En memoria del Dr. Raúl Colomb *

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2 En memoria del Dr. Raúl Colomb * El Dr. Raúl Colomb (izquierda) con el Dr. Carl Sagan, fotografiados durante una conferencia en la Sociedad Planetaria sobre el proyecto SETI en Toronto, Canadá, Octubre de Foto: Guillermo Lemarchand (Southern SETI Project Director), extraída del Sitio de Internet de The Planetary Society. 1 * El Dr. Fernando Raúl Colomb se graduó en Física en la Universidad Nacional de Buenos Aires (UBA) en 1965, fue miembro fundador del Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR) en la década del 60 del cual fue Director durante el período , Investigador Asistente del National Radioastronomy Observatory de los EE.UU. ( ), en 1970 se graduó como Dr. en Física en la Universidad Nacional de la Plata (UNLP), fue miembro del Consejo Nacional de Investigaciones (CONICET) entre 1971 y 1995 y del J. S. Guggenheim Fellowship New York durante los años 1977 y 1978, Presidente de la Sociedad Argentina de Astronomía ( ), Presidente del Directorio del Complejo Astronómico El Leoncito dependiente del CONICET ( ), Presidente del IAU Commission 51: Bioastronomy dependiente del Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai ( ), miembro del Directorio de la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) desde 1993 hasta su fallecimiento el 4 de Mayo de 2008, en la cual se desempeñaba además como Investigador Principal de la Misión SAC-D/Aquarius de la CONAE-NASA. Traducción propia basada en el artículo de Guillermo Lemarchand publicado por The Planetary Society el 7/May/2008: 1 The Planetary Society:

3 1 de 81 La salinidad de los océanos y el cambio climático Objetivos de las misiones (Segunda Edición ampliada y actualizada) TABLA DE CONTENIDOS Presentación... 2 Misión SAC-D/Aquarius... 3 Misión SMOS... 6 Motivo y objetivos del informe... 8 La Salinidad, la Temperatura Superficial y la Densidad del Agua de Mar El Ciclo del Agua La Circulación Oceánica y el Clima La Salinidad Superficial del Mar analizada desde el Espacio Instrumento Aquarius del SAC-D...24 Instrumento MIRAS del SMOS...34 Apéndice de imágenes Misión SAC-D/Aquarius de la CONAE/NASA Apéndice de imágenes Misión SMOS de la ESA Sitios de internet consultados Sitios de internet de referencia... 80

4 2 de 81 La salinidad de los océanos y el cambio climático Objetivos de las misiones Por Ricardo De Dicco Buenos Aires, Marzo de 2010 Presentación E n la década de 1870, los científicos a bordo del H.M.S. Challenger midieron sistemáticamente la salinidad, temperatura y densidad del agua en los océanos del mundo. A lo largo de los años las técnicas para la medición de esas propiedades del agua de los océanos han cambiado drásticamente tanto en el método empleado como en la precisión obtenida. Aunque todo el mundo sabe que el agua de mar es salada, pocos saben que incluso pequeñas variaciones en la Salinidad Superficial del Mar (en adelante: SSM) puede tener efectos dramáticos en el ciclo del agua y la circulación de los océanos. Por esta razón urge la necesidad de producir sistemáticamente mapas mundiales de la SSM como los que obtendrán el instrumento MIRAS del satélite Proteus de la Misión SMOS de la ESA y el instrumento Aquarius de la NASA abordo del satélite argentino SAC-D, los cuales resultarán cruciales para el estudio de la salinidad de los océanos y del cambio climático, así como también de su predicción. Mapa: National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Fuente del mapa: World Ocean Atlas 2005, Volume 2: Salinity. S. Levitus, Ed. NOAA. Atlas NESDIS 62, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C.

5 3 de 81 Misión SAC-D/Aquarius El objetivo de la misión SAC-D/Aquarius es el de contribuir a una mejor comprensión e interpretación de la totalidad del sistema terrestre y de las consecuencias de los cambios naturales y los inducidos por el hombre en el medio ambiente del planeta. En ese sentido, su misión será la de estimar la salinidad de los océanos en forma global, pero particularmente la de obtener nueva información climática a partir de las mediciones de salinidad en el Mar Argentino y una nueva visión de la circulación y procesos de mezcla en el Océano Atlántico, así como también detectar focos de alta temperatura en la superficie terrestre para la obtención de mapas de riesgo de focos de calor (incendios y erupciones volcánicas) y humedad del suelo con el fin de poder implementar alertas tempranas de inundaciones. El comando, control, monitoreo y recolección de los datos científicos que produzca la Misión SAC-D/Aquarius se realizará en las facilidades del Centro Espacial Teófilo Tabanera de la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE): la Estación Terrena Córdoba y el Centro de Control de Misión (en Falda del Carmen, Provincia de Córdoba); dicha información espacial será compartida con la Red de Estaciones Terrenas de la National Aeronautics and Space Administration (NASA). Cabe destacar que el diseño y construcción de la plataforma satelital SAC-D estuvo a cargo de la prestigiosa empresa argentina de alta tecnología radicada en Bariloche, INVAP Sociedad del Estado, así como también la integración (de los 8 instrumentos y de los paneles y celdas solares), y los ensayos finales. El SAC-D es el cuarto satélite construido por INVAP para la CONAE, y da continuidad al Plan Espacial Nacional y a los acuerdos bilaterales que son parte del desarrollo espacial argentino. Su puesta en órbita estaba programada originalmente para el 22/May/2010, pero la misma se reprogramó para fines de 2010 o inicios de 2011, dependiendo la misma del tiempo que insuma para el LIT-INPE de Brasil el testeo ambiental, así como también de las condiciones meteorológicas en la base Vandenberg de la U.S. Air Forces (USAF) que emplea la NASA, y para tal propósito será empleado un cohete Boeing Delta II (similar al que envió al espacio al SAC-C a fines del año 2000). La CONAE es responsable de 5 de los 8 instrumentos científicos que conforman la carga útil de la plataforma satelital SAC-D: El Radiómetro de Microondas (MWR) para medir la velocidad superficial del viento, vapor de agua y contenido de agua en las nubes sobre los océanos, concentración de hielo marino con el fin de proveer parámetros geofísicos relevantes aplicados a pronósticos climáticos e hidrológicos orientados a estudios regionales, así como también contribuir a la determinación de la SSM obtenida por el instrumento Aquarius. Este radiómetro operará en las frecuencias 23.8 GHz y 36.5 GHz (banda Ka).

