Bagaimana COSMIC Bekerja

Pernah bertanya-tanya mengapa perangkat Global Positioning System (GPS) Anda terkadang menempatkan Anda di tengah gedung, padahal Anda cukup yakin Anda masih berada di jalan atau trotoar? Frustasi, ya, tapi masalahnya bukan pada keakuratan jaringan GPS itu sendiri (lokasi satelit GPS diketahui dengan tepat). Masalahnya berasal dari distorsi sinyal GPS yang disebabkan oleh atmosfer di sekitar Anda. Suhu, tekanan dan kelembaban di udara -- dan bahkan variasi listrik di atmosfer atas -- semuanya memiliki efek kumulatif pada sinyal GPS pada saat mencapai lokasi Anda.

Mengubah sifat buruk menjadi kebajikan, COSMIC adalah proyek bersama yang inovatif oleh Amerika Serikat dan Taiwan yang mendengarkan distorsi dalam sinyal GPS dan menghitung informasi yang dapat digunakan untuk meningkatkan prakiraan cuaca, memprediksi perubahan iklim, dan memantau perubahan magnet bumi .

Menggunakan konsep yang dikembangkan pada 1960-an untuk misi Mariner IV ke Mars, dan berdasarkan keberhasilan percobaan pembuktian konsep awal (Global Positioning System/Meteorology, atau GPS/MET) pada akhir 1990-an, University Corporation for Penelitian Atmosfer (UCAR) di Boulder, Colo., dan Organisasi Antariksa Nasional Taiwan (NSPO) mencapai kesepakatan pada tahun 2001 untuk mengembangkan program eksperimen yang lebih kuat. Meskipun judul resminya adalah Formosa Satellite Mission #3/Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate (FORMOSAT-3/COSMIC), di Amerika Serikat umumnya disebut sebagai COSMIC. NSPO menyediakan 80 persen dari dana $100 juta untuk proyek tersebut, dengan UCAR dan lembaga Amerika lainnya menyediakan sisanya [sumber: Henson ].

Mungkin yang lebih menarik dari nama COSMIC adalah apa yang diusulkan untuk dilakukan. Misi lima tahunnya adalah untuk menunjukkan bahwa tidak perlu banyak sumber daya untuk menyediakan jenis ilmu dasar yang diperlukan untuk mendefinisikan kembali meteorologi dan mulai membangun arsip data klimatologi yang akurat yang diperlukan untuk meningkatkan model iklim yang ada. Hal ini pada gilirannya akan mengajari kita banyak hal tentang perubahan iklim.

Pada akhirnya, pengamatan yang dilakukan oleh COSMIC memungkinkan kita untuk memprediksi angin topan , kekeringan, bencana alam besar lainnya, dan bahkan badai petir dengan lebih akurat.

Selanjutnya, mari kita lihat berbagai komponen yang membentuk COSMIC.

1. Komponen Kosmik
2. Ilmu COSMIC
3. Alat Kosmik
4. Masa Depan COSMIC

COSMIC terdiri dari jaringan satelit , stasiun bumi dan pusat data.

Satelit

Diluncurkan pada 14 April 2006 dengan satu roket Minotaur , "rasi bintang" dari enam mikrosatelit COSMIC berbentuk silinder membutuhkan waktu antara satu hingga dua tahun untuk mencapai ketinggian dan posisi operasional [sumber: Situs Web COSMIC , Fong ]. Setiap satelit memiliki berat sekitar 110 pon (70 kilogram) dan berukuran lebar sekitar 46 inci (116 sentimeter) dan tinggi 7 inci (18 sentimeter), dan masing-masing membawa seperangkat tiga instrumen yang sama di dalamnya. Kami akan membahas instrumen tersebut dan apa yang mereka lakukan nanti, tetapi secara umum, satelit ini melakukan pengukuran mendetail di seluruh atmosfer setiap hari.

