Metasurface-teknologi kunne fremme jordvidenskaben fra kredsløb

Sollys, der rejser gennem atmosfæren, bliver polariseret på forskellige måder, da det spredes af vanddamp, is, aerosoler skabt af levende organismer, støv, og andre partikler.

Måling af, at polarisering lader videnskabsmænd ekstrapolere, hvad der er i atmosfæren, og den næste generation af polarimetre til jobbet kunne drage fordel af en ny teknologi udviklet af forskere ved Harvard University, Cambridge, Massachusetts.

Jordforsker Kerry Meyer ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, arbejder sammen med Harvard-partnere om at udvikle en videnskabelig anvendelse af deres "metasurface"-teknologi. Ved at bruge en flad optisk komponent, teknologien kan analysere lys langs fire polarisationsretninger, giver mulighed for en fuld karakterisering af lysets polariserede tilstand:intensitet, lineær polarisering (vandret og lodret), og cirkulær polarisering.

"Indtil for nylig, polarimetre har været ret store instrumenter, og afhængigt af målestrategien, kunne involvere mange bevægelige dele og forskellig optik, " sagde Meyer. "Denne metasurface-teknologi opdeler det indkommende signal i alle fire tilstande."

Uden de bevægelige dele, denne teknologi kunne muliggøre polarimetri i små satellitter som SmallSats og CubeSats, men kunne også skaleres op til brug på større missioner til en betydelig pris, bind, vægt- og strømbesparelser i forhold til eksisterende teknologi.

Mens Harvard-teknologien stadig er i tidlig udvikling, Goddard-forsker Dan Miller sagde, at en type polarimeter forventes at flyve som en del af NASAs planlagte Earth System Observatory på Aerosol, Sky, Konvektion og nedbør (ACCP) mission anbefalet i 2017 Earth Decadal Survey.

Forventes at gå i udvikling i år, denne mission ville, blandt andet, kombinere polarimetri med lidar-data for at give ny indsigt i skyerne og partiklerne i atmosfæren, og hvordan de påvirker livet på Jorden. Lidar betyder Light Detection and Ranging, og det er en fjernmålingsmetode, der bruger lys i form af en pulserende laser til at måle variable afstande til Jorden.

"Kombinationen af ​​en lidar og et polarimeter i kredsløb, observerer det samme mål, fortæller dig både hvad du ser på og den lodrette fordeling – hvor den er i atmosfæren, " sagde Miller.

Partnerskabet gav Harvard postdoc-forsker Noah Rubin værdsat indsigt i videnskabelige use cases for hans teknologi.

"At arbejde med vores nye kolleger hos NASA har været fantastisk, " sagde Rubin. "Mit team på Harvard var primært optaget af ny fysik og optiske teknologier muliggjort ved at styre lys på nanoskala. Det er sjældent, imidlertid, at vi får chancen for at interagere med potentielle slutbrugere på en så direkte måde, for ikke at nævne på et så tidligt tidspunkt i en ny teknologis udvikling."

For jordforsker Ed Nowottnick, Harvard-teknologien gør distribuerede observationer af skyer og aerosoliserede partikler et skridt tættere på virkeligheden.

"Jeg kunne se at flyve denne sensor i rummet som en konstellation, " sagde han. "Hvis du kunne lægge flere eksemplarer op, du kan forbedre din dækning over tid. Derefter, du kommer virkelig langt hen imod at forstå atmosfæriske processer."

Udbetalinger vil omfatte bedre forudsigelse af vejret, aerosolpartikler, og skyer, samt en stærkere forståelse af, hvordan klimaændringer kan påvirke disse processer i fremtiden.