Solenergitracker slukker efter 17 år

Efter næsten to årtier, solen er gået ned for NASAs solstrålings- og klimaeksperiment (SORCE), en mission, der fortsatte og fremmede agenturets 40-årige rekord med at måle solindstråling og studere dens indflydelse på Jordens klima.

SORCE-holdet slukkede rumfartøjet den 25. februar, 2020, afslutter 17 års måling af beløbet, spektrum og fluktuationer af solenergi, der kommer ind i Jordens atmosfære - vital information for at forstå klimaet og planetens energibalance. Missionens arv fortsættes af den samlede og spektrale solar Irradiance Sensor (TSIS-1), opsendt til den internationale rumstation i december 2017, og TSIS-2, som vil starte ombord på sit eget rumfartøj i 2023.

Overvåger jordens "batteri"

Solen er Jordens primære energikilde. Energi fra solen, kaldet solindstråling, driver jordens klima, temperatur, vejr, atmosfærisk kemi, havets kredsløb, energibalance med mere. Forskere har brug for nøjagtige målinger af solenergi for at modellere disse processer, og de teknologiske fremskridt i SORCE's instrumenter tillod mere nøjagtige solindstrålingsmålinger end tidligere missioner.

"Disse målinger er vigtige af to grunde, " sagde Dong Wu, projektforsker for SORCE og TSIS-1 ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Klimaforskere skal vide, hvor meget solen varierer, så de ved, hvor store ændringer i Jordens klima, der skyldes solvariation. For det andet vi har diskuteret i årevis bliver Solen lysere eller svagere over hundreder af år? Vi lever kun en kort periode, men en nøjagtig tendens bliver meget vigtig. Hvis du ved, hvordan Solen varierer og kan udvide den viden ind i fremtiden, du kan derefter sætte det forventede fremtidige solinput ind i klimamodeller sammen med anden information, som sporgaskoncentrationer, at vurdere, hvad vores fremtidige klima vil være."

SORCEs fire instrumenter målte solindstråling på to komplementære måder:Total og spektral.

Total solindstråling, eller TSI, er den samlede mængde solenergi, der når jordens ydre atmosfære på et givet tidspunkt. Solpletter (mørkede områder på Solens overflade) og faculae (lyse områder) skaber små TSI-variationer, der viser sig som målbare ændringer i Jordens klima og systemer. Fra rummet, SORCE og andre solindstrålingsmissioner måler TSI uden interferens fra Jordens atmosfære.

SORCE's TSI-værdier var lidt, men betydeligt lavere end dem, der blev målt ved tidligere missioner. Dette var ikke en fejl - dens Total Irradiance Monitor var ti gange mere nøjagtig end tidligere instrumenter. Dette forbedrede solindstrålingsinput til jordens klima- og vejrmodeller fra det, der tidligere var tilgængeligt.

"Den store overraskelse med TSI var, at mængden af ​​irradians den målte var 4,6 watt pr. kvadratmeter mindre end forventet, " sagde Tom Woods, SORCE's hovedforsker og seniorforsker ved University of Colorado's Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) i Boulder, Colorado. "Det startede en hel videnskabelig diskussion og udviklingen af ​​et nyt kalibreringslaboratorium for TSI-instrumenter. Det viste sig, at TIM var korrekt, og alle tidligere bestrålingsmålinger var fejlagtigt høje."

"Det er ikke ofte i klimastudier, at man gør et kvantespring i måleevne, men den tidobbelte forbedring af nøjagtigheden af ​​SORCE / TIM var præcis det, " sagde Greg Kopp, TIM instrument videnskabsmand for SORCE og TSIS ved LASP.

SORCEs andre målinger fokuserede på spektralt opløst solar irradians (SSI):Variationen af ​​solar irradians med bølgelængde over solspektret, dækker de vigtigste bølgelængdeområder, der er vigtige for Jordens klima og atmosfæriske sammensætning.

Udover den velkendte regnbue af farver i synligt lys, solenergi indeholder også kortere ultraviolette og længere infrarøde bølgelængder, som begge spiller en vigtig rolle i at påvirke Jordens atmosfære. Jordens atmosfæriske lag og overflade absorberer forskellige bølgelængder af energi - f.eks. atmosfærisk ozon absorberer skadelig ultraviolet stråling, mens atmosfærisk vanddamp og kuldioxid absorberer længere bølgelængde infrarød stråling, som holder overfladen varm. SORCE var den første satellitmission til at optage et bredt spektrum af SSI i en lang periode, sporer bølgelængder fra 1 til 2400 nanometer på tværs af sine tre SSI-instrumenter.