6 4 de 81 La Cámara Infrarroja de Nueva Tecnología (NIRST) para determinar eventos de alta temperatura sobre el suelo (incendios y erupciones volcánicas), medir sus parámetros físicos (energía liberada, temperatura, ubicación de focos de calor, etc.) y medir la Temperatura Superficial del Mar (TSM) sobre la costa oriental de Sudamérica y otras áreas seleccionadas. También la TSM podrá emplearse para un ajuste más fino de la determinación de la SSM obtenida por el Aquarius. Este instrumento operará en las siguientes bandas: 3.8, y µm. La Cámara de Alta Sensibilidad (HSC) para el estudio de auroras, intensidad de luces urbanas, tormentas eléctricas, vigilancia, detección de incendios y cobertura de nieve, entre otras importantes aplicaciones. Esta cámara operará entre nm. El Sistema de Recepción y Transmisión de Datos Meteorológicos/Ambientales (DCS) para recibir datos meteorológicos y ambientales generados por sistemas de mediciones en tierra para la posterior retransmisión a la Estación Terrena de Córdoba y a los usuarios vía Internet. El Paquete de Demostración Tecnológica (TDP) mejorar futuras misiones y además para determinar la posición del satélite y su velocidad, entre otros datos. Desarrollos e instrumentos científicos argentinos albergados en el satélite SAC-D: La CONAE diseña los requerimientos del sistema satelital SAC-D. INVAP Sociedad del Estado participa como contratista principal de la CONAE en el diseño y en la construcción de la plataforma satelital SAC-D; realiza además la integración (de los 8 instrumentos y de los paneles solares) y los ensayos finales. La CONAE aporta una cámara de alta sensibilidad (HSC) para observación nocturna y aplicaciones al estudio de fenómenos atmosféricos. El Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR) y la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de La Plata (FI-UNLP) aportan un radiómetro de microondas (MWR). El Centro de Investigaciones Ópticas (CIOp), el IAR y la FI-UNLP (con la participación de la Canadian Space Agency CSA ) aportan una cámara de nueva tecnología de barrido en el infrarrojo (NIRST). La Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) aporta los dispositivos fotovoltaicos (los paneles y celdas solares que proveerán de energía a todos los instrumentos que integran el observatorio), diseñados, fabricados y ensayados por el Grupo de Energía Solar de la Gerencia de Investigación y Aplicaciones, el Departamento de Ensayos No Destructivos y Estructurales, el Departamento de Materiales y la Gerencia Química, todos ellos pertenecientes al Centro Atómico Constituyentes (CAC) de la CNEA, los cuales incluyen sensores solares gruesos de silicio. Las irradiaciones fueron realizadas con el acelerador de partículas lineal TANDAR del CAC-CNEA. Cabe destacar que en el diseño, integración y ensayos de los paneles solares se emplearon procedimientos y herramientas desarrolladas en la CNEA, y que las técnicas de integración fueron previamente calificadas

7 5 de 81 mediante la realización de ensayos mecánicos y de termovacío sobre modelos de ingeniería y calificación también diseñados e integrados por la CNEA. La FI-UNLP aporta un sistema de recolección de datos (DCS), un instrumento de demostración tecnológica (TDP) para determinación de órbita, posición y velocidades angulares del satélite (que será utilizado en futuras misiones de la CONAE), compuesto por un receptor GPS. Cabe señalar que participa en el diseño del TDP el Instituto Universitario Aeronáutico (IUA) de la Fuerza Aérea Argentina (FAA). El CIOp aporta cuatro giróscopos del tipo IFOG para el TDP. Entre otros organismos gubernamentales del ámbito de la Ciencia y Tecnología nacional relacionados al proyecto, se destacan: Consejo Nacional de Investigaciones (CONICET), Universidad Tecnológica Nacional (UTN), Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) e Instituto de Investigaciones para la Defensa (CITEDEF); entre las empresas privadas de base tecnológica se destacan DTA S.A. y CONSULFEM S.A. Organismos espaciales asociados al Proyecto SAC-D/Aquarius: La CONAE provee la plataforma satelital SAC-D, los cinco instrumentos científicos que conforman el observatorio argentino, los dispositivos fotovoltáicos que proveerán la energía, las facilidades del Centro Espacial Teófilo Tabanera para la operación, control y recolección de datos científicos y telemetría de la Misión, así como también la generación de información espacial. La NASA provee el instrumento Aquarius, compuesto por un radiómetro (provisto por el Goddard Space Flight Center GSFC ) y un scaterómetro en banda L (provisto por el Jet Propulsion Laboratory JPL ), el vehículo lanzador Boeing Delta II, las facilidades y servicios de lanzamiento del satélite en la base Vandenberg de la USAF en California, y además aporta sólo para la fase inicial de la Misión el monitoreo del satélite en órbita, y en casos de emergencias el apoyo técnico-programático y la disponibilidad de la Red de Estaciones Terrenas. La ASI (Agenzia Spaziale Italiana) provee el instrumento Radio Occultation Sounder for Atmosphere (ROSA), destinado a observaciones de ocultaciones de los satélites del NAVigation System and Ranging - Global Position System (NAVSTAR-GPS). Además, la ASI aporta dos receptores GPS para la plataforma de servicios del satélite, así como también la disponibilidad de las estaciones terrenas de Malindi (en Kenia) para la fase inicial de la Misión y en casos de emergencias, y también la de Matera (en Italia) para complementar los servicios de la Estación Terrena Córdoba de la CONAE. Con el instrumento ROSA la ASI

