La Irradiación Espectral Lunar aerotransportada de la NASA, o air-LUSI, voló a bordo del avión ER-2 de la NASA del 12 al 16 de marzo para medir con precisión la cantidad de luz reflejada en la Luna. La luz de la luna reflejada es una fuente constante de luz que los investigadores están aprovechando para mejorar la precisión y la consistencia de las mediciones entre los satélites de observación de la Tierra.
Créditos: NASA
“La Luna es extremadamente estable y no está influenciada en gran medida por factores en la Tierra como el clima. Se convierte en una muy buena referencia de calibración, un punto de referencia independiente, mediante el cual podemos configurar nuestros instrumentos y ver qué sucede con nuestro planeta”, dijo el investigador principal de air-LUSI, Kevin Turpie, profesor de investigación en la Universidad de Maryland, College Park.
Los vuelos de air-LUSI son parte de los esfuerzos integrales de calibración y validación de satélites de la NASA. Los resultados complementarán los sitios terrestres como Railroad Valley Playa en Nevada, y juntos proporcionarán a los satélites en órbita un sólido conjunto de datos de calibración.
La NASA tiene más de 20 satélites de observación de la Tierra que brindan a los investigadores una perspectiva global del sistema terrestre interconectado. Muchos de ellos miden las ondas de luz reflejadas, dispersadas, absorbidas o emitidas por la superficie, el agua y la atmósfera de la Tierra. Esta luz incluye luz visible, que los humanos ven, así como longitudes de onda invisibles ultravioleta e infrarroja, y todo lo demás. Al igual que los instrumentos musicales de una orquesta, los instrumentos satelitales individuales deben estar “sintonizados” entre sí para que los investigadores puedan aprovechar al máximo sus datos. Al usar la Luna como un “diapasón”, los científicos pueden comparar más fácilmente los datos de diferentes satélites para observar los cambios globales durante largos períodos de tiempo.
Ahí es donde interviene air-LUSI. Desarrollado en colaboración con el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), el Servicio Geológico de EE. UU. y la Universidad McMaster, air-LUSI es un telescopio que mide cuánta luz se refleja en la superficie lunar para evaluar la cantidad de energía que los satélites de observación de la Tierra reciben de la luz de la luna. Se montó a bordo del avión ER-2 administrado y volaba desde el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en Palmdale, California. El ER-2 es un avión de gran altitud que voló a 70.000 pies, por encima del 95% de la atmósfera, que puede dispersar o absorber la luz solar reflejada. Esto permitió que air-LUSI recopilara mediciones muy precisas rastreables por NIST que son análogas a las que haría un satélite desde la órbita. Para mejorar la precisión de los modelos de reflectancia lunar, las mediciones de air-LUSI son precisas con menos del 1% de incertidumbre. Durante los vuelos de marzo, air-LUSI midió la Luna durante cuatro noches justo antes de la Luna llena.
Este enfoque aerotransportado tiene la ventaja de estudiar la luz de la luna durante las diferentes fases de la luna y, al mismo tiempo, puede traer el instrumento entre vuelos para evaluación, mantenimiento y, si es necesario, reparación.
Credits: Kevin Turpie
Realización de mejoras para una mayor precisión
El espectrómetro air-LUSI está sellado herméticamente dentro de un recinto que mantiene el instrumento constantemente a la temperatura y presión del nivel del mar. La luz recolectada por un telescopio ingresa a una esfera integradora que dirige la luz al espectrómetro, que es un instrumento que mide las variaciones de las ondas de luz. El air-LUSI voló por primera vez en vuelos similares en noviembre de 2019. Desde entonces, el equipo de air-LUSI ha seguido mejorando la precisión del instrumento.
El equipo mejoró el monitor interno para poder verificar mejor la precisión del instrumento en un mayor rango de longitudes de onda, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. También pudieron rediseñar la esfera integradora para eliminar los pequeños efectos de los cambios de temperatura.
“Esto ayudará al instrumento a realizar mediciones con los niveles de precisión de más del 99 % que estamos buscando”, dijo Turpie.
Hacer estos cambios fue un desafío. Los retrasos por la pandemia de COVID-19 hicieron que el ingeniero jefe, que estaba trabajando en las actualizaciones y reparaciones del instrumento, desarrollara un nuevo plan de trabajo remoto. Tanto él como el investigador principal recibieron un permiso especial para recibir piezas directamente en sus hogares para que pudieran trabajar en el instrumento y estar preparados para los vuelos de 2022.
Usando la Luna como un estándar común
Los datos de 2019 y 2022 juntos tienen el potencial de ayudar a los científicos a hacer que los datos de satélites de observación de la Tierra en el rango ultravioleta a infrarrojo cercano sean más consistentes. Además, el estándar común de la Luna facilitaría la comparación y el ajuste fino de las observaciones satelitales actuales y futuras. La próxima misión Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem (PACE) de la NASA planea utilizar la Luna como punto de referencia común para hacer que sus observaciones sean más precisas e intercoherentes con otras mediciones satelitales de la Tierra. Durante la próxima década, PACE y los futuros sensores en órbita del Observatorio del Sistema Terrestre de la NASA ayudarán a crear una imagen más cohesiva de nuestro planeta.
“Tener una fuente de calibración común fuera de la Tierra nos ayudará a alcanzar este objetivo”, dijo Turpie. “Una vez que se utilicen las mediciones de Air-LUSI para mejorar la precisión de la cantidad total de luz proveniente de la Luna, podremos tomar mediciones mucho más precisas de la Tierra utilizando los observatorios espaciales actuales y futuros”.