"For folkesundheden, ozonkemi og ultraviolet stråling er meget vigtige, og synligt lys er vigtigt for klimamodellering, " sagde Wu. "Vi skal kende solvariabiliteten ved forskellige bølgelængder og sammenligne disse målinger med vores modeller."

SORCE observerede Solen på tværs af to solminima (perioder med lav solpletaktivitet), give værdifuld information om variabilitet over en relativt kort 11-årig periode. Men en længere rekord er nødvendig for at forbedre langsigtede forudsigelser, sagde Wu.

Køber tid til en aldrende mission

SORCE blev oprindeligt designet til at indsamle data i kun fem år. Forlængelse af levetiden til 17 krævede kreativ og ressourcestærk ingeniørkunst, sagde Eric Moyer, SORCEs missionsdirektør hos Goddard.

SORCE's batteri begyndte at nedbrydes i dets ottende driftsår, leverer ikke længere nok strøm til at understøtte ensartet dataindsamling. Desværre, NASA-instrumentet designet til at tage dets TSI-målinger, Ære, gik tabt kort efter lanceringen i 2011, og det næste instrument, NOAA / U.S. Air Force Total solar irradiance Calibration Transfer Experiment (TCTE), ville ikke lancere før 2013. Hvis SORCE ikke længere kunne fungere, den igangværende solindstrålingsrekord kunne blive afbrudt. Fordi solen ændrer sig meget langsomt - dens solpletter og faculae følger en 11-årig cyklus, og nogle ændringer strækker sig over årtier eller endda århundreder – en lang, kontinuerlig registrering er afgørende for at forstå, hvordan Solen opfører sig.

Ingeniørteamet skiftede til soldataindsamling kun i dagtimerne, slukke for instrumenterne og en del af rumfartøjet i løbet af natdelen af ​​SORCE-kredsløbet. Denne plan gjorde det muligt for satellitten at køre uden fungerende batteri, Woods sagde - en banebrydende ingeniørpræstation.

"Operations- og videnskabsholdene hos vores partnerorganisationer udviklede og implementerede en helt ny måde at udføre denne mission på, da det så ud til, at den var forbi på grund af tab af batterikapacitet, " sagde Moyer. LASP og Northrup Grumman Space Systems ledede udviklingen af ​​ny operationel software for at fortsætte SORCE-missionen. "De små, meget dedikeret team holdt ud og udmærkede sig, når de mødte operationelle udfordringer. Jeg er meget stolt af deres fremragende præstation og beæret over at have haft muligheden for at deltage i ledelsen af ​​SORCE-missionen."

Fortsætter en lys arv

Da SORCEs tid i solen slutter, NASAs solindstrålingsrekord fortsætter med TSIS-1. Missionens to instrumenter måler TSI og SSI med endnu mere avancerede instrumenter, der bygger på SORCE's arv, sagde Wu. De har allerede muliggjort fremskridt som at etablere en ny reference for den "stille" sol, da der ikke var nogen solpletter i 2019, og for at sammenligne dette med SORCE-observationer af det tidligere solcyklusminimum i 2008.

TSIS-2 er planlagt til at blive lanceret i 2023 med instrumenter, der er identiske med TSIS-1. Dets udsigtspunkt ombord på sit eget rumfartøj vil give det mere fleksibilitet end TSIS-1's dataindsamling ombord på ISS.

"Vi ser frem til at fortsætte den banebrydende videnskab indvarslet af SORCE, og at opretholde solbestrålingsdataene gennem dette årti og frem med TSIS-1 og 2, " sagde LASPs Peter Pilewskie, hovedefterforsker for TSIS-missionerne. "SORCE satte standarden for målenøjagtighed og spektral dækning, to attributter ved missionen, der var nøglen til at få indsigt i Solens rolle i klimasystemet. TSIS har foretaget yderligere forbedringer, som yderligere skulle forbedre sol-klimaundersøgelser."

"Solbestrålingsmålinger er meget udfordrende, og SORCE-teamet foreslog en anden måde, en ny teknologi, at måle dem, " sagde Wu. "Ved at bruge avanceret teknologi til at fremme vores videnskabelige kapacitet, SORCE er et meget godt eksempel på NASAs ånd."