8 6 de 81 pretende medir perfiles atmosféricos (tropósfera y estratósfera) de temperatura, humedad y presión, así como también perfiles ionosféricos a la altitud del SAC-D empleando la técnica de medición de radio-ocultación de GPS. Los datos del ROSA podrán ser usados particularmente para aplicaciones en climatología y meteorología. Cabe señalar que, según informa la ASI, dicho instrumento fue testeado con éxito el año pasado, al formar parte de la carga útil de la plataforma satelital OCEANSAT-2 de la India, lanzada al espacio en Septiembre de 2009; luego, en 2010 irá integrado al satélite argentino SAC-D y en 2011 al satélite italiano ASI SABRINA. El CNES (Centre National détudes Spatiales de Francia) aporta el instrumento denominado CARMEN-1, destinado a medir las propiedades y distribución de micrometeroritos y desechos espaciales, así como también servirá para la medición de los efectos de la radiación cósmica sobre componentes electrónicos de nueva generación. El uso de datos del instrumento CARMEN-1 estarán sujetos a la política de datos del CNES. El INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais de Brasil) realizó en 2008 los ensayos de calificación del modelo estructural del SAC-D en su Laboratório de Integração e Testes (LIT). A partir de Mayo de 2010, y por espacio de tres o cuatro meses, el sistema satelital SAC-D con todos sus instrumentos y paneles solares será sometido a ensayos ambientales en el LIT-INPE (es decir, se probará la resistencia del satélite ante las exigencias termomecánicas que tendrá durante su lanzamiento y luego mientras desempeñe su misión en el espacio), y posteriormente el satélite argentino será enviado a la base Vandenberg en California para su puesta en órbita prevista para fin de año. Misión SMOS La misión SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) 3 de la European Space Agency (ESA), 4 tiene como objetivo medir la salinidad de los océanos y estudiar la humedad del suelo mediente el empleo del instrumento MIRAS (Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis). 5 SMOS fue propuesto como misión para el programa Earth Explorer de la ESA en 1998 por el Dr. Yann H. Keer, Investigador Principal del Centre d Études Spatiales de la Biosphère (CESBIO). La selección del SMOS como misión ocurrió en Abril de 1999, fecha en que se inician los primeros estudios. Cabe señalar que el SMOS se trata de un pequeño satélite de la serie Proetus desarrollado por el Centre National détudes Spatiales (CNES) de Francia, y en cierto sentido puede decirse que el 3 Humedad del Suelo y Salinidad de los Océanos. 4 Los 18 Estados Miembros de la ESA son: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Noruega, Países Bajos, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza. Canadá y Hungría tienen un estatus especial y participan en algunos proyectos conforme a un acuerdo de cooperación 5 Radiómetro de Microondas empleando Síntesis de Apertura.

9 7 de 81 proyecto SMOS es una iniciativa del CNES por su fuerte respaldo y apoyo ante la ESA desde Entre los principales participantes del proyecto se destacan: la ESA (responsable de la Misión, incluida la financiación), el CNES, el Centro para el Desarrollo Tecnológico Nacional (CDTI) de España y el Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer (Ifremer). Forman parte también del proyecto SMOS: la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), el Instituto de Ciencias del Mar (ICM), el Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt, DLR), los conglomerados europeos EADS CASA, EADS Astrium y Thales Alenia Space y la empresa española Mier Comunicaciones. Es importante destacar que la Canadian Space Agency (CSA) aportó el diseño y desarrollo de un procesador para medir la humedad de los suelos. Por otra parte, el Canadian Meteorological Center recepcionará los datos recolectados por el SMOS con el fin de generar información espacial en tiempo real. Ello significará en una importante colaboración para el European Center for Medium-Range Weather Forecasts. En el segmento espacial, la ESA encargó en 2004 a EADS-CASA y CDTI la construcción del instrumento MIRAS, que representa la carga útil de la Misión SMOS, en cuyo desarrollo participó la UPC. En 2005 fue sometido exitosamente al Critical Design Review, y hacia Marzo de 2007 EADS-CASA entregó el instrumento a Thales Alenia Space para su integración a la plataforma satelital Proteus, desarrollada por el CNES, culminando la misma en Diciembre de ese año. Con respecto al segmento terreno, la ESA cuenta con el Segmento Terreno de Operaciones Espaciales desarrollado por el CNES, ubicado en Toulouse, y el Segmento Terreno de Procesamiento de Datos, construido por un grupo de conglomerados españoles, 6 ubicado en el predio de la Estación de Seguimiento de Satélites en Villafranca del Castillo. El SMOS fue sometido exitosamente a varios ensayos antes de la Revisión de Aceptación para el Vuelo, la cual tuvo lugar el 25 de Mayo de 2009 (previo a ello estuvo almacenado al menos por casi un año en las instalaciones de Thales Alenia Space en Cannes, al Sur de Francia, donde se le habían practicado los testeos al modelo estructural entre Julio/2007 y Junio/2008). El 27 de Agosto fue trasladado al cosmódromo de Plesetsk, en el Norte de Rusia, y el 2 de Noviembre se llevó a cabo satisfactoriamente el lanzamiento y puesta en órbita del satélite, mediante el empleo del misil balístico intercontinental ruso Rockot, a cargo de la empresa germano-rusa EUROCKOT Launch Services GmbH. A continuación se presentan, de acuerdo con el CNES, la cronología de las metas principales de la Misión SMOS: 6 INDRA Espacio, GMV Aerospace and Defense e INSA.

10 8 de 81 Fuente: Centre National d Études Spatiales (CNES), In the first few days after launch, we performed a series of checks and adjustments on the satellite systems to make sure they are in good shape, 7 explica François Bermudo, SMOS Project Leader at CNES (26/Nov/2009). En ese sentido, las calibraciones y verificaciones de las antenas, instrumentos y giroscopios culminaron el 17 de Noviembre, permitiendo la puesta en operación del radiómetro interferométrico MIRAS (en el Apéndice de imágenes Misión SMOS de la ESA del presente informe se exponen las primeras imágenes obtenidas por el sensor MIRAS del SMOS). Vale mencionar que en esta etapa de calibraciones del instrumento MIRAS participan científicos de la UPC y del ICM, así como también en el desarrollo de algoritmos que permitirán comprender e interpretar estas variables con la precisión requerida. Según la ESA la fase de operación se ejecutará a partir de Mayo de No obstante, la ESA ha programado una serie de evaluaciones mediante instrumentos embarcados en aeronaves para validar los datos obtenidos durante la vida útil de la Misión. En ese sentido, las mediciones previstas con aeronaves resultarán en campañas a ser realizadas en Australia y Europa. El SMOS será la primera misión que proporcione una visión global de los niveles de salinidad de los océanos. De esa forma, se logrará obtener una mejor comprensión e interpretación de la salinidad y la temperatura de los mares, lo cual ayudará a predecir más fácil y tempranamente las zonas donde se intensifican los huracanes. La salinidad en los mares tiene un gran impacto sobre la circulación de los océanos, que desempeña un papel clave en la conducción del clima mundial. Meses más tarde le seguirá la misión argentina-estadounidense SAC-D/Aquarius, que podrá obtener la misma información con mayor precisión y a escala global, además de poder cumplir con otros estudios e investigaciones científicas relacionadas a la teleobservación de la Tierra, así como también realizar demostraciones tecnológicas (véanse páginas 3 a 6 del presente informe). Motivo y objetivos del informe Cabe destacar la importancia estratégica que adquiere para Argentina participar en una de las dos primeras misiones sobre el estudio de la salinidad de los océanos y del cambio climático, y que la NASA haya confiado en la CONAE y en el desarrollo de 7 En los primeros días después del lanzamiento, se realizó una serie de controles y ajustes en los sistemas del satélite para asegurarse de que están en buena forma.

