El nuevo instrumento de la NASA apunta a la radiación solar terrestre

Un instrumento muy pequeño tiene un gran trabajo por delante: medir toda la energía dirigida a la Tierra desde el sol y ayudar a los científicos a comprender cómo esa energía influye en el clima severo de nuestro planeta, el cambio climático y otras fuerzas globales.

Del tamaño de una caja de zapatos o una consola de juegos, el Monitor Compacto de Irradiación Total (CTIM) es el satélite más pequeño jamás enviado para observar la suma de toda la energía solar que la Tierra recibe del sol, también conocida como «irradiación solar total».

La radiación solar total es un componente importante del balance de radiación de la Tierra, que sigue el balance entre la energía solar entrante y saliente. Mayores cantidades de gases de efecto invernadero emitidos por actividades humanas, como la quema combustibles fósilesatrapar cantidades cada vez mayores de energía solar en la atmósfera de la Tierra.

Este aumento de energía eleva las temperaturas globales y cambia el clima de la Tierra, lo que a su vez provoca cosas como el aumento del nivel del mar y tiempo severo.

«Con mucho, la energía dominante en el clima de la Tierra proviene del sol», dijo Dave Harber, investigador principal del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado en Boulder e investigador principal de CTIM. «Es una entrada clave para los modelos predictivos que predicen cómo el clima de la Tierra podría cambiar con el tiempo».

Misiones de la NASA como el Experimento de Presupuesto de Radiación de la Tierra e instrumentos de la NASA como CERES permitidos científicos del clima para mantener un récord ininterrumpido de irradiación solar total que se remonta a 40 años. Esto permitió a los investigadores descartar el aumento energía solar como culpable de de Cambio Climático y reconocer el papel de los gases de efecto invernadero en el calentamiento global.

Asegurar que el registro permanezca ininterrumpido es de suma importancia para los científicos de la Tierra. Con un registro ininterrumpido de la radiación solar total, los investigadores pueden detectar pequeñas fluctuaciones en la cantidad de radiación solar que recibe la Tierra durante ciclo solarasí como enfatizar el impacto de las emisiones de gases de efecto invernadero en el clima de la Tierra.

Por ejemplo, el año pasado, los investigadores de la NASA y la NOAA se basaron en el registro ininterrumpido de la radiación solar total para determinar que, entre 2005 y 2019, la cantidad de radiación solar que permanece en la atmósfera terrestre casi se duplicó.

«Para garantizar que podamos seguir recopilando estas mediciones, debemos hacer que los instrumentos sean lo más eficientes y rentables posible», dijo Harber.

El CTIM es un prototipo: su demostración de vuelo ayudará a los científicos a determinar si los satélites pequeños pueden ser tan efectivos para medir la radiación solar total como los instrumentos más grandes, como el Monitor de Irradiación Total (TIM) que se usa a bordo de la misión SORCE y la misión TSIS-1. en marcha en la Estación Espacial Internacional. Si tiene éxito, el prototipo impulsará los enfoques utilizados para futuros instrumentos.

El detector de radiación de CTIM aprovecha un nuevo material de nanotubos de carbono que absorbe el 99,995% de la luz entrante. Esto lo hace excepcionalmente adecuado para medir radiación solar total.

Reducir el tamaño de un satélite reduce el costo y la complejidad de desplegar ese satélite en órbita terrestre baja. Esto permite a los científicos preparar instrumentos de repuesto que pueden preservar el registro de datos de ETI en caso de que un instrumento existente no funcione correctamente.

El nuevo detector de radiación de CTIM, también conocido como bolómetro, aprovecha un nuevo material desarrollado en conjunto con investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.

«Parece una alfombra de pelo muy, muy oscuro. Era la sustancia más negra que los humanos jamás habían hecho cuando se creó, y sigue siendo un material excepcionalmente útil para observar TSI», dijo Harber.

Hecho de diminutos nanotubos de carbono dispuestos verticalmente en una oblea de silicio, el material absorbe casi toda la luz del espectro electromagnético.

Juntos, los dos bolómetros CTIM ocupan menos espacio que un cuarto de cara. Esto permitió a Harber y su equipo desarrollar un pequeño instrumento adecuado para recopilar datos de irradiancia total desde una pequeña plataforma CubeSat.

Un instrumento hermano, el Monitor compacto de irradiación espectral (CSIM), usó los mismos bolómetros en 2019 para explorar con éxito la variabilidad en las bandas de luz presentes en la luz solar. Las futuras misiones de la NASA podrían fusionar CTIM y CSIM en una sola herramienta compacta para medir y diseccionar la radiación solar.

«Ahora nos preguntamos, ‘¿Cómo podemos tomar lo que hemos desarrollado con CSIM y CTIM e integrarlos juntos?'», dijo Harber.

Harber espera que CTIM comience a recopilar datos aproximadamente un mes después del lanzamiento, actualmente programado para el 30 de junio de 2022, a bordo de STP-28A, una misión de la Fuerza Espacial dirigida por Virgin Orbit. Una vez que Harber y sus colegas de LASP implementen los paneles solares de CTIM y verifiquen cada uno de sus subsistemas, activarán CTIM. Es un proceso delicado que requiere diligencia y extremo cuidado.

«Queremos tomarnos nuestro tiempo y asegurarnos de que estamos realizando estos pasos rigurosamente y que cada componente de este instrumento funciona correctamente antes de pasar al siguiente paso», dijo Harber. «Simplemente demostrar que podemos recopilar estas medidas con un CubeSat sería un gran problema. Eso sería muy gratificante».

Financiado a través del programa InVEST en la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra de la NASA, CTIM se lanza desde el Puerto Aéreo y Espacial de Mojave en California a bordo del cohete LauncherOne de Virgin Orbit como parte de la misión STP-S28A de la Fuerza Espacial de los Estados Unidos.

Otro graduado de la NASA del programa de tecnología InVEST, NACHOS-2, también estará a bordo. Un gemelo de NACHOS, NACHOS-2, ayudará al Departamento de Energía a monitorear los gases residuales en la atmósfera terrestre.