Les signaux (lignes jaunes) des satellites GPS peuvent être interrompus lorsque des satellites en orbite basse comme Swarm volent dans les irrégularités du plasma équatorial. La ligne verte est un échantillon de profil de densité électronique mesuré par les satellites Swarm lors de l'un de ces événements. Crédit :ESA–ATG medialab (GFZ annoté)
Les ingénieurs satellites se demandent pourquoi les systèmes de navigation GPS des satellites en orbite basse comme Swarm de l'ESA s'éteignent parfois lorsqu'ils survolent l'équateur entre l'Afrique et l'Amérique du Sud. Merci à Swarm, il semble que les «orages» dans l'ionosphère soient à blâmer.
Lancé en 2013, le trio Swarm mesure et démêle les différents champs magnétiques issus du noyau terrestre, manteau, croûte, océans, ionosphère et magnétosphère – une entreprise d'au moins quatre ans.
Comme pour de nombreux satellites, Les trois satellites Swarm de l'ESA transportent des récepteurs GPS dans le cadre de leur système de positionnement afin que les opérateurs les maintiennent sur les orbites correctes. En outre, Le GPS indique où les satellites effectuent leurs mesures scientifiques.
Cependant, parfois les satellites perdent leur connexion GPS. En réalité, pendant leurs deux premières années en orbite, le lien a été rompu 166 fois.
Un article publié récemment décrit comment Swarm a révélé qu'il existe un lien direct entre ces pannes et les «orages» ionosphériques, à environ 300-600 km au-dessus de la Terre.
Claudia Stolle du centre de recherche GFZ à Potsdam, L'Allemagne a dit, "Les orages ionosphériques sont bien connus, mais maintenant nous avons pu montrer un lien direct entre ces orages et la perte de connexion au GPS.
"C'est grâce à Swarm car c'est la première fois que des modèles GPS et ionosphériques haute résolution peuvent être détectés à partir du même satellite."
Les points rouges sur la carte montrent où le satellite Swarm-C a perdu sa connexion GPS entre son lancement en novembre 2013 et mars 2015. Ces pertes de signal de suivi étaient dues aux bulles de plasma équatoriales. La ligne verte représente l'équateur géomagnétique. Crédit :Marbre bleu NASA/GFZ Potsdam/ESA Description
Ces orages se produisent lorsque le nombre d'électrons dans l'ionosphère subit des changements importants et rapides. Cela a tendance à se produire près de l'équateur magnétique de la Terre et généralement pendant quelques heures entre le coucher du soleil et minuit.
Comme son nom l'indique, l'ionosphère est l'endroit où les atomes sont brisés par la lumière du soleil, ce qui conduit aux électrons libres. Un orage disperse ces électrons libres, créant de petites bulles avec peu ou pas de matériau ionisé. Ces bulles perturbent les signaux GPS de sorte que les récepteurs GPS Swarm peuvent perdre la trace.
Il s'avère que 161 des événements de signal perdu ont coïncidé avec des orages ionosphériques. Les cinq autres se trouvaient au-dessus des régions polaires et correspondaient à une augmentation des vents solaires forts qui font « vaciller » la magnétosphère protectrice de la Terre.
Résoudre le mystère des pannes n'est pas seulement une bonne nouvelle pour Swarm, mais aussi pour d'autres satellites en orbite basse rencontrant le même problème. Cela signifie que les ingénieurs peuvent utiliser ces nouvelles connaissances pour améliorer les futurs systèmes GPS afin de limiter les pertes de signal.
Christian Siemes, qui travaille à l'ESA sur la mission, mentionné, « À la lumière de ces nouvelles connaissances, nous avons pu régler les récepteurs Swarm GPS afin qu'ils soient plus robustes, résultant en moins de pannes.
Le champ magnétique et les courants électriques à l'intérieur et autour de la Terre génèrent des forces complexes qui ont un impact incommensurable sur la vie de tous les jours. Le champ peut être considéré comme une énorme bulle, nous protégeant du rayonnement cosmique et des particules chargées qui bombardent la Terre par les vents solaires. Crédit :ESA/ATG medialab
" Surtout, nous sommes capables de mesurer les variations du signal GPS ce qui n'est pas seulement intéressant pour les ingénieurs développant des instruments GPS, mais aussi intéressant pour faire progresser notre compréhension scientifique de la dynamique de la haute atmosphère."
le chef de mission Swarm de l'ESA, Rune Floberghagen, ajoutée, "Ce que nous voyons ici est un exemple frappant d'un défi technique transformé en science passionnante, une véritable essence d'une mission Earth Explorer telle que Swarm.
"Ces nouvelles découvertes démontrent que le GPS peut être utilisé comme un outil pour comprendre la dynamique dans l'ionosphère liée à l'activité solaire. Peut-être qu'un jour nous serons également en mesure de relier ces orages ionosphériques aux éclairs que nous voyons depuis le sol."
