NASAs TSIS-1 holder øje med solens magt over ozon

Højt i atmosfæren, over vejrsystemer, er et lag af ozongas. Ozon er Jordens naturlige solcreme, absorberer solens mest skadelige ultraviolette stråling og beskytter levende ting nedenunder. Men ozon er sårbart over for visse gasser lavet af mennesker, der når den øvre atmosfære. Når først der, de reagerer i nærvær af sollys for at ødelægge ozonmolekyler.

I øjeblikket, flere satellitter fra NASA og National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) sporer mængden af ​​ozon i den øvre atmosfære og solenergien, der driver fotokemien, der skaber og ødelægger ozon. NASA er nu klar til at lancere et nyt instrument til den internationale rumstation, der vil give de mest nøjagtige målinger, der nogensinde er foretaget af sollys set fra oven Jordens atmosfære - en vigtig komponent til at evaluere de langsigtede virkninger af ozon-ødelæggende kemi. Total og Spectral Solar Irradiance Sensor (TSIS-1) vil måle den samlede mængde sollys, der når toppen af ​​Jordens atmosfære, og hvordan dette lys er fordelt mellem forskellige bølgelængder, inklusive ultraviolette bølgelængder, som vi ikke kan mærke med vores øjne, men mærkes af vores hud og er skadelige for vores DNA.

Det er ikke første gang, NASA har målt den samlede lysenergi fra solen. TSIS-1 efterfølger tidligere og nuværende NASA-missioner for at overvåge indkommende sollys med teknologiske opgraderinger, der skulle forbedre stabiliteten, give tre gange bedre nøjagtighed og lavere interferens fra andre lyskilder, ifølge Candace Carlisle, TSIS-1 projektleder ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

"Vi er nødt til at måle hele spektret af sollys og de individuelle bølgelængder for at evaluere, hvordan solen påvirker Jordens atmosfære, " sagde Dong Wu, TSIS-1-projektforsker hos Goddard.

TSIS-vil se mere end 1, 000 bølgelængdebånd fra 200 til 2400 nanometer. Den synlige del af det spektrum, vores øjne ser, går fra omkring 390 nanometer (blå) til 700 nanometer (rød). En nanometer er en milliardtedel af en meter.

"Hver farve eller bølgelængde af lys påvirker Jordens atmosfære forskelligt, " sagde Wu.

TSIS-1 vil se forskellige typer ultraviolet (UV) lys, inklusive UV-B og UV-C. Hver spiller en anden rolle i ozonlaget. UV-C-stråler er afgørende for at skabe ozon. UV-B-stråler og nogle naturligt forekommende kemikalier regulerer overfloden af ​​ozon i den øvre atmosfære. Mængden af ​​ozon er en balance mellem disse naturlige produktions- og tabsprocesser. I løbet af disse processer, UV-C og UV-B stråler absorberes, forhindre dem i at nå jordens overflade og skade levende organismer. Udtynding af ozonlaget har gjort det muligt for nogle UV-B-stråler at nå jorden.

I 1970'erne, forskere teoretiserede, at visse menneskeskabte kemikalier fundet i spraydåser, klimaanlæg og køleskabe kan afbryde den naturlige balance mellem ozondannelse og -nedbrydning og forårsage en unaturlig nedbrydning af det beskyttende ozon. I 1980'erne, videnskabsmænd observerede ozontab i overensstemmelse med koncentrationerne af disse kemikalier og bekræftede denne teori.

Ozontabet var langt mere alvorligt end forventet over Sydpolen under det antarktiske forår (efterår i USA), et fænomen, der fik navnet "det antarktiske ozonhul." Opdagelsen af, at menneskeskabte kemikalier kunne have så stor en effekt på Jordens atmosfære, bragte verdens ledere sammen. De skabte en international forpligtelse til at udfase ozonnedbrydende kemikalier kaldet Montreal-protokollen, som blev universelt ratificeret i 1987 af alle lande, der deltager i FN, og er blevet opdateret for at stramme begrænsninger og tage højde for yderligere ozonlagsnedbrydende kemikalier.

Et årti efter ratificeringen af ​​Montreal-protokollen, mængden af ​​menneskeskabte ozon-ødelæggende kemikalier i atmosfæren toppede og begyndte et langsomt fald. Imidlertid, det tager årtier for disse kemikalier at cykle fuldstændigt ud af den øvre atmosfære, og koncentrationerne af disse industrielt fremstillede molekyler er ikke alle faldende som forventet, mens yderligere, nye forbindelser bliver skabt og frigivet.

Mere end tre årtier efter ratificeringen, NASA-satellitter har bekræftet, at ozontab er stabiliseret, og på nogle bestemte steder, er endda begyndt at komme sig på grund af reduktioner i de ozonnedbrydende kemikalier, der er reguleret under Montreal-protokollen.

Som en del af deres arbejde med at overvåge genopretningen af ​​ozonhullet, forskere bruger computermodeller af atmosfæren, der simulerer det fysiske, kemiske og vejrlige processer i atmosfæren. Disse atmosfæriske modeller kan derefter tage input fra jord- og satellitobservationer af forskellige atmosfæriske gasser, både naturligt og menneskeskabt, for at hjælpe med at forudsige genopretning af ozonlaget. De tester modellerne ved at simulere tidligere ændringer og sammenligner derefter resultaterne med satellitmålinger for at se, om simuleringerne matcher tidligere resultater. For at køre den bedst mulige simulering, modellerne har også brug for nøjagtige målinger af sollys over hele spektret.

"Atmosfæriske modeller har brug for nøjagtige målinger af sollys på tværs af for at modellere ozonlaget korrekt, " sagde Peter Pilewskie, TSIS-1 ledende videnskabsmand ved Laboratory for Atmospheric and Space Physics i Boulder, Colorado. Forskere har erfaret, at variationer i UV-stråling giver betydelige ændringer i resultaterne af computersimuleringerne.

Samlet set, solenergiproduktion varierer med cirka 0,1 procent - eller omkring 1 watt pr. kvadratmeter mellem den mest og mindst aktive del af en 11-årig solcyklus. Solcyklussen er præget af solpletters skiftende høj- og lavaktivitetsperioder, mørke områder med kompleks magnetisk aktivitet på solens overflade. Mens UV-lys repræsenterer en lille brøkdel af det samlede sollys, der når toppen af ​​Jordens atmosfære, det svinger meget mere, alt fra 3 til 10 procent, en ændring, der igen forårsager små ændringer i den øvre atmosfæres kemiske sammensætning og termiske struktur.

Det er her TSIS-1 kommer ind. "[TSIS] målinger af solspektret er tre gange mere nøjagtige end tidligere instrumenter, " sagde Pilewskie. Dens højkvalitetsmålinger vil give forskerne mulighed for at finjustere deres computermodeller og producere bedre simuleringer af ozonlagets adfærd – såvel som andre atmosfæriske processer påvirket af sollys, såsom bevægelsen af ​​vind og vejr, der er.

TSIS-1 slutter sig til en flåde af NASAs jordobservationsmissioner, der overvåger næsten alle aspekter af jordsystemet, holde øje med ændringer i vores miljø, der kan skade liv.