11 9 de 81 una plataforma satelital argentina (diseñada y construida por INVAP Sociedad del Estado) para integrar el instrumento Aquarius de U$S 251 millones, no es un dato menor. En ese sentido, el motivo por el cual se elaboró el presente informe de divulgación científica corresponde con la intención del autor y del equipo al que representa 8 en divulgar la importancia que adquiere comprender e interpretar la SSM y sus efectos en el cambio climático, así como la provisión de datos sobre la humedad del suelo en grandes extensiones, para prevenir tempranamente el desarrollo de catástrofes naturales (como huracanes, inundaciones, e incluso la aparición/dispersión de enfermedades), y mostrar que la generación de información espacial en ese sentido responde a los intereses vitales del país, así como también a su Seguridad Nacional. Este informe es el resultado de una larga recopilación y procesamiento de datos secundarios producidos por organismos e institutos estatales (y algunos privados) de la Argentina, los Estados Unidos y la Unión Europea (listados en orden alfabético): American Geophysical Union, USA. Centre d Études Spatiales de la Biosphère (CESBIO), Francia. Centre National d Études Spatiales (CNES), Francia. Centro Atómico Constituyentes (CAC) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), Argentina. Departamento de Tecnología Aeroespacial del Centro Latinoamericano de Investigaciones (CLICET), Argentina. Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE), Argentina. Earth & Space Research (ESR), USA. European Space Agency (ESA), 18 Estados Miembros. Inter-American Institute for Global Change Research (IAI), Brasil. Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer (Ifremer), Francia. Instituto de Investigación en Ciencias Sociales (IDICSO, Universidad del Salvador), Argentina. Investigaciones Aplicadas Sociedad del Estado (INVAP), Argentina. National Academy of Sciences, USA. National Aeronautics and Space Administration (NASA), USA. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), USA. School of Marine Sciences (University of Maine), USA. Scripps Institution of Oceanography (UC San Diego), USA. The Oceanography Society, USA. USC Earth Sciences (University of Southern California), USA. El objetivo principal de este informe es la divulgación científica acerca de la importancia estratégica que representa el estudio de la SSM y sus efectos en el cambio climático, abordando la evolución de las dos únicas misiones en su tipo en la 8 Departamento de Tecnología Aeroespacial del CLICET.

12 10 de 81 actualidad, y que llevan a cabo agencias espaciales gubernamentales: SMOS de la ESA y SAC-D/Aquarius de la CONAE/NASA. En ese sentido se realizará un análisis conceptual sobre la salinidad, temperatura superficial y densidad del agua de mar, para luego abordar sus efectos sobre el ciclo del agua, en la circulación de los océanos y el cambio climático, y por último se caracterizarán los objetivos y aplicaciones de las misiones científicas mencionadas. Sobre el final del documento se presentan apéndices con imágenes correspondientes a la evolución de ambas misiones satelitales. Agradezco a la Gerencia General de INVAP Sociedad del Estado la posibilidad de visitar con mi equipo de trabajo durante el mes de Marzo de 2010 las nuevas instalaciones de la empresa en Bariloche y poder observar los trabajos de integración de los instrumentos científicos, paneles solares y componentes electrónicos a la plataforma satelital SAC-D antes de su partida al espacio. 9 Ricardo De Dicco. Buenos Aires, Junio/2009 (1º Ed.) y S. C. de Bariloche, Marzo/2010 (2º Ed.). 9 Previa escala en el LIT-INPE de Brasil para el testeo ambiental correspondiente, como fuera mencionado oportunamente.

13 11 de 81 La Salinidad, la Temperatura Superficial y la Densidad del Agua de Mar E l contenido de sal (o la salinidad) del agua de mar se mide por la cantidad de sal contenida en un kilogramo de agua. También puede definirse la salinidad como un coeficiente de conductividad adimensional, conocido como Unidades Prácticas de Salinidad (PSU, por su sigla en inglés). Por ejemplo, la salinidad es de 35 PSU equivalente a ppm (partes por millón), 10 lo que significa que hay más de 35 libras de sal por cada libras de agua de mar; dicho de otra forma, 34,8 gramos de sal por cada kilogramo de agua en los océanos (recordar que en el mar un litro de agua pesa más que un kilogramo). El agua de los mares del mundo posee un total aproximado de 3,5% de sal. 11 Además de la salinidad, también es importante conocer la temperatura del agua. La figura que se expone a continuación representa la temperatura media anual de la superficie del mar: Figura: University of Southern California. 10 Cabe destacar que la SSM varía según el lugar. La SSM en el océano abierto generalmente oscila entre 32 y 37 PSU, pero puede ser mucho menor, cerca de fuentes de agua dulce, o evitar la media y alcanzar registros de hasta 42 PSU, como en el Mar Rojo. 11 Las sales disueltas en los océanos conforman por: 55,3% cloro, 30,8% sodio, 3,7% magnesio, 2,6% sulfuro, 1,2% calcio y 1,1% potasio.