Satelit COSMIC berada di orbit kutub, artinya selama setiap perjalanan mengelilingi planet mereka melewati kedua kutub. Dipisahkan oleh 30 derajat garis bujur dan beroperasi pada jarak sekitar 500 mil (800 kilometer) di atas planet ini, satelit-satelit tersebut bersama-sama dioptimalkan untuk menutupi seluruh permukaan Bumi sesering mungkin [sumber: Anthes ].

Karena pendekatan misi baru dan terbatas pada enam satelit, masalah teknis terkadang muncul. Pada suatu saat, beberapa satelit mengalami daya rendah atau masalah teknis lainnya, membatasi fungsionalitasnya dan jumlah pengamatan yang dapat dilakukan oleh instrumen di atas kapal. Masa pakai satelit yang diproyeksikan adalah lima tahun [sumber: Fong ].

Stasiun Darat

Data yang dikirimkan dari satelit dikumpulkan oleh stasiun bumi di Alaska, Virginia, Norwegia, dan Antartika, dengan sebagian besar pengunduhan dilakukan di Alaska dan Norwegia [sumber: Hunt ]. Stasiun bumi ini kemudian menyampaikan informasi ke pusat data. Multi-Mission Center (MMC) yang terletak di Taiwan mengontrol pergerakan satelit itu sendiri [sumber: Schreiner ].

Pusat Data

Data yang diterima oleh stasiun bumi diteruskan ke pusat data di Taiwan dan Boulder. Di Amerika Serikat, pusat data disebut Pusat Analisis dan Arsip Data COSMIC (CDAAC), di mana 10 staf memproses dan mendistribusikan data misi ke komunitas ilmiah.

Tetapi data apa yang sebenarnya dikumpulkan, dan bagaimana ini dilakukan? Halaman berikutnya menjelaskan apa yang ada di setiap satelit COSMIC.

Sebelum kita menjelajahi inti dan baut COSMIC, ada baiknya mengetahui beberapa detail tentang atmosfer bumi yang sebagian besar dari kita pelajari di sekolah tetapi mungkin sudah lupa. Suasananya tidak terlalu berbeda dengan kue ulang tahun berlapis-lapis, dengan setiap lapisan berada di atas lapisan berikutnya, hanya saja menghirup udara di atmosfer tidak akan sering membuat Anda sakit perut. Juga, garis pemisah antara lapisan atmosfer hampir tidak terdefinisi dengan baik seperti lapisan frosting cokelat krim. Lapisan atmosfer yang paling bawah disebut troposfer . Ini terdiri dari udara yang kita hirup setiap hari dan di mana sebagian besar peristiwa yang kita kaitkan dengan cuaca terjadi. Lapisan ini naik dari tanah hingga sekitar 6,2 mil (10 kilometer) di atas permukaan bumi.

Di atasnya terdapat stratosfer , yang membentang dari sekitar 6,2 hingga 20 mil (10 hingga 30 kilometer) di atas Bumi. Awalnya dianggap sangat stabil, pemanasan atau pendinginan udara di stratosfer sekarang diketahui menyebabkan perubahan signifikan dalam pola cuaca di troposfer, menjadikan daerah ini sebagai subjek yang sangat berharga untuk dipelajari [sumber: Yalda ].

Hal terakhir yang perlu kita ketahui adalah ionosfer , yang terdiri dari partikel terionisasi, atau bermuatan, di bagian atas atmosfer mulai sekitar 50 mil (80 kilometer) di atas Bumi. Radiasi matahari yang intens pada ketinggian ini mengeluarkan elektron dari molekul di udara, menggemparkan atmosfer [sumber: UCAR ]. Jika Anda pernah melihat aurora borealis , Anda telah melihat ionosfer beraksi.

Sekarang setelah kita memiliki pemahaman yang lebih baik tentang apa yang dilihat oleh COSMIC, mari kita jelajahi instrumen yang digunakannya untuk mendapatkan tampilan terbaik.

