Missão Cluster

 Nota: Para outros significados de Cluster, veja Cluster (desambiguação).

Simulação tridimensional da Missão Cluster

Cluster é uma missão da Agência Espacial Européia (ESA) que usa quatro satélites para estudar as interações entre o vento solar e a magnetosfera terrestre. Após a destruição dos satélites durante a falha do voo inaugural Ariane 5 em 1996, os satélites foram reconstruídos de forma idêntica e lançados em 2000. A missão, que duraria dois anos, foi prolongada por vários anos.

Os quatro satélites idênticos, pesando aproximadamente 1 200 kg, em formação piramidal em uma órbita alta polar altamente elíptica, o que permite estudar em três dimensões os fenômenos físicos complexos que ocorrem nas regiões localizadas no topo da magnetosfera em que o vento solar confina. Cada satélite carrega onze instrumentos, incluindo um magnetômetro, um instrumento para medir o campo elétrico, cinco instrumentos para medir ondas e três instrumentos para medir partículas.

A missão, juntamente com o SoHO, que se dedica ao estudo do vento solar e do Sol , é um dos quatro pilares do programa científico Horizon 2000 da Agência Espacial Europeia.

Objetivos

O objetivo da missão é o estudo de processos físicos envolvidos na interação entre o vento solar e a magnetosfera através de observações de regiões como a magnetopausa e a zona de choque em arco

História

Foi proposta inicialmente em novembro de 1982 em resposta à requisição da ESA para a próxima geração de missões espaciais.

Em 4 de junho de 1996 foi realizado o lançamento da missão em Kourou por um foguete Ariane-501. O lançador apresentou falhas e a missão não obteve êxito.

A ESA decidiu construir um quinto satélite, denominado 'Phoenix', idêntico aos anteriores. Na metade de 1997 a espaçonave estava integrada e testada. Para que os objetivos da missão fossem atingidos, mais três satélites foram construídos.

Em 2000 a missão, agora denominada Cluster II, foi lançada por um foguete russo Soyuz.

Alguns instrumentos sobressalentes foram utilizados na missão Double Star, primeira exploração espacial com finalidade científica da China.

Espaçonave

Características Principais

A espaçonave possui as seguintes características principaisː

• Diâmetro: 2,9 m
• Altura: 1,3 m
• Massa Total: 1 200 kg
• Massa de combustível: 650 kg
• Massa da carga paga: 71 kg
• Potência dos paineis solares: 224 W
• Velocidade Angular: 15 rpm
• Vida útil operacional: 27 meses (nominal)

Instrumentos

Cada uma das naves espaciais possui 11 instrumentos, os quais estão listados na tabela abaixo.

Acrônimo	Instrumento (em Inglês)	Medida
ASPOC	Active Spacecraft Potential Control experiment	Regulação de cargas elétricas positivas
CIS	Cluster Ion Spectroscopy experiment	Análise da composição, massa e distribuição de íons na magnetosfera e no vento solar
DWP	Digital Wave Processing instrument	Processamento de dados
EDI	Electron Drift Instrument	Medição do campo elétrico e magnético
EFW	Electric Field and Wave experiment	Magnitude e direção do campo elétrico
FGM	Fluxgate Magnetometer	Magnitude e direção do campo magnético
PEACE	Plasma Electron and Current Experiment	Análise do número, direção e velocidade de elétrons de baixa e média energia na magnetosfera
RAPID	Research with Adaptive Particle Imaging Detectors	Detecção de íons e elétrons de alta energia
STAFF	Spatio-Temporal Analysis of Field Fluctuation experiment	Análise de variações do campo magnético
WBD	Wide Band Data receiver	Medição do campo elétrico e magnético em determinadas frequências
WHISPER	Waves of High Frequency and Sounder for Probing of Density by Relaxation	Concentração de partículas carregadas

Lista Parcial de Resultados

A missão forneceu dados inéditos para a investigação de fenômenos como as auroras, a reconexão magnética e a origem de partículas de alta energia presentes na magnestosfera. A lista abaixo contém, em ordem cronológica, alguns resultados obtidos com os dados da missão Cluster.

2001

• 11 de Dezembro: Investigação de regiões escuras presentes nas auroras.

2002

• 1 de Outubro: Visão Telescópica/Microscópica de uma subtempestade.

• 29 de Dezembro: Verificação do afinamento da lâmina de corrente na magnetosfera.

2003

• 29 de Janeiro: Bifurcação da lâmina de corrente da magnetocauda.

• 20 de Maio: Verificação da relação entre a aurora de prótons e a reconexão magnética.

• 29 de Junho: Observações multiponto da reconexão magnética.

2004

• 5 de Abril: Estimativa da espessura da zona de choque em arco.

• 13 de Maio: Detecção de uma tríplice cúspide polar como consequência de uma sequência temporal.

• 23 de Junho: Relação entre as oscilações das lâminas de plasma e as subtempestades.

• 12 de Agosto: Detecção de vórtices de gás na magnetopausa devido à instabilidade de Kelvin-Helmholtz.

• 17 de Setembro: Identificada a plasmapausa como fonte de radiação contínua não-termal através de triangulação.

• 25 de Novembro: Observações quadriponto das descontinuidades direcionais do vento solar.

• 13 de Dezembro: Escala espacial de fluxos de alta velocidade na lâmina de plasma.

2005

• 4 de Fevereiro: Observação da topologia do campo magnético de da reconexão magnética na magnetopausa em três dimensões.

• 28 de Abril: Investigação da entrada de vento solar na magnetocauda na presença de campo magnético interplanetário orientado

para o norte através da comparação entre simulação da magnetosfera terrestre e dados das naves Cluster.

