Investigadors de l’ESEIAAT de la UPC participen en una missió espacial per estudiar els llamps gegants

El grup de recerca de Llamps, Electricitat Atmosfèrica i Alta Tensió (LRG) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) al Campus de Terrassa participa en la missió espacial ASIM per observar, enregistrar i analitzar les tempestes elèctriques més violentes de l’atmosfera. L’objectiu és contrastar les dades recollides per un observatori instal·lat a l’Estació Espacial Internacional (ISS), que mesurarà les emissions terrestres d’alta energia a l’atmosfera, amb les dades que obté la UPC en diferents punts del planeta.

ASIM és l’acrònim d’Atmosphere Space Interactions Monitor, el nom amb que l’Agència Espacial Europea (ESA) ha batejat una missió científica a l’espai que té com a finalitat millorar els models per estudiar el clima i quantificar l'efecte dels processos elèctrics i químics més violents que tenen lloc entre la Terra i la ionosfera, per sobre de les grans tempestes; són els anomenats Terrestre Gamma Ray Flashes  (TGF) i els Transients Luminous Events (TLE). En la missió hi participen científics de Dinamarca, Noruega i d’Espanya, on lidera el projecte l’investigador Víctor Reglero, de la Universitat de València. En el projecte hi participa també l’Instituto de Astrofísica de Andalucía del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) i l’Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). Per part de la UPC, el coordinador és Joan Montanyà, del grup de recerca de Llamps, Electricitat Atmosfèrica i Alta Tensió, el qual ha rebut per a aquest projecte dos milions d’euros del Ministeri d’Economia, Indústria i Competitivitat (MINECO). 

Aquest equip de la UPC està format per investigadors i professors de l’Escola Superior d’Enginyeries Industrial, Aeroespacial i Audiovisual de Terrassa (ESEIAAT) i per participar en la missió ASIM han instal·lat equips d’enregistrament de molt alta precisió, únics a Europa, a diferents indrets com ara el Delta de l’Ebre, Santa Marta i l’illa de Sant Andrés (a Colòmbia) o  l’illa de Curaçao (a Les Antilles), per observar, enregistrar i analitzar sprites i jets gegants. Aquests fenòmens són grans descarregues elèctriques que es generen entre la part superior dels núvols de tempesta i la ionosfera, i poden arribar a una altitud de fins 90 km d’altitud.

Les dades obtingudes pels investigadors de la UPC es contrastaran amb les dades que obtingui ASIM, l’observatori de raigs Ultra Violeta, RaigsX i Raigs Gamma, en la missió llençada per la NASA el 2 d’abril des de Cap Canaveral. Aquest instrument s’acoblarà a la plataforma externa del Mòdul Columbus de  l'Estació Espacial Internacional (ISS) per observar l’atmosfera de la Terra. Mesurarà concretament tempestes extremes, vapor d'aigua, núvols, aerosols i la seva interacció entre l'atmosfera i l’espai.

L’instrument instal·lat a l’ISS consta de dues parts. El Monitor d’Alta Energia (MXGS), que detectarà des de l’espai el punt on s’originen les emissions d’alta energia (TGF), fenòmens que causen una gran activitat magnètica en l’alta atmosfera i que poden excitar la cavitat (l’espai) entre la Terra i la ionosfera. Mitjançant les ressonàncies de Schumann  (anomenades així en honor del físic alemany Winfried Schumann que les va predir matemàticament l’any 1954), aquesta activitat magnètica a l’alta atmosfera es pot detectar, sempre i quan es  mesuri des de la Terra. L’altra part de l’instrument és l’MMIA (equip de càmeres d’alta sensibilitat) i observa aquests fenòmens amb càmeres d’altes prestacions (molt alta velocitat i sensibilitat) per complementar la informació obtinguda i poder realitzar anàlisis més acurades del que està passant.

Per realitzar les observacions des de la Terra i poder-les contrastar amb les que obtingui l’ASIM,  el grup LRG de la UPC compta amb un equip de darrera generació, que consta de tres càmeres de mot alta velocitat i amb intensificadors de llum que poden arribar a captar més de 100.000 imatges per segon.

El grup de científics de la UPC és pioner en l’estudi dels llamps en l’àmbit europeu. Des del 2001 estudia les condicions de les tempestes, l'activitat de llamps i la seva relació amb els TGF i els TLE. Des del seu laboratori al Campus de Terrassa, obtenen imatges de vídeo d'alta velocitat de llamps, sprites i jets gegants, i complementen aquesta informació amb la xarxa Lightning  Mapping Array (LMA) que permet reproduir el comportament de l’activitat elèctrica a terra en 3D per estudiar els mecanismes de llamps relacionats amb la dinàmica de les descàrregues violentes d’Alta Energia X i Gamma de molt curta durada (TGF i TLE).

Descobrir la incògnita científica 

Segons explica Joan Montanyà, director del grup de Llamps, Electricitat Atmosfèrica i Alta Tensió, “les dades que obtingui la missió ASIM seran molt valuoses per estudiar el canvi climàtic, l’efecte hivernacle o les tempestes severes”. També seran de gran utilitat “per desenvolupar nous instruments d’anàlisi dels fenòmens magnètics i descobrir els misteris de la generació de tota mena de fenòmens elèctrics a l’atmosfera terrestre. De fet, el coneixement sobre l’origen, la naturalesa i el comportament d’aquests fenòmens violents és una incògnita des de fa anys”, afegeix el científic.

L’any 1989 es va descobrir que entre els núvols de tempesta i la ionosfera es produeixen els anomenats sprites i  jets gegants. L’any 1994 la revista Science va publicar un article en què, de manera casi casual, els primers detectors de partícules d’alta energia del satèl·lit BATSE   van percebre des de l’espai emissions de molt alta energia procedents de la Terra i que aquestes emissions es relacionaven amb la formació de grans tempestes elèctriques. L’any 2003 es comença a especular sobre la idea que les emissions de molt alta energia (TFG) tenen relació amb les grans descàrregues elèctriques.

En aquest sentit, l’observatori instal·lat per la missió espacial ASIM servirà, entre d’altres coses, per respondre de manera objectiva aquesta incògnita científica. Per això, una gran aportació de l’instrument MXGS és la incorporació d’una Màscara Codificada (sistema òptic) que determinarà, de forma molt precisa l’origen dels TFG i la seva font. Amb l’ajut de les observacions i del treball dels investigadors de la UPC, que determinaran des de la Terra la situació de les tempestes que originen aquestes emissions, es podrà aprofundir en l’estudi d’aquests fenòmens.

D’altra banda, la UPC i el Servei Meteorològic de Catalunya han signat un acord a partir del qual els meteoròlegs podran disposar de les dades obtingudes pel grup de Llamps, Electricitat Atmosfèrica i Alta Tensió de la UPC, la qual cosa contribuirà a millorar i precisar les prediccions meteorològiques.

• Vídeos del llançament:
  Vídeo 1
  Vídeo 2
• Vídeo del transport, instal·lació i utilització d’ASIM
• Web de la missió ASIM (amb imatges)
• Web del grup LRG

.