Cuaca Luar Angkasa

Instrumen TIP dan TBB COSMIC yang mempelajari ionosfer memberikan jenis informasi penting untuk pemahaman dan pengetahuan yang lebih baik tentang " cuaca luar angkasa ". Cuaca luar angkasa adalah apa yang terjadi ketika jilatan api matahari menyerang medan magnet bumi dan mengisi ionosfer. Hal ini menyebabkan beberapa fenomena damai, seperti aurora borealis yang menakjubkan, yang sering dapat dilihat dari garis lintang jauh di utara Bumi. Namun, itu juga dapat menyebabkan semburan api matahari yang dahsyat, yang diketahui dapat menghancurkan satelit, menonaktifkan instrumen listrik di Bumi, dan berpotensi membahayakan astronot di luar angkasa. Mengetahui sebanyak mungkin tentang ionosfer dapat membantu kita mengantisipasi badai ini dan mencegah atau meminimalkan kerusakan yang diakibatkannya.

Salah satu aspek yang lebih menarik dari COSMIC adalah cara menggunakan sinyal GPS tradisional yang sudah ada untuk mengumpulkan informasi tentang kondisi atmosfer dari sekitar 0,6 mil (1 kilometer) di atas tanah dan lebih tinggi [sumber: Schreiner ]. Menggunakan penerima Radio Occultation (RO) , satelit mendeteksi sinyal GPS saat mulai melewati atmosfer bumi . Karena satelit COSMIC tahu persis di mana satelit GPS berada, ia dapat mengambil distorsi, atau refraksi, yang disebabkan oleh atmosfer untuk menghitung suhu, tekanan udara, kelembaban, dan bahkan kerapatan elektron di tempat tertentu di tanah.

Setiap pengamatan menggunakan data ini menghasilkan "profil vertikal" di atas tempat tertentu di tanah. Pengamatan ini dilakukan hingga 2.500 kali per hari, yang dari waktu ke waktu menghasilkan gambaran atmosfer tiga dimensi yang terperinci.

Tiny Ionospheric Photometer (TIP) onboard COSMIC memetakan ionosfer Bumi dengan lebih presisi daripada yang tersedia sebelumnya. Ini mungkin kecil, tetapi juga memungkinkan pengamatan terus menerus dari ionosfer pada panjang gelombang ultraviolet jauh 135,6-nanometer.

Sedangkan penerima RO menyediakan data yang bersifat vertikal (mengukur atmosfer dari bawah ke atas secara tiga dimensi), instrumen TIP memetakan ionosfer secara horizontal, atau dua dimensi [sumber: Dymond ]. TIP hanya bekerja pada malam hari karena gangguan yang disebabkan oleh radiasi ultraviolet matahari [sumber: Anthes ].

Juga memetakan ionosfer, tetapi menyediakan data horizontal dan vertikal, adalah Tri-Band Beacon (TBB) . TBB bekerja dengan memancarkan sinyal langsung ke bawah dari satelit menuju stasiun penerima, sehingga menentukan kerapatan elektron ionosfer. Sejumlah terbatas stasiun penerima telah didirikan di sepanjang sumbu utara-selatan orbit kutub di Asia Timur dan Amerika Utara dan Selatan [sumber: Anthes ].

Bekerja sama dengan stasiun penerima yang dilewatinya, dan menggunakan data kerapatan elektron dari dua instrumen lain di pesawat, TBB menyediakan model ionosfer 3-D yang terperinci [sumber: Dymond , Bernhardt ].

Keenam receiver RO mengumpulkan hingga 2.500 pengamatan per hari saat semua satelit beroperasi [sumber: Situs Web COSMIC ]. TIP dan TBB memindai secara konstan dan memberikan cakupan yang berkelanjutan.

Di halaman berikutnya, kita akan melihat beberapa cara di mana data yang dikumpulkan oleh COSMIC digunakan hari ini, dan bagaimana masa depan program ini.