• 28 de Julho: Primeiras medições da corrente de anel através da aquisição de dados das quatro espaçonaves simultâneamente.

• 11 de Agosto: Identificação de microvórtices na cúspide polar norte.

• 21 de Setembro: Primeiras evidências de rachaduras em uma estrela de nêutrons através de dados da missão Cluster e do satélite TC-2

da missão Double Star.

• 22 de Dezembro: Hipótese de aceleração de elétrons do cinturão de Van Allen através de ondas de baixa frequência.

2006

• 11 de Janeiro: Detectada região de reconexão magnética com mais de 2,5 milhões de quilômetros.

• 24 de Fevereiro: Identificação de propriedades tridimensionais da turbulância magnética presente na magnetobainha.

• 30 de Março: Detecção de oscilações na lâmina neutra com mais de 30 000 km de extensão através dos instrumentos de cinco satélites,

sendo 4 da missão Cluster e 1 da missão Double Star.

• 19 de Maio: Novas propriedades microscópicas da reconexão magnética nas regiões de difusão de elétrons.

• 20 de Junho: Lacunas de densidade de íons e lacunas magnéticas observadas no vento solar através dos quatro satélites da missão Cluster

e do satélite TC-1 da missão Double Star.

• 18 de Julho: Medição tridimensional do centro de uma reconexão magnética.

• 24 de Agosto: Observação da relação entre subtempestades magnéticas e fluxos de plasma de alta velocidade.

• 3 de Outubro: Observação, juntamente com o satélite TC-1 da missão Double Star, de reconexões magnéticas na magnetopausa, gerando

eventos de transferência de fluxo.

• 13 de Novembro: Investigadas propriedades de estruturas de grande, médio e pequeno porte nas regiões exteriores da plasmasfera.

• 6 de Dezembro: Reconexões magnéticas reveladas dentro de vórtices de plasma na magnetosfera.

• 29 de Dezembro: Milésima órbita da missão Cluster.

2007

• 09 de Fevereiro: Determinação do formato do campo elétrico nas regiões de aurora através de medições de concentração de plasma.

• 26 de Março: Evidências experimentais de reconexão magnética em plasma turbulento.

• 12 de Abril: Modelo proposto para explicação de subtempestades magnéticas com base nos dados coletados pela missão Cluster.

• 11 de Maio: Natureza dinâmica da zona de choque em arco revelada através de medições de campo magnético, campo elétrico e distribuição de íons.

• 29 de Junho: Testes de resultados teóricos sobre reconexões magnéticas através de medidas tridimensionais.

• 26 de Julho: Participação na coleta de dados para investigação da origem de ondas de ultra baixa frequência.

• 11 de Setembro: Medições simultâneas de subtempestades pelos quatro satélites da missão Cluster e por duas espaçonaves da missão Double Star.

• 22 de Outubro: Mapeamento de células de convecção de plasma sobre as calotas polares.

• 9 de Novembro: Utilização de medições de campo elétrico para comprovação da lei de Ohm generalizada.

• 21 de Novembro: Captura do impacto de Ejeções de massa coronal na magnetosfera.

• 6 de Dezembro: Identificação de dois feixes de íons simultâneos na magnetocauda.

2008

• 23 de Janeiro: Estimação do tamanho da região de difusão de elétrons.

• 7 de Março: Detectada a presença de sólitons na magnetopausa.

• 9 de Junho: Encontradas ondas whistler em um evento de reconexão magnética.

• 27 de Junho: Investigação de características das emissões de rádio provenientes da Terra.

• 11 de Agosto: Identificação simultânea de um par de pontos magnéticos nulos.

• 27 de Agosto: Avaliação de mecanismo físico de aceleração de íons de oxigênio em direção à magnetocauda.

• 5 de Dezembro: Comparação entre subtempestades magnéticas da Terra e de Júpiter.

2009

• 14 de Janeiro: Estimação da quantidade de hidrogênio que escapa naturalmente a cada ano da atmosfera terrestre.

• 25 de Março: Observação de turbulência na magnetobainha.

• 29 de Abril: Monitoramento do impacto de eventos solares extremos.

• 16 de Julho: Proposta de modelo de aquecimento do vento solar.

2010

• 20 de Janeiro: Medições simultâneas de reconexões magnéticas pelos quatro satélites da missão Cluster e pelo satélite TC-1 da missão Double Star.

• 11 de Março: Relação entre Ejeções de massa coronal e o aparecimento de elétrons de alta energia.

• 23 de Abril: Detecção de jatos de plasma de alta velocidade além da zona de choque em arco.

• 26 de Julho: Rastreamento de íons durante tempestades geomagnéticas.

2011

• 7 de Janeiro: Estudo conjunto das magnetopausas da Terra e de Vênus.

• 1 de Fevereiro: Características da região de aceleração da aurora.

• 4 de Julho: Investigação da aceleração de partículas energéticas na magnetosfera através da observação de jatos de plasma a alta velocidade.

• 6 de Setembro: Explicação do mecanismo das subtempestades geomagnéticas ultrarrápidas.

• 16 de Novembro: Determinação da espessura da zona de choque em arco.

2012

• 7 de Março: Estudo do fluxo de íons de oxigênio na Terra e em Marte.

• 5 de Junho: Investigação sobre a origem da aceleração de partículas nas cúspides polares.

Ligações externas

• «Portal da Missão Cluster» (em inglês) 

• «Portal Científico da Missão Cluster» (em inglês) 

• «Destaques dos Resultados Científicos da Missão Cluster» (em inglês)