Nyt NASA-instrument sætter fokus på jordbundet solstråling

Et meget lille instrument har et stort arbejde foran sig:at måle al Jord-rettet energi, der kommer fra solen, og hjælpe videnskabsmænd med at forstå, hvordan denne energi påvirker vores planets hårde vejr, klimaændringer og andre globale kræfter.

Omtrent på størrelse med en skoæske eller spillekonsol er Compact Total Irradiance Monitor (CTIM) den mindste satellit, der nogensinde er sendt til at observere summen af ​​al solenergi, Jorden modtager fra solen – også kendt som "total solar irradiance."

Samlet solindstråling er en vigtig komponent i Jordens strålingsbudget, som sporer balancen mellem indgående og udgående solenergi. Øgede mængder af drivhusgasser, der udledes fra menneskelige aktiviteter, såsom afbrænding af fossile brændstoffer, fanger øgede mængder af solenergi i Jordens atmosfære.

Den øgede energi hæver de globale temperaturer og ændrer jordens klima, hvilket igen driver ting som stigende havniveauer og hårdt vejr.

"Langt den dominerende energitilførsel til Jordens klima kommer fra solen," sagde Dave Harber, seniorforsker ved University of Colorado, Boulder, Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) og hovedforsker for CTIM. "Det er et vigtigt input til forudsigelige modeller, der forudsiger, hvordan Jordens klima kan ændre sig over tid."

NASA-missioner som Earth Radiation Budget Experiment og NASA-instrumenter som CERES har gjort det muligt for klimaforskere at opretholde en ubrudt rekord af total solindstråling, der strækker sig 40 år tilbage. Dette gjorde det muligt for forskere at udelukke øget solenergi som en synder for klimaændringer og anerkende den rolle, drivhusgasser spiller i den globale opvarmning.

At sikre, at rekorden forbliver ubrudt, er af afgørende betydning for jordforskere. Med en ubrudt total solindstrålingsrekord kan forskerne opdage små udsving i mængden af ​​solstråling, Jorden modtager i løbet af solcyklussen, samt understrege den indflydelse, drivhusgasemissioner har på Jordens klima.

For eksempel stolede forskere fra NASA og NOAA sidste år på den ubrudte samlede solindstrålingsrekord for at fastslå, at mængden af ​​solstråling, der forbliver i Jordens atmosfære, næsten fordobledes mellem 2005 og 2019.

"For at sikre, at vi kan fortsætte med at indsamle disse målinger, er vi nødt til at gøre instrumenter så effektive og omkostningseffektive som muligt," sagde Harber.

CTIM er en prototype:dens flydemonstration vil hjælpe videnskabsmænd med at afgøre, om små satellitter kunne være lige så effektive til at måle den samlede solindstråling som større instrumenter, såsom Total Irradiance Monitor (TIM) instrumentet brugt ombord på den afsluttede SORCE-mission og den igangværende TSIS-1 mission på den internationale rumstation. Hvis det lykkes, vil prototypen fremme de tilgange, der bruges til fremtidige instrumenter.

CTIMs strålingsdetektor udnytter et nyt kulstof nanorørmateriale, der absorberer 99,995 % af det indkommende lys. Dette gør den enestående velegnet til måling af total solindstråling.

Reduktion af en satellits størrelse reducerer omkostningerne og kompleksiteten ved at installere den satellit i lavt kredsløb om Jorden. Det gør det muligt for forskere at forberede reserveinstrumenter, der kan bevare TSI-dataposten, hvis et eksisterende instrument fejler.

CTIMs nye strålingsdetektor – også kendt som en bolometer – udnytter et nyt materiale udviklet sammen med forskere ved National Institute for Standards and Technology.

"Det ligner lidt et meget, meget mørkt shag tæppe. Det var det sorteste stof, mennesker nogensinde havde fremstillet, da det først blev skabt, og det fortsætter med at være et usædvanligt nyttigt materiale til at observere TSI," sagde Harber.

Materialet er lavet af små kulstofnanorør, der er arrangeret lodret på en siliciumwafer, og absorberer næsten alt lys langs det elektromagnetiske spektrum.

Tilsammen fylder CTIMs to bolometre mindre end en fjerdedel. Dette gjorde det muligt for Harber og hans team at udvikle et lille instrument, der passer til indsamling af total irradiansdata fra en lille CubeSat-platform.

Et søsterinstrument, Compact Spectral Irradiance Monitor (CSIM), brugte de samme bolometre i 2019 til med succes at udforske variabiliteten inden for lysbånd, der er til stede i sollys. Fremtidige NASA-missioner kan fusionere CTIM og CSIM til et enkelt kompakt værktøj til både måling og dissekering af solstråling.

"Nu spørger vi os selv:'Hvordan tager vi det, vi har udviklet med CSIM og CTIM, og integrerer dem sammen'," sagde Harber.

Harber forventer, at CTIM begynder at indsamle data omkring en måned efter opsendelsen, som i øjeblikket er planlagt til den 30. juni 2022, ombord på STP-28A, en Space Force-mission udført af Virgin Orbit. Når Harber og hans LASP-kolleger folder CTIMs solpaneler ud og tjekker hvert af dets undersystemer, vil de aktivere CTIM. Det er en delikat proces, en der kræver flid og ekstrem omhu.

"Vi vil gerne tage os tid og sikre, at vi udfører disse trin strengt, og at hver komponent i dette instrument fungerer korrekt, før vi går videre til næste trin," sagde Harber. "Bare at demonstrere, at vi kan samle disse målinger med en CubeSat ville være en stor sag. Det ville være meget glædeligt."

Finansieret gennem InVEST-programmet i NASA's Earth Science Technology Office, opsender CTIM fra Mojave Air and Space Port i Californien ombord på Virgin Orbits LauncherOne-raket som en del af den amerikanske rumstyrke STP-S28A-mission.

En anden NASA-kandidat fra InVEST-teknologiprogrammet, NACHOS-2, vil også være ombord. En NACHOS tvilling, NACHOS-2 vil hjælpe Department of Energy med at overvåge sporgasser i Jordens atmosfære. + Udforsk yderligere

NASA-instrumentnøgle til at forstå soldrevne planeter ankommer til Kennedy Space Center