14 12 de 81 En la superficie, las pautas de la temperatura media en general, coinciden con la latitud: las temperaturas más cálidas se encuentran en los trópicos y las aguas más frías se encuentran próximas a los polos, como es sabido. En términos generales, la temperatura promedio en las aguas superficiales de los océanos es de 17ºC. Sin embargo, importantes excepciones a esta tendencia se ven cerca de las costas a lo largo del ecuador en el Océano Pacífico. Al disolverse la sal en el agua, la masa aumenta, mientras que su volumen se mantiene igual, por lo que la densidad del agua aumentará. La disminución de la temperatura del agua también aumentará su densidad. Por consiguiente, obtenemos una salinidad del océano y temperaturas de superficie en densidades que oscilan entre y kg por metro cúbico. En efecto, la temperatura y la salinidad son dos factores fundamentales que afectan las densidades en los mares, y es por ello que en la medida que la temperatura desciende la densidad del agua de los océanos aumenta constantemente, hasta el punto de congelación (-1,94ºC), así como también el aumento de salinidad provoca de igual forma un aumento de la densidad del agua de mar. Sin embargo, la temperatura muestra un mayor efecto que la salinidad sobre la densidad del agua. La figura de abajo representa la dependencia de la densidad del agua en función de la temperatura y la salinidad. Temperatura y Salinidad del agua de mar: las líneas representan isopycnals (líneas de densidad constante) en la superficie del mar, y se define como σt (densidad kg/m 3 -): Figura: University of Southern California.

15 13 de 81 Veamos a continuación la variación de la temperatura de la superficie de los océanos, durante el período Enero-Mayo de 2009: Fecha Enero/2009 Febrero/2009 Marzo/2009 Abril/2009 Mayo/2009 Fuente: Earth Observatory de la NASA, Consultar los siguientes hipervínculos:

16 14 de 81 Veamos a continuación la presentación de anomalías en la temperatura de la superficie de los océanos, durante el período Enero-Mayo de 2009: Fecha Enero/2009 Febrero/2009 Marzo/2009 Abril/2009 Mayo/2009 Fuente: Earth Observatory de la NASA, Consultar los siguientes hipervínculos:

17 15 de 81 La figura que se expone a continuación representa la salinidad media anual de la superficie de los océanos: Figura: University of Southern California.

18 16 de 81 El Ciclo del Agua U na característica definitoria del agua de mar es la relativamente alta concentración de sales disueltas o salinidad. 12 Para comprender por qué el mar es salado es necesario comprender los ciclos del agua entre sus estados físicos: líquido, gaseoso (vapor) y sólido (hielo). Como un líquido, el agua disuelve las rocas y los sedimentos, y reacciona con las emisiones de los volcanes y fuentes hidrotermales: esto da lugar a una solución de sales minerales en nuestras cuencas oceánicas. En otras partes del ciclo, sin embargo, el agua y la sal son incompatibles: el vapor de agua y el hielo son esencialmente libres de sal. A través de la historia de la Tierra, ciertos procesos -incluida la erosión de las rocas, la evaporación del agua del océano y la formación de hielo marino- han servido para hacer que el mar sea salado. Estos factores que provocaron un aumento de la salinidad son contrarrestados por la continua disminución de la salinidad, debido a procesos tales como el continuo aporte de agua dulce de los ríos, las precipitaciones de lluvia y nieve, y el derretimiento del hielo. La molécula de agua, H 2 O, es única en el sentido de que, naturalmente, puede existir como un gas (vapor), líquido (agua) y sólido (hielo) dentro de la gama relativamente pequeña de la temperatura del aire y las presiones encontradas en la superficie de la Tierra. El ciclo del agua está determinado por los intercambios entre el océano y la atmósfera. De hecho, el 86% de la evaporación y el 78% de la precipitación mundial se producen sobre el océano. La SSM se convierte, por así decirlo, en un instrumento de medición para comprender e interpretar mejor los ciclos de agua dulce en el océano. Esto es debido a que en algunas partes del ciclo del agua aumentará la salinidad, así como también disminuirá en otras partes (véase el diagrama de la página siguiente). La SSM a nivel mundial se rige por patrones de diferencias geográficas. Al igual que en los continentes, algunas latitudes del océano son lluviosas, mientras que otras son áridas y desérticas, por así decirlo. En general, determinada por las latitudes, las precipitaciones tienen bajos SSM, y las determinadas por la alta evaporación de alta SSM. En relación a las corrientes oceánicas, la SSM también puede modificar las pautas de comportamiento en el transporte de las aguas superficiales -SSM y su firma - a través de los cinturones de latitud. La Corriente del Golfo, por ejemplo, transporta agua caliente, de alta salinidad del agua, de los trópicos a Europa a lo largo del Océano Atlántico. 12 La concentración (cantidad por peso) de sal en el agua varía según el tipo: agua dulce (1.000 ppm), agua levemente salada (de a ppm), agua moderadamente salada (de a ppm) y agua altamente salada (de a ppm).

19 17 de 81 Diagrama: NASA-GSFC. Para realizar el seguimiento de los cambios en los patrones de SSM en el tiempo, los científicos deberán vigilar la relación entre los dos principales procesos en los océanos: 1) la evaporación ( E ) que controla la pérdida de agua, y 2) la precipitación ( P ) que regula la ganancia de agua. Mediante el SMOS y con mayor precisión con el SAC-D/Aquarius, los científicos serán capaces de producir mapas a nivel mundial (E - P). Así, por primera vez se podrá observar cómo el océano responde a la variabilidad en el ciclo del agua, de temporada a temporada y de año tras año. (E - P) SSS Cambio Ejemplos de cómo el cambio en la SSS puede afectar el medio ambiente Positivo: La evaporación supera la precipitación Negativo: La precipitación es superior a la evaporación Fuente: NASA-GSFC. Incremento Disminución Reducción de agua de mar en la capacidad de absorber dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero. Los científicos han visto pruebas de tal cambio frente a las costas de Hawaii. El "refrescar" de agua de mar disminuye su densidad, lo que reduce su capacidad de sumidero. Mantener la densidad de la circulación termohalina controlados es clave para mantener el transporte de calor del océano -y el clima de la Tierra- en equilibrio.