Misi utama COSMIC adalah untuk membuktikan bahwa menggunakan okultasi radio dan konstelasi satelit memberikan data yang berguna tentang atmosfer kita [sumber: Anthes ]. Data dari misi tersebut telah digunakan untuk memprediksi badai tropis dengan lebih akurat. Pada tahun 2006, Badai Tropis Ernesto terbentuk di Samudra Atlantik. Model prediksi cuaca tradisional gagal memprediksi pembentukan badai, tetapi dengan menambahkan data COSMIC ke model, prediksi tentang pembentukan badai sangat mirip dengan apa yang sebenarnya diamati [sumber: Anthes ].

Mungkin yang lebih penting adalah bagaimana hal itu dapat membantu kita memahami perubahan iklim. Seperti yang kami jelaskan sebelumnya, pengukuran okultasi radio membuat profil vertikal atmosfer. Karena pengukuran ini tidak bergantung pada teknologi spesifik apa pun untuk diinterpretasikan, pengukuran ini ideal untuk perbandingan jangka panjang. Di sisi bawah, kesulitan memisahkan efek yang berbeda dari suhu, tekanan dan kelembaban membatasi kegunaan beberapa data di bawah 5 mil (8 kilometer) dan di atas 15 mil (25 kilometer) untuk penelitian iklim [sumber: Anthes ].

Pada dasarnya, COSMIC mengambil konsep di luar tahap ide dan menunjukkan bahwa teknologi ini dapat memberikan hasil yang bermanfaat. UCAR menyelenggarakan lokakarya tahunan untuk memungkinkan para ilmuwan berbagi informasi dan mempelajari lebih lanjut tentang kegunaan data tersebut. Teknologi dan metode bukanlah hal baru, tetapi sebenarnya memiliki data semacam ini tersedia dalam skala besar.

Dua pusat data COSMIC bertanggung jawab untuk menyediakan informasi (gratis) kepada komunitas ilmiah internasional. Pada April 2010, ada lebih dari 1.100 pengguna dari 54 negara [sumber: Schreiner ]. Para ilmuwan menggunakan data ini untuk meningkatkan penelitian mereka dan belajar bagaimana memasukkan jenis informasi ini ke dalam pekerjaan mereka dengan lebih akurat.

Punya penelitian atmosfer yang ingin Anda gunakan datanya? Pendaftaran gratis di situs Web CDAAC, meskipun Anda harus memberi tahu mereka bagaimana Anda akan menggunakan informasi tersebut.

COSMIC didanai hingga 2011, dengan kemungkinan pendanaan lanjutan setelah itu [sumber: Schreiner ]. Setelah misi berakhir, tidak sepenuhnya pasti apa, jika ada, yang akan menggantikannya. UCAR dan NSPO sama-sama berharap mendapatkan dukungan untuk program berkelanjutan dengan dua hingga empat kali lebih banyak satelit yang melakukan hal yang sama, tetapi menyediakan cakupan yang jauh lebih lengkap daripada yang mungkin dilakukan hanya dengan enam satelit . Jika harapan ini terwujud, ramalan cuaca bisa menjadi sangat akurat sehingga orang mungkin hanya perlu menemukan sesuatu selain ramalan cuaca lokal untuk dijadikan bahan lelucon.

Untuk informasi lebih lanjut tentang satelit, prediksi cuaca, dan lainnya, kunjungi tautan di halaman berikutnya.

Garis Waktu COSMIC

1965 -- Radio Occultation (RO) pertama kali digunakan untuk mempelajari Mars

1988 -- Saran pertama untuk menggunakan metode ini untuk mempelajari atmosfer bumi

1995-1997 -- MicroLab-1 memberikan misi RO pertama ke Bumi

2001 -- Program FORMOSAT-3/COSMIC dimulai

2006 -- Satelit COSMIC diluncurkan

2011 -- Program COSMIC berakhir

Artikel Terkait

Lebih Banyak Tautan Hebat

Sumber