

In 2011, Japan trof een aardbeving met een kracht van 9,0 op de schaal van Richter die op tragische wijze duizenden levens kostte en onnoemelijke schade aanrichtte. Zes minuten duren, het verkortte ook de lengte van de dag met 1,8 microseconden (één microseconde =een miljoenste van een seconde) en verschoof de positie van de 'figuur-as' van de aarde - een denkbeeldige lijn waarrond de massa van de wereld in evenwicht is - met ongeveer 17 cm. (De figuuras is de massabalansas van de aarde, terwijl de spin-as eromheen wiebelt.)

Er zijn ook veel grotere effecten aan de gang, veroorzaakt door atmosferische winden en oceaanstromingen, evenals het smelten van gletsjers en ijskappen. Als ijs smelt of afbreekt in de oceaan, de zeespiegel stijgt en de massa van de aarde wordt herverdeeld, zodat het dichter bij deze centrale as ligt, de lengte van de dag verkorten.

Dergelijke veranderingen zijn niets om je zorgen over te maken, onopgemerkt blijven in ons dagelijks leven. Maar als het gaat om het vliegen van ruimtevaartuigen door de verre ruimte, of synchroon blijven met satellieten in een baan om de aarde, deze kleine veranderingen kunnen het verschil betekenen tussen het vinden en verliezen van je missie.

Vasthouden aan ESA-missies

Om ESA-missies te vliegen, het Agentschap is afhankelijk van zogenaamde Earth Oriëntatieparameters (EOP's), die de onregelmatigheden in de rotatie van de planeet beschrijven. Als je ze niet kent, je hebt een echt probleem.

"Onze grondstations communiceren met interplanetaire ruimtevaartuigen op miljoenen kilometers afstand. Ze moeten met extreme nauwkeurigheid worden gericht om deze relatief kleine objecten te richten, " legt Werner Enderle uit, Hoofd van ESA's Navigation Support Office, gevestigd in het ESOC Operations Center van het Agentschap in Darmstadt, Duitsland.

"Eén graad op aarde komt overeen met duizenden kilometers in de ruimte, dus als je geen nauwkeurige waarden hebt voor de oriëntatie van de aarde, je kunt er een heel eind naast zitten."

Het verkrijgen van deze parameters vereist een enorme hoeveelheid werk om de cumulatieve effecten van het weer te analyseren, klimaatverandering en geologische activiteit. Omdat deze systemen zo complex zijn, we kunnen momenteel de veranderingen in de oriëntatie van de aarde op relatief korte tijdschalen berekenen, weken en maanden vooruit.

ESA bepaalt de oriëntatie van de aarde

Momenteel, deze vitale parameters worden geleverd door de United States Naval Observatory (UNSO), gebaseerd op bijdragen van instellingen over de hele wereld, waaronder ESA. Echter, ESA werkt aan het bepalen van haar eigen EOP-waarden, de onafhankelijke toegang van Europa tot de ruimte waarborgen en de afhankelijkheid van een externe provider wegnemen. Deze oriëntatiewaarden, berekend door een team van het Navigation Support Office, zal dit jaar rond de herfst vrij beschikbaar worden gesteld.

De tool schat en voorspelt de oriëntatie en rotatie van de aarde tot 90 dagen van tevoren met behulp van op de ruimte gebaseerde metingen van wereldwijde navigatiesatellietsystemen (GNSS) en satellietlaser, variërend van onder andere, een gebied waar het bureau veel expertise in huis heeft.

"Ons algoritme maakt gebruik van atmosferische en weersomstandigheden, seismische activiteit, de snelheid waarmee de zeespiegel stijgt en het ijs op aarde smelt en tal van andere variabelen, die allemaal op complexe en moeilijk te voorspellen manieren op elkaar inwerken, " legt Erik Schoenemann uit, Navigation Engineer bij ESOC die het project leidt.

"Het is gemakkelijk om deze waarden als vanzelfsprekend te beschouwen, maar alle ruimtevluchtactiviteiten zijn ervan afhankelijk en er gaat een enorme hoeveelheid werk in om ze te krijgen. We zijn erg blij dat we nu onze eigen bron van deze gegevens hebben, het veiligstellen van ons vermogen om complexe missies in verschillende banen uit te voeren en de ongelooflijke gegevens te ontvangen die ze naar huis sturen."

Tot dusver, vroege tests tonen aan dat het nieuwe ESA-algoritme aanzienlijk beter presteert dan de huidige, een belangrijke stap in het waarborgen van Europa's onafhankelijke toegang tot de ruimte.