20 18 de 81 Fuente: NASA-GSFC. Los modelos SVAT (Soil-Vegetation-Atmosphere Transfer) actuales se diseñan para describir los procesos básicos de evaporación en la superficie, junto con la transpiración vegetal, el drenado, la escorrentía superficial y las variaciones de humedad del suelo. En las simulaciones de modelos de SVAT se necesita un valor inicial suficientemente realista de cantidad de agua en la zona no saturada, que la misión SMOS permitirá estimar de forma global. Como dice el Mission Requirements Document: ( ) las series temporales de humedad del suelo superficial permiten la determinación de la humedad de la zona no saturada y la evapotranspiración. En suelos sin vegetación (o con muy poca), las series temporales de humedad superficial permiten calcular la escorrentía y el ritmo de evaporación. En suelos cubiertos de vegetación, la humedad de la zona no saturada es necesaria para describir los flujos de agua y energía en el continuo suelo-vegetación-atmósfera. Es más, incluyendo algoritmos de asimilación de CO 2 en los esquemas de SVAT se puede llegar a simular el crecimiento de la vegetación y explorar así los mecanismos de respuesta de la biosfera a cambios en los patrones de lluvia, en la temperatura y en el almacenamiento de agua en el terreno ( En suelos con abudante vegetación, la cantidad de agua almacenada por las plantas (denominada profundidad óptica de la vegetación) debe ser tenida en cuenta. La misma profundidad óptica de la vegetación puede ser un producto útil para la comunidad científica, con el objeto de monitorizar el estado de la cubierta vegetal. Al liberar vapor de agua a la atmósfera, se libera calor del terreno hacia la atmósfera por lo que en terrenos con alta humedad del suelo la temperatura local tiende a bajar. Por otra parte, cabe señalar que la cantidad de agua en las capas superficiales del terreno determina directamente la capacidad de alamacenamiento de calor de ese suelo, su conductividad térmica, y la partición de energía entre los flujos de calor latente y sensible. Es poor ello que la humedad del suelo es una variable clave en el intercambio de energía entre la Tierra y la atmósfera, y en ese sentido la importancia

21 19 de 81 que representa para ambas misiones espaciales poder tomar las mediciones pertinentes. La humedad contenida en las capas más superficiales de las zonas continentales supone en realidad una muy pequeña parte del agua del planeta -un esquema de cuyo ciclo global se puede observar en la ilustración que se expone abajo-, pero su importancia a la hora de mantener la vida es fundamental -pareja a la del vapor de agua atmosférico-, al constituir el principal aporte de agua que recibe la vegetación. Obtener medidas precisas de esta variable es especialmente valioso para la ecología, el estudio de los ciclos biogeoquímicos, la monitorización de zonas propensas a sufrir deslizamientos de tierra, etc. Además, permite controlar los recursos hidrológicos globales y determinar la producción de alimentos, por lo que es de gran interés para la política de gestión de recursos primarios. Como fuera mencionada precedentemente, las misiones SMOS y SAC-D/Aquarius podrán llevar a cabo esta clase de estudios. Ilustración: ESA.

22 20 de 81 Ilustración: ESA.

23 21 de 81 La Circulación Oceánica y el Clima L a influencia de la salinidad en la circulación de los océanos y el clima puede ser más profunda en las altas latitudes del planeta. Por ejemplo, el Atlántico Norte es una fuente primaria de hundimiento de masas de frías, densas y de alto contenido de salinidad, desencadenando el proceso de la circulación termohalina que se extiende a lo largo los océanos del mundo. La circulación termohalina es la responsable de la mayor parte del transporte de calor que regula el clima. Además, estudios recientes muestran que los últimos cambios climáticos están relacionados con cambios significativos en la fuerza de la circulación termohalina. Representación esquemática de la circulación termohalina: Esquema: University of Southern California. En latitudes medias, la salinidad influye en la profundidad a la que las masas de agua se hunden y en qué medida se extienden a través del océano. La ubicación y la profundidad de estas masas de agua controlan el calor, y las sales se transportan entre los trópicos y en latitudes altas. Al igual que los frentes atmosféricos que aportan tiempo inestable, los frentes oceánicos son áreas de alta correlación con la actividad, a menudo importantes, tales como la pesca de atún. En los trópicos, la SSM está muy controlada por las precipitaciones y la escorrentía fluvial; 13 estas fuentes de agua dulce interactúan con la atmósfera para regular los océanos, las cuales afectan a casi la mitad de la población humana del mundo cada 13 La escorrentía fluvial es aquella agua proveniente tanto de precipitaciones de agua o nive que no llegan a ser absorvidas por el suelo de forma natural.

24 22 de 81 año. Asimismo, los fenómenos de El Niño y La Niña tienen efectos profundos en la humanidad y son -a un grado desconocido- regidos por la salinidad y temperatura de los océanos. Con la puesta en órbita del SMOS en Noviembre pasado y del SAC-DAquarius a fines de 2010, los científicos podrán indagar sobre los patrones de SSM a lo largo del tiempo y poder así comprender las variaciones de salinidad del océano y la influencia de la densidad de la circulación de los océanos desde los trópicos hacia los polos. La SSM es la clave para discernir e interpretar las variaciones en la circulación de los océanos y sus efectos en el cambio climático global a través del tiempo. Algunos mapas al respecto elaborados por el Goddard Space Flight Center (GSFC) de la NASA: Mapa: NASA-GSFC.

25 23 de 81 Mapa: NASA-GSFC. Mapa: NASA-GSFC.

