GRACIA y GRACIA-FO

GRACE detectó principalmente cambios en la distribución del agua en la Tierra. Los científicos utilizan datos de GRACE para estimar la presión del fondo oceánico (el peso combinado de las aguas oceánicas y la atmósfera), que es tan importante para los oceanógrafos como la presión atmosférica para los meteorólogos. ^{[ 16 ]} Por ejemplo, la medición de los gradientes de presión oceánica permite a los científicos estimar los cambios mensuales en las corrientes oceánicas profundas. ^{[ 17 ]} La resolución limitada de GRACE es aceptable en esta investigación porque las grandes corrientes oceánicas también pueden estimarse y verificarse mediante una red de boyas oceánicas. ^{[ 16 ]} Los científicos también han detallado métodos mejorados para utilizar los datos de GRACE para describir el campo gravitatorio de la Tierra. ^{[ 18 ]} Los datos de GRACE ayudan a determinar la causa del aumento del nivel del mar , ya sea el resultado de la adición de masa al océano, por ejemplo, por el derretimiento de glaciares , o por la expansión térmica del agua que se calienta o los cambios en la salinidad . ^{[ 19 ]} Los campos gravitatorios estáticos de alta resolución estimados a partir de datos de GRACE han ayudado a mejorar la comprensión de la circulación oceánica global . Las colinas y los valles en la superficie del océano ( topografía de la superficie oceánica ) se deben a las corrientes y a las variaciones en el campo gravitatorio de la Tierra. GRACE permite separar estos dos efectos para medir mejor las corrientes oceánicas y su efecto en el clima. ^{[ 20 ]}

Los datos de GRACE han proporcionado un registro de la pérdida de masa dentro de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida. Se ha descubierto que Groenlandia pierde280 ± 58 Gt  de hielo por año entre 2003 y 2013, mientras que la Antártida ha perdido67 ± 44 Gt  por año en el mismo período. ^{[ 21 ]} Esto equivale a un aumento total  del nivel del mar de 0,9 mm/año. De manera similar, se encontraron aumentos en el contenido de calor oceánico resultantes del desequilibrio energético de la Tierra de aproximadamente 0,8  W/m² ^entre 2002 y 2019. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Los datos de GRACE también han proporcionado información sobre la hidrología regional inaccesible para otras formas de teledetección: por ejemplo, el agotamiento de las aguas subterráneas en India ^{[ 24 ]} y California. ^{[ 25 ]} La hidrología anual de la cuenca del Amazonas proporciona una señal fuerte cuando se observa mediante GRACE. ^{[ 26 ]} Un estudio dirigido por la Universidad de California, Irvine, publicado en Water Resources Research el 16 de junio de 2015, utilizó datos de GRACE entre 2003 y 2013 para concluir que 21 de los 37 acuíferos más grandes del mundo "han superado los puntos de inflexión de sostenibilidad y se están agotando" y trece de ellos se consideran "significativamente afectados". El más afectado es el Sistema Acuífero Arábigo , del que dependen más de 60 millones de personas para obtener agua. ^{[ 27 ]}

Variación de la masa de hielo antártica medida por GRACE ^{[ 28 ]}

Variación de la masa de hielo de Groenlandia medida por GRACE ^{[ 29 ]}

GRACE también detecta cambios en el campo gravitatorio debido a procesos geofísicos. El ajuste isostático glacial (GIA), el lento levantamiento de masas terrestres que alguna vez estuvieron deprimidas por el peso de las capas de hielo de la última era glacial, se encuentra entre estas señales. Las señales de GIA aparecen como tendencias seculares en las mediciones del campo gravitatorio y deben eliminarse para estimar con precisión los cambios en la masa de agua y hielo en una región. ^{[ 30 ]} GRACE también es sensible a los cambios permanentes en el campo gravitatorio debido a terremotos. Por ejemplo, los datos de GRACE se han utilizado para analizar los desplazamientos en la corteza terrestre causados ​​por el terremoto que creó el tsunami del Océano Índico de 2004. ^{[ 31 ]}

En 2006, un equipo de investigadores liderado por Ralph von Frese y Laramie Potts utilizó datos de GRACE para descubrir el cráter de Wilkes Land, de 480 kilómetros de ancho (300 millas) , en la Antártida , que probablemente se formó hace unos 250 millones de años. ^{[ 32 ]} 

