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 proveniente del 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.

Aproximadamente 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 rastrea el equilibrio entre la energía solar entrante y saliente. Las mayores cantidades de gases de efecto invernadero emitidos por las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles, atrapan mayores cantidades de energía solar dentro de la atmósfera de la Tierra.

Ese 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 el clima severo.

«Con mucho, la entrada de energía dominante al 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 pronostican cómo podría cambiar el clima de la Tierra con el tiempo».

Las misiones de la NASA, como el Experimento del presupuesto de radiación de la Tierra, y los instrumentos de la NASA, como CERES, han permitido a los científicos del clima mantener un récord ininterrumpido de irradiación solar total que se remonta a 40 años. Esto permitió a los investigadores descartar el aumento de la energía solar como culpable del cambio climático y reconocer el papel que juegan los gases de efecto invernadero en el calentamiento global.

Investigadores de LASP que trabajan en CTIM en la Universidad de Colorado, Boulder. Aproximadamente del tamaño de una caja de zapatos, CTIM es el instrumento más pequeño jamás enviado para estudiar la radiación solar total.
Créditos: Tim Hellickson / Universidad de Colorado, Boulder

Asegurar que el récord permanezca intacto es de suma importancia para los científicos de la Tierra. Con un récord ininterrumpido de irradiancia solar total, los investigadores pueden detectar pequeñas fluctuaciones en la cantidad de radiación solar que recibe la Tierra durante el ciclo solar, así como enfatizar el impacto que tienen 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 récord ininterrumpido de irradiación solar total para determinar que, entre 2005 y 2019, la cantidad de radiación solar que permanece en la atmósfera terrestre casi se duplicó.

“Para asegurarnos de que podamos continuar recolectando estas mediciones, necesitamos hacer que los instrumentos sean lo más eficientes y rentables posible”, dijo Harber.

CTIM es un prototipo: su demostración de vuelo ayudará a los científicos a determinar si los satélites pequeños podrían ser tan efectivos para medir la irradiación solar total como los instrumentos más grandes, como el instrumento Monitor de Irradiación Total (TIM) utilizado a bordo de la misión SORCE completada y el TSIS-1 en curso. misión 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 especialmente adecuado para medir la radiación solar total.

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

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

“Se parece un poco a una alfombra de pelo muy, muy oscuro. Era la sustancia más negra que los humanos jamás habían fabricado cuando se creó por primera vez, y sigue siendo un material excepcionalmente útil para observar TSI”, dijo Harber.

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

Juntos, los dos bolómetros de CTIM ocupan menos espacio que la cara de una moneda de veinticinco centavos. Esto permitió a Harber y su equipo desarrollar un pequeño instrumento apto para recopilar datos de irradiancia total de 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 dentro de las bandas de luz presentes en la luz solar. Las futuras misiones de la NASA pueden fusionar CTIM y CSIM en una sola herramienta compacta para medir y diseccionar la radiación solar.

«Ahora nos preguntamos: ‘¿Cómo tomamos lo que hemos desarrollado con CSIM y CTIM e integramos 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 ejecutada por Virgin Orbit. Una vez que Harber y sus colegas de LASP desplieguen 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 seguir estos pasos rigurosamente y de que cada componente de este instrumento funcione 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 traza en la atmósfera de la Tierra.

Con información de NASA

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