26 24 de 81 La Salinidad Superficial del Mar analizada desde el Espacio Instrumento Aquarius del SAC-D Hipotética imagen desde el vehículo lanzador Delta II de la NASA del sistema satelital SAC-D/Aquarius con sus paneles solares desplegados, en órbita a 657 km sobre la Patagonia y el Mar Argentino, a fines de 2010 Ilustración: NASA Goddard Space Flight Center (GSFC). L a SSM es una medida clave en el ciclo mundial del agua, que recientemente comienza a ser estudiada y monitoreada desde el espacio. El instrumento Aquarius de la NASA incluirá un conjunto de tres radiómetros que son sensibles a la salinidad (1,413 GHz; banda L) y un dispersómetro que corrige la rugosidad de la superficie (oleaje) del océano. En combinación con el Aquarius, los dos instrumentos provistos por la CONAE complementan su estratégica Misión: el Radiómetro de Microondas (MWR) desarrollado por el IAR y la FI-UNLP y la Cámara Infrarroja de Nueva Tecnología (NIRST) desarrollada por el CIOp, el IAR y la FI-UNLP (con la colaboración de la CSA). Los tres instrumentos combinados recopilarán más datos en dos meses que lo que se había acumulado por los buques oceanográficos y en los sensores durante los cien años previos a su lanzamiento. En

27 25 de 81 ese sentido, la Misión SAC-D/Aquarius será capaz de monitorear los cambios mundiales de la SSM de manera sistemática y constante. Mapas: NASA-GSFC. Los datos relacionados con los objetivos del instrumento Aquarius son: Proporcionar la primera generación de observaciones mundiales de SSM, que cubre la superficie de la Tierra una vez cada 7 días. Entrega mensual de mapas de 150 kilometros de resolución SSM a través de una misión de 3 años de vida (mínimo). La SSM podrá alcanzar la precisión de 0,2 PSU. Los objetivos relacionados con la investigación del Aquarius incluyen una mejor comprensión de: El ciclo del agua. El 86% de la evaporación y el 78% de la precipitación mundial ocurrirá en los océanos, 14 por lo que la SSM se convierte en la variable clave para comprender e interpretar cómo el agua dulce de entrada y de salida afecta a la dinámica de los océanos. 14 Como fuera mencionado en el capítulo El Ciclo del Agua, página 16 del presente informe.

28 26 de 81 La circulación de los océanos. Con la temperatura, la salinidad del agua del mar determina la densidad y la flotabilidad, que impulsan la medida de la estratificación de los océanos, la mezcla, y la formación de masa de agua. Clima. Como modelos a evolucionar, el Aquarius proporcionará la SSM imprescindible de datos necesarios para conectar los dos componentes principales del sistema climático: el ciclo del agua y la circulación de los océanos. En el esquema de abajo se puede observar que entre los importantes factores geofísicos que deben incluirse en la recolección de datos de la salinidad por parte de un radiómetro en el espacio son las emisiones de la atmósfera, la rotación de Faraday en la ionósfera, la temperatura y la rugosidad (del oleaje) de la superficie del océano, y la presencia de las radiaciones cósmicas que se reflejan en la superficie: Esquema: NASA-GSFC. Como fuera mencionado en la presentación de este informe, el instrumento Aquarius está compuesto por un radiómetro provisto por el GSFC y un scaterómetro en banda L provisto por el JPL. A continuación se presenta una tabla con información técnica del instrumento Aquarius:

29 27 de 81 Aquarius Instrument Information Item Value Summary/Units Sensor type Radiometers at GHz; scatterometer at 1.26 GHz Number of instruments 1 Number of channels Size Mass with contingency Power with contingency Data rate with contingency Optical layout Footprint sizes Radiometer NEDT 6 sec integration Radiometer stability for 7 days Radar calibration stability for 7 days Ground calibration scheme Onorbit calibration scheme Pointing requirements (3s) Command and control requirements Operational modes 3 antenna feeds, 3 polarimetric radiometers, 1 polarimetric scatterometer 3 m x 6 m_ 4 m, antenna deployed 400 kg 450 W, 100% duty cycle, 50 W standby TBD kbps 3 antenna beams at 29, 38, 45 incidence angles to shadow side of orbit 76 X 94 km, 84 X 120 km, 96 X 156 km 0.08 K 0.12 K 0.13 db In situ SSS sensors on buoys and ships Noise diodes in radiometer and cold sky measurements 0.05 (knowledge); 0.5 (control and stability) Once per month for cold sky measurement ON, Standby, Survival Modelos digitales del instrumento Aquarius y del satélite SAC-D Fuente: NASA-GSFC.

30 28 de 81 Instrumentos abordo de la Misión SAC-D/Aquarius por Agencias Espaciales Instrumentos Aquarius MWR NIRST HSC DCS Objetivos Comprensión de la circulación oceánica, el ciclo global del agua y sus interacciones con el clima. Medida de humedad de suelo sobre Argentina Promedio de precipitaciones, velocidad del viento, concentración de hielos marinos, vapor de agua y nubes Detección de focos de calor, mediciones de temperatura superficial del mar Iluminación urbana, tormentas eléctricas, auroras, cobertura de nieve Sistema de recolección de datos Agencias Espaciales NASA (EE.UU.) CONAE (Argentina) CONAE (Argentina) / CSA (Canadá) CONAE (Argentina) CONAE (Argentina) ROSA Propiedades de la atmósfera ASI (Italia) CARMEN I Modelos de demostración tecnológica Efectos de la radiación cósmica sobre componentes electrónicos, distribución de micrometeoritos y desechos espaciales Determinación de posición, velocidad y tiempo. Velocidad angular inercial CNES (Francia) CONAE (Argentina) Nota. Para información técnica sobre los instrumentos que irán abordo del satélite SAC-D, consultar: Fuente: CONAE. Ilustración: NASA-GSFC.

31 29 de 81 Perfil de la Misión SAC-D/Aquarius Responsables de la Misión Áreas de interés general de la Misión Constructor del satélite Carga útil Dispositivos fotovoltáicos para provisión de energía Integración y ensayos de los instrumentos científicos y paneles solares Testeo ambiental Peso del satélite Órbita Hora de pasada del satélite CONAE-NASA Oceanografía, Ciencias Atmosféricas, Hidrología, Monitoreo de Desastres y Vigilancia Ambiental, Hielo marino y nieve, Ambiente y Biodiversidad, Epidemiología Panorámica y Pesca INVAP Sociedad del Estado 8 instrumentos científicos (5 de ellos argentinos) Centro Atómico Constituyentes de la CNEA INVAP Sociedad del Estado LIT-INPE de Brasil kg Helio sincrónica 657 km 06:00 pm (hora local del nodo descendente) Fecha de lanzamiento Fines de 2010 o comienzos de 2011 Vehículo lanzador Lugar del lanzamiento Boeing Delta II provisto por la NASA Base Vandenberg de la USAF en California Fuente: CONAE y NASA.

