La misión ASIM estudiará las descargas eléctricas en la atmósfera superior

El observatorio de la ESA para monitorizar las descargas eléctricas en la atmósfera superior ya está de camino hacia la Estación Espacial Internacional (ISS). El llamado monitor de interacciones atmósfera-espacio (ASIM, por sus siglas en inglés) viaja en el vehículo de carga Dragon que despegó este lunes a las 22:30 desde el Centro Espacial Kennedy, en Florida (EE UU).

El monitor de la misión ASIM se instalará en el módulo Columbus de la ISS para estudiar eventos eléctricos relacionados con los rayos de tormenta pero situados decenas de kilómetros sobre las nubes: los eventos luminosos transitorios (TLE) y los rayos gamma terrestres (TGF). Estos potentes fenómenos eléctricos pueden influir en cómo nuestra atmósfera nos protege de la radiación espacial o en la química atmosférica, pero aún no se conocen del todo sus causas y consecuencias.

"La detección, hace tres décadas, de intensos destellos en la mesosfera, una región de la atmósfera situada a partir de los cincuenta kilómetros por encima del suelo, supuso una sorpresa porque se creía que la mesosfera carecía de actividad", apunta Francisco Gordillo, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que participa en ASIM. "La influencia de estos destellos, los TLE, en las propiedades químicas y eléctricas de la alta atmósfera es actualmente objeto de investigaciones realizadas por grupos de todo el mundo, y ASIM constituye la primera misión espacial específica para estudiarlos".

Los TLE son causados por los grandes campos eléctricos que se forman sobre las nubes de una tormenta eléctrica, y existen distintos tipos, como los sprites, que duran centésimas de segundo y muestran una parte superior difusa y una región inferior poblada de 'tentáculos' (filamentos de aire ionizado de entre diez y cien metros de grosor), o los chorros azules, descargas eléctricas que ascienden desde la troposfera hasta la ionosfera.

Igualmente, el descubrimiento, en 1994, de rayos gamma originados en las capas altas de las nubes de tormenta, los TGF, fue un hallazgo inesperado, ya que hasta ese momento se pensaba que la radiación gamma solo procedía del espacio exterior. El mecanismo que los produce en la atmósfera terrestre es aún hoy desconocido, así como el lugar exacto de la atmósfera donde se producen.

Tormenta eléctrica vista desde la Estación Espacial Internacional. / ESA/NASA

"La mesosfera, demasiado tenue para sostener un globo sonda y demasiado espesa para mantener un satélite en órbita, ha recibido muy escasa atención científica; de hecho, algunos científicos la conocen como ignorosfera", comenta Alejandro Luque, también del IAA y la misión ASIM. "Cada uno de estos fenómenos luminosos revela información que ayuda a entender la actividad eléctrica y química de la región y permite completar nuestro conocimiento del circuito eléctrico global del planeta".

ASIM, que tiene una duración de dos años extensibles a cuatro o más, cuenta con distintos módulos compuestos por cámaras y sensores que escrutarán las capas atmosféricas superiores a las tormentas y registrarán desde una posición privilegiada estos fenómenos.

Participación española en ASIM

España ha invertido casi 12 millones de euros en esta misión, y varias instituciones españolas forman parte de su consorcio científico, entre las que se encuentra el IAA, la Universidad de Valencia (UV), la Universidad Rey Juan Carlos y la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC). Además la UV y el INTA son miembros tecnológicos del consorcio. El INTA se responsabiliza del control térmico del instrumento principal de ASIM, el llamado MXGS, así como de la fase de integración y pruebas, una etapa que se llevó a cabo en las instalaciones del INTA en Torrejón (Madrid).

Por su parte, el grupo de investigación de Rayos, Electricidad Atmosférica y Alta Tensión de la UPC, en el campus de Terrassa, participa en esta misión 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 ISS, que medirá las emisiones terrestres de alta energía en la atmósfera, con los datos que obtiene esta universidad catalana en diferentes puntos del planeta.

Monitor ASIM montado sobre el módulo Columbus de la Estación Espacial Internacional. / ESA-David Ducros

En cuanto a la participación del IAA, se realiza desde el grupo de Plasmas Transitorios en Atmósferas Planetarias (TRAPPA), que trabajará en el análisis de datos y que está desarrollando modelos computacionales para entender la actividad eléctrica en la atmósfera terrestre desde la troposfera (rayos) hasta la alta atmósfera, desde los dieciocho hasta los noventa kilómetros (región en la que se producen los TLE).

Además, en el IAA se han desarrollado dos instrumentos para la obtención de datos que completarán las observaciones de ASIM. Uno es el instrumento GRASSP (GRAnada Sprite Spectrograph and Polarimeter) es el primer espectrómetro diseñado para el estudio exclusivo de fenómenos de electricidad atmosférica en las capas altas de la atmósfera. Operativo desde 2015 en el valle del Ebro, una de las regiones de Europa con más actividad eléctrica atmosférica, dispone de la mejor resolución espectral jamás alcanzada para analizar espectros ópticos transitorios (en escalas de milisegundos).

Por su parte, GALIUS (GrAnada LIghtning Ultrafast Spectrograph), también diseñado, desarrollado y construido íntegramente en el IAA, es el espectrómetro de rayos más rápido del mundo: alcanza velocidades de grabación de más de dos millones de imágenes por segundo, lo que supone acceder a escalas de tiempo por debajo de 0,5 microsegundos. "Esto nos dará acceso a las diferentes fases temporales de los rayos, lo que permitirá hacer estudios fundamentales sobre la dinámica de los rayos o los procesos químicos inducidos por rayos en la atmósfera", concluye Gordillo.