Los datos de GRACE han mejorado el modelo actual del campo gravitatorio terrestre , lo que ha conllevado avances en el campo de la geodesia . Este modelo mejorado ha permitido realizar correcciones en la superficie equipotencial a partir de la cual se referencian las elevaciones del terreno. Esta superficie de referencia más precisa permite obtener coordenadas de latitud y longitud más exactas y reduce el error en el cálculo de las órbitas de los satélites geodésicos. ^{[ 33 ]}

GRACE es sensible a las variaciones regionales en la masa de la atmósfera y a las variaciones de alta frecuencia en la presión del fondo oceánico. Estas variaciones se comprenden bien y se eliminan de las estimaciones mensuales de gravedad mediante modelos de pronóstico para evitar el aliasing . ^{[ 34 ]} No obstante, los errores en estos modelos influyen en las soluciones de GRACE. ^{[ 35 ]}

Los datos de GRACE también contribuyen a la física fundamental. Se han utilizado para reanalizar los datos obtenidos del experimento LAGEOS con el fin de intentar medir el efecto de arrastre de marco relativista . ^{[ 36 ] [ 37 ]}

La medición clave de GRACE, la gravimetría satelital , no se deriva de ondas electromagnéticas. En cambio, la misión utiliza un sistema de medición de distancia por microondas para medir con precisión los cambios en la velocidad y la distancia entre dos naves espaciales idénticas que vuelan en una órbita polar separadas por unos 220 kilómetros (140 millas) , a 500 kilómetros (310 millas) sobre la Tierra. El sistema de medición de distancia es lo suficientemente sensible como para detectar cambios de separación tan pequeños como 10 micrómetros (aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano) en una distancia de 220 kilómetros. ^{[ 4 ]} A medida que los satélites gemelos GRACE orbitan el globo 15 veces al día, detectan variaciones mínimas en la atracción gravitatoria de la Tierra. Cuando el primer satélite pasa sobre una región de gravedad ligeramente mayor, una anomalía gravitatoria , es atraído ligeramente por delante del satélite que lo sigue. Esto hace que la distancia entre los satélites aumente. La primera nave espacial pasa entonces la anomalía y vuelve a desacelerar; mientras tanto, la siguiente nave espacial acelera y luego desacelera sobre el mismo punto. Midiendo la distancia, que cambia constantemente, entre los dos satélites y combinando esos datos con mediciones de posicionamiento precisas de los instrumentos del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), los científicos pueden elaborar un mapa detallado de las anomalías gravitatorias de la Tierra.  

Los dos satélites (apodados "Tom" y "Jerry" ) mantienen constantemente un enlace de medición de distancia por microondas bidireccional en banda K entre ellos. Las mediciones de distancia precisas se realizan comparando los cambios de frecuencia del enlace. Esto es posible gracias al oscilador ultraestable (USO) a bordo, que produce las frecuencias para el sistema de medición de distancia en banda K. ^{[ 38 ]} La sensibilidad micrométrica de esta medición requiere mediciones igualmente precisas de la posición, el movimiento y la orientación de cada nave espacial para que sea útil. Para eliminar el efecto de fuerzas externas no gravitacionales (por ejemplo, arrastre , presión de radiación solar ), los vehículos utilizan acelerómetros electrostáticos Super STAR sensibles ubicados cerca de sus respectivos centros de masa. Se utilizan receptores GPS para establecer las posiciones precisas de cada satélite a lo largo de la línea base entre los satélites. Los satélites utilizan cámaras estelares y magnetómetros para establecer la actitud . Los vehículos GRACE también tienen reflectores ópticos de esquina para permitir la medición de distancia por láser desde estaciones terrestres utilizando el conjunto de ajuste del centro de masa (MTA), que garantiza que el centro de masa se modifique durante el vuelo en consecuencia. ^{[ 38 ]}

CSR, GFZ y JPL procesan observaciones y datos auxiliares descargados de GRACE para producir modelos geopotenciales mensuales de la Tierra. ^{[ 39 ]} Estos modelos se distribuyen como coeficientes de armónicos esféricos con un grado máximo de 60. También están disponibles productos de grado 90. Estos productos tienen una latencia típica de 1 a 2 meses. Estos coeficientes geopotenciales pueden usarse para calcular la altura del geoide , anomalías de gravedad y cambios en la distribución de masa en la superficie de la Tierra. ^{[ 40 ]} Los productos en cuadrícula que estiman cambios en la masa en unidades de espesor equivalente de agua líquida están disponibles en el sitio web GRACE Tellus de JPL.