32 30 de 81 El siguiente esquema refleja el circuito inicial de la misión: Esquema de la misión SAC-D/Aquarius de la CONAE-NASA Satélite SAC-D/Aquarius (CONAE/NASA) Estación Terrena Córdoba y Centro de Control de Misión para la recolección y procesamiento de datos (CONAE) Diciembre/2010: Delta II Productos y archivo de mapas Sistema Terreno Aquarius (NASA) de salinidad de los océanos (NASA-GSFC) (CONAE/NASA-JPL) Créditos de las ilustraciones y fotos: CONAE, INVAP, NASA y Vandenberg Air Force Base. Fuente: elaboración propia en base a datos de la CONAE y la NASA.

33 31 de 81 Configuración del vehículo de lanzamiento Boeing Delta II: Configuración del SAC-D/Aquarius para su lanzamiento: Ilustraciones: CONAE / NASA-GSFC, 2009.

34 32 de 81 Configuración del sistema satelital: Vistas en perspectivas de la plataforma satelital de servicios: Ilustraciones: CONAE / NASA-GSFC, 2009.

35 33 de 81 Para mayor información sobre la Misión SAC-D/Aquarius, consultar: NASA Aquarius web site CONAE SAC-D web site INVAP SAC-D web site The Aquarius/SAC-D Mission: Designed to Meet the Salinity Remote-Sensing Challenge (Mar/2008, elaborado por Gary Lagerloef de la NASA, Fernando Raul Colomb de la CONAE et al). Proyecto SAC-D/Aquarius (Ago/2008, elaborado por Ricardo De Dicco del CLICET / IDICSO-USAL y publicado por el CLICET). Proyecto SAC-D/Aquarius (Oct/2008, elaborado por Ricardo De Dicco del CLICET / IDICSO-USAL y publicado por el Instituto Argentino de Radioastronomía). Notas de prensa de la CONAE: Mar/2010. Se realizó en Bariloche el Seminario de la Misión Satelital SAC- D/Aquarius Oct/2009. Se presentaron los proyectos de investigación del Grupo de Ciencia SAC- D Aquarius Oct/ to. Encuentro de Ciencia de la Misión SAC-D Aquarius Sep/2009. Reunión del Grupo de Trabajo de Operaciones de la Misión SAC- D/Aquarius Jun/2009. El instrumento Aquarius está en Bariloche para ser integrado al satélite SAC-D Dic/2008. Comienza el 4to. Workshop de Ciencia SAC-D Aquarius en honor al Dr.Fernando Raul Colomb. 3 al 5 de diciembre en Puerto Madryn, Chubut Jul/2008. Finalizó con éxito la Revisión Crítica del Diseño del satélite SAC- D/Aquarius (Misión y Observatorio). Buenos Aires, 21 al 24 de julio de 2008 Mar/2008. Fue aprobada la revisión crítica de diseño y se inicia la construcción del modelo de vuelo del satélite SAC-D/Aquarius Dic/2005. Revisión del Diseño Preliminar de los instrumentos argentinos de la Misión SAC-D/Aquarius Mar/2004. Firma CONAE - NASA por el SAC-D AQUARIUS Feb/2004. La máxima autoridad de la NASA, Sean O Keefe, viene a la Argentina a firmar un acuerdo de cooperación con la CONAE para la Misión satelital conjunta SAC-D / Aquarius Oct/2003. Avances de la Misión SAC-D / Aquarius, el nuevo proyecto satelital argentino en el que participa todo el sistema científico y tecnológico nacional

36 34 de 81 Instrumento MIRAS del SMOS Concepción artística del SMOS orbitando la Tierra el 2/Nov/2009 Ilustración: European Space Agency (ESA), El objetivo fundamental de la misión SMOS al observar las zonas marinas del planeta es monitorear globalmente la circulación oceánica, al permitir la observación de la salinidad la determinación del trazado de las masas de agua, y en especial de la circulación dependiente de los cambios de densidad en las masas de agua. La densidad oceánica es una función no lineal dependiente de dos variables, como fuera explicado oportunamente en las páginas precedentes: la temperatura del agua y su salinidad, motivo por el cual el conjunto de estos procesos globales se denomina circulación termohalina (de termo -temperatura- y halina -salinidad-). Ésta se puede determinar utilizando los datos de salinidad que obtendrá la Misión SMOS.

37 35 de 81 Esquema de la circulación termohalina: Esquema: University of Southern California. Como fuera mencionado en el capítulo introductorio, la Misión SMOS consiste en una pequeña plafatorma satelital genérica denominada Proteus, suministrada por el CNES de Francia, la cual sirve de base para un innovador instrumento denominado MIRAS (Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis), desarrollado por EADS-CASA Espacio en España. SMOS es la primer Misión que llevará un radiómetro interferométrico en 2D a una órbita polar. Según la ESA, mediante el empleo de esta nueva tecnología, la Misión SMOS medirá la concentración de humedad en el suelo y de sal en la superficie de los océanos para comprender e interpretar mejor el ciclo del agua y conocer con mayor profundidad cómo el cambio climático puede estar afectando a los patrones de evaporación en los océanos y en tierra firme. Por otra parte, cabe destacar que los datos de la salinidad de las aguas superficiales de los océanos también avanzarán nuestro conocimiento sobre la circulación de los océanos, que constituye un factor importante en la moderación del clima. A continuación una serie de mapas de simulación de la SSM temporada tras temporada:

38 36 de 81 Mapas: ESA. Los sensores del MIRAS permitirán captar la radiación de 1,4 GHz que emite la superficie de la Tierra, ya que es la óptima en cuanto a sensibilidad de la salinidad y de la humedad del suelo. Además, a esta frecuencia, dentro de la denominada banda L de microondas en la que la atmósfera es prácticamente invisible para las radiaciones, está prohibido hacer emisiones artificiales para no interferir con las observaciones. Presentan sólo pequeñas variaciones, aunque demuestran la uniformidad de una comparación más salada del Atlántico al Pacífico. Desde el muestreo in situ es difícil, en la actualidad la única manera de estimar la salinidad de los océanos mundiales es para simular los datos a través de complejos modelos de informáticos. Pero ello será diferente con las misiones SMOS y SAC-D/Aquarius. En suma, los objetivos científicos del SMOS son: