Monitoreo del Geoespacio canadiense

El Programa Canadiense de Monitoreo Geoespacial (CGSM, por sus siglas en inglés) es un programa canadiense de ciencia espacial que se inició en 2005. El CGSM está financiado principalmente por la Agencia Espacial Canadiense y consta de redes de generadores de imágenes, fotómetros de escaneo meridiano , riómetros, magnetómetros , ionosondas digitales y radares SuperDARN de alta frecuencia . El objetivo principal del CGSM es proporcionar observaciones sinópticas de la evolución espacio-temporal de la termodinámica y la electrodinámica ionosféricas en latitudes aurorales y polares sobre una amplia región de Canadá .

La interacción entre el viento solar y el campo magnético terrestre tiene diversas consecuencias. En resumen, estas son la formación de la magnetosfera terrestre , el aporte de energía y materia a la magnetosfera, y la generación de corrientes eléctricas a gran escala y el fenómeno estrechamente relacionado de la aurora boreal. Los procesos físicos del espacio cercano a la Tierra son de interés por razones económicas y por lo que podemos aprender sobre nuestro entorno y el cosmos. Estos procesos están conectados a través del campo magnético con la ionosfera terrestre , donde dan lugar a la aurora boreal, el calentamiento, la modificación de la composición y los movimientos de plasma a gran escala . Todos estos procesos ionosféricos son interesantes por sí mismos. Además, existe una comprensión cada vez mayor de la correspondencia entre los procesos ionosféricos y los procesos que tienen lugar en el espacio cercano a la Tierra. De esta manera, las observaciones de los procesos ionosféricos pueden utilizarse para, a su vez, detectar de forma remota la dinámica en el espacio cercano a la Tierra.

La interacción es significativa en latitudes subaurorales, aurorales y polares, donde grandes regiones de la magnetosfera se proyectan a lo largo del campo magnético hacia regiones relativamente pequeñas de la ionosfera, y donde la dinámica magnetosférica está controlada principalmente por el plasma en lugar del campo magnético. Esta organización se basa en la latitud magnética, no en la geográfica (véase Baker y Wing, ^{[ 1 ]} y las referencias allí citadas para una descripción de las coordenadas magnéticas frente a las geográficas). La aurora , por ejemplo, se observa con mayor frecuencia en latitudes magnéticas comprendidas aproximadamente entre los 60 y los 80 grados (véase Eather ^{[ 2 ]} ). En el hemisferio norte, Canadá posee la mayor extensión territorial en latitudes magnéticas. Como consecuencia de esta denominada "ventaja canadiense", Canadá ha sido líder mundial en investigación terrestre de la aurora y la ionosfera durante décadas.

El CGSM se concibió como un programa nacional destinado a obtener observaciones ionosféricas de primer nivel , y con ellas estudiar directamente la dinámica ionosférica e indirectamente la dinámica magnetosférica . Se desarrolló con los principios rectores plasmados en cinco grandes temas científicos de desafío. En resumen, estos temas científicos están relacionados con el ciclo de reconexión y convección, las inestabilidades magnetosféricas, la formación de la aurora y la aceleración, el transporte y la pérdida de plasma magnetosférico .

Los objetivos científicos del CGSM determinan los requisitos de observación. En resumen, el programa está diseñado para caracterizar la precipitación de partículas (auroras), las corrientes eléctricas y la convección de plasma en la ionosfera sobre una extensa región de Canadá. Esto requiere redes de magnetómetros terrestres , ionosondas, radares de alta frecuencia, generadores de imágenes de cielo completo, fotómetros de barrido meridiano y riómetros. Además, estas redes deben tener campos de visión superpuestos que abarquen latitudes desde la región polar, pasando por la zona auroral , hasta latitudes subaurorales. Las observaciones deben tener la resolución temporal y espacial suficiente, así como la calidad necesaria (que depende del instrumento en cuestión) para permitir la obtención de nuevos conocimientos científicos a partir de ellas.

En junio de 2002, los interesados ​​en el CGSM se reunieron en Edmonton para iniciar la planificación del programa. Se acordó un plan ambicioso que requería el despliegue de numerosos instrumentos nuevos de diversos tipos en entornos remotos y complejos. Los instrumentos debían operar de forma autónoma durante largos periodos y sufrir pocas averías. Gran parte de los datos debían recuperarse en tiempo real para que el CGSM se convirtiera en un importante programa de meteorología espacial , además de sus objetivos de ciencia espacial. Era necesario adquirir, equipar e instalar nuevos instrumentos en emplazamientos existentes y nuevos. Para ello, el equipo optó por utilizar el sistema de internet satelital de alta velocidad HSi de Telesat Canada , junto con una infraestructura de tecnología de la información (básicamente una red de área local mejorada con capacidades adicionales como UPS , GPS y almacenamiento en disco duro). Además, los miembros del equipo solicitaron fondos a la Fundación Canadiense para la Innovación para la adquisición de nuevos instrumentos, y obtuvieron la aprobación en todos los aspectos. La financiación resultante permitió el despliegue (que aún continúa) de ocho generadores de imágenes de cielo completo adicionales, catorce magnetómetros de puerta de flujo , ocho magnetómetros de bobina de inducción y dos radares SuperDARN adicionales (los nuevos radares "PolarDARN"). Además de las instalaciones que ya existían en 2002 (provenientes del programa CANOPUS ^{[ 3 ]} de la Agencia Espacial Canadiense , el conjunto de magnetómetros CANMOS de Recursos Naturales de Canadá y los programas NORSTAR, SuperDARN y CADI, con el apoyo del NSERC ), el conjunto final cumplirá sin duda con los requisitos científicos.

El CGSM se inició formalmente con la adjudicación de contratos a equipos de la Universidad de Calgary (fotómetros, riómetros, ASI), la Universidad de Alberta (simulación, gestión de datos, magnetómetros de flujo) y la Universidad de Saskatchewan (radares SuperDARN HF con un subcontrato a la Universidad de Western Ontario para ionosondas digitales), Recursos Naturales de Canadá (operaciones de meteorología espacial) y el Consejo Nacional de Investigación (monitor solar). Además, la Universidad de Calgary desarrolló un nuevo sistema para la gestión de la tecnología de la información en los sitios remotos. En 2007, la CSA solicitó propuestas para la segunda fase del CGSM. Se presentaron más de 20 propuestas en octubre de 2007 y se adjudicaron contratos en 2008 para la continuación y mejora de las actividades del CGSM.

En una revisión reciente de los principales proyectos de ciencia espacial canadienses, Liu et al. ^{[ 4 ]} señalaron que CGSM es una instalación única, debido en parte al hecho mencionado anteriormente de que la mayor parte de la región auroral del hemisferio norte que se puede detectar remotamente desde tierra está sobre territorio canadiense, y en parte debido a una inversión significativa en nueva infraestructura experimental que se está realizando y se realizará durante el período 2004-2010.

El CGSM complementa numerosos programas satelitales y terrestres internacionales. Las sinergias entre el CGSM y las misiones satelitales, por ejemplo, son muy importantes. Los satélites miden directamente los procesos de plasma que actúan en la magnetosfera y la ionosfera mediante magnetómetros y detectores de campo eléctrico , ondas de plasma y partículas. Sin embargo, estos procesos son verdaderamente multiescala, con escalas importantes que van desde kilómetros o menos hasta decenas de miles de kilómetros. Las observaciones satelitales son esenciales porque constituyen nuestra única visión directa de los procesos de interés. Al mismo tiempo, los satélites son como "agujas en un pajar", debido a las enormes escalas del sistema magnetosférico y al hecho de que todas las escalas parecen ser importantes en la dinámica general.

La dinámica magnetosférica se proyecta a lo largo de las líneas del campo magnético hacia la ionosfera y es visible, por ejemplo, en los cambios en la aurora y en los movimientos del plasma ionosférico a gran escala . Así obtenemos una imagen bidimensional de la dinámica magnetosférica que proporciona un complemento esencial a las observaciones satelitales. Esta sinergia y su valor para el avance de la ciencia se ha reconocido cada vez más en los últimos años. La misión Cluster de la Agencia Espacial Europea incluyó un Grupo de Trabajo Terrestre que se creó con el propósito expreso de maximizar el impacto de las observaciones terrestres coordinadas (véase Amm et al., ^{[ 5 ]} para una descripción del impacto del Grupo de Trabajo Terrestre de Cluster). La misión THEMIS de la NASA, con cinco satélites , lanzada el 17 de febrero de 2006, incluye un componente terrestre que consta de 20 observatorios terrestres (algunos de los cuales incorporan datos del magnetómetro CGSM), lo que indica el reconocimiento de la importancia de las observaciones terrestres coordinadas.