Era metà pomeriggio, ma era buio in una zona di Boulder, Colorado il 3 agosto 1998. Una fitta nuvola è apparsa in alto e ha oscurato la terra sottostante per più di 30 minuti. Radiometri ben calibrati hanno mostrato che c'erano livelli molto bassi di luce che raggiungevano il suolo, sufficientemente basso che i ricercatori hanno deciso di simulare questo interessante evento con modelli al computer. Ora nel 2017, ispirato all'evento di Boulder, Gli scienziati della NASA esploreranno l'eclissi di sole della luna per saperne di più sul sistema energetico della Terra.

Il 21 agosto 2017, gli scienziati stanno guardando all'eclissi solare totale di quest'anno che attraverserà l'America per migliorare le nostre capacità di modellazione dell'energia terrestre. Guoong Wen, uno scienziato della NASA che lavora per la Morgan State University di Baltimora, sta guidando una squadra per raccogliere dati da terra e dai satelliti prima, durante e dopo l'eclissi in modo che possano simulare l'eclissi di quest'anno utilizzando un modello di computer avanzato, chiamato modello di trasferimento radiativo 3-D. In caso di successo, Wen e il suo team aiuteranno a sviluppare nuovi calcoli che migliorano le nostre stime sulla quantità di energia solare che raggiunge il suolo, e la nostra comprensione di uno degli attori chiave nella regolazione del sistema energetico terrestre, nuvole.

Il sistema energetico della Terra è in una danza costante per mantenere un equilibrio tra le radiazioni in entrata dal sole e le radiazioni in uscita dalla Terra verso lo spazio, che gli scienziati chiamano il bilancio energetico della Terra. Il ruolo delle nuvole, sia grosso che sottile, è importante nel loro effetto sul bilancio energetico.

Come una nuvola gigante, la luna durante l'eclissi solare totale del 2017 proietterà una grande ombra su un'area degli Stati Uniti. Wen e il suo team conoscono già le dimensioni e le proprietà di blocco della luce della luna, ma userà strumenti terrestri e spaziali per imparare come questa grande ombra influenza la quantità di luce solare che raggiunge la superficie terrestre, soprattutto intorno ai bordi dell'ombra.

"Questa è la prima volta che siamo in grado di utilizzare misurazioni dal suolo e dallo spazio per simulare l'ombra della luna che attraversa la faccia della Terra negli Stati Uniti e calcolando l'energia che raggiunge la Terra, " ha detto Wen. Gli scienziati hanno già effettuato ampie misurazioni atmosferiche durante le eclissi, ma questa è la prima opportunità per raccogliere dati coordinati da terra e da un veicolo spaziale che osserva l'intera Terra illuminata dal sole durante un'eclissi, grazie al Deep Space Climate Observatory lanciato dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (DSCOVR) nel febbraio 2015.

Anche se la luna che blocca il sole durante un'eclissi solare e le nuvole che bloccano la luce solare sulla superficie terrestre sono due fenomeni diversi, entrambi richiedono calcoli matematici simili per comprendere con precisione i loro effetti. Wen anticipa che questo esperimento aiuterà a migliorare i calcoli del modello attuale e la nostra conoscenza delle nuvole, specificamente più spesso, nuvole di bassa quota che possono coprire circa il 30 percento del pianeta in un dato momento.

In questo esperimento, Wen e il suo team simuleranno l'eclissi solare totale in un modello di trasferimento radiativo 3D, che aiuta gli scienziati a capire come si propaga l'energia sulla Terra. Attualmente, i modelli tendono a rappresentare le nuvole in una dimensione. In molti casi, questi calcoli unidimensionali possono creare utili modelli scientifici per comprendere l'atmosfera. A volte però, è necessario un calcolo tridimensionale per fornire risultati più accurati. La grande differenza è che le nuvole 3-D riflettono o disperdono l'energia solare in molte direzioni, dall'alto e dal basso, e anche dai lati delle nuvole. Questo comportamento 3D si traduce in diverse quantità di energia che raggiungono il suolo rispetto a quanto potrebbe prevedere un modello unidimensionale.

"Stiamo testando la capacità di eseguire un certo tipo di calcolo complesso, un test di una tecnica matematica 3D, per vedere se questo è un miglioramento rispetto alla tecnica precedente, "ha detto Jay Herman, scienziato del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e co-investigatore del progetto. "Se questo ha successo, allora avremo uno strumento migliore da implementare nei modelli climatici e possiamo usarlo per rispondere alle domande e al bilancio energetico e climatico della Terra." Per l'imminente eclissi, Wen e i membri della sua squadra saranno di stanza a Casper, Wyoming, e Colombia, Missouri per raccogliere informazioni sulla quantità di energia trasmessa da e verso la Terra prima, durante e subito dopo l'eclisse con diversi strumenti a terra.

Una base a terra, Il Pandora Spectrometer Instrument, sviluppato dalla NASA, fornirà informazioni sulla quantità di luce presente in una data lunghezza d'onda, e un piranometro misurerà l'energia solare totale da tutte le direzioni che scende verso la superficie. Immediatamente prima e dopo l'eclissi gli scienziati misureranno altre informazioni come la quantità di tracce di gas assorbenti nell'atmosfera, come l'ozono, biossido di azoto e piccole particelle di aerosol da utilizzare anche nel modello 3D.

Nel frattempo nello spazio, La fotocamera per immagini policromatiche della Terra della NASA, o EPICO, strumento a bordo della navicella spaziale DSCOVR, osserverà la luce che lascia la Terra e consentirà agli scienziati di stimare la quantità di luce che raggiunge la superficie terrestre. Inoltre, I due strumenti satellitari MODIS della NASA, a bordo dei satelliti Terra e Aqua dell'agenzia, lanciato nel 1999 e nel 2002, rispettivamente, fornirà osservazioni delle condizioni atmosferiche e superficiali a volte prima e dopo l'eclissi. Gli scienziati combineranno quindi le misurazioni a terra con quelle osservate dal veicolo spaziale.

Questo esperimento integra l'impegno decennale della NASA nell'osservare e comprendere i contributi al bilancio energetico della Terra. Da più di 30 anni, La NASA ha misurato e calcolato la quantità di energia solare che colpisce la parte superiore della nostra atmosfera, la quantità di energia solare riflessa nello spazio e quanta energia termica viene emessa dal nostro pianeta nello spazio. Queste misurazioni sono state possibili grazie a strumenti e missioni come ACRIMSAT e SOLSTICE (lanciato nel 1991), e SORCE, varato nel 2003 così come la serie di strumenti CERES volati a bordo di Terra, Acqua, e Suomi-NPP (lanciato nel 2011).

Questo autunno, La NASA continuerà a monitorare la relazione Sole-Terra lanciando il Total and Spectral Solar Irradiance Sensor-1, o TSIS-1, alla Stazione Spaziale Internazionale e alle seste nuvole e allo strumento CERES del Sistema Energetico Radiante della Terra, CERE FM6, in orbita entro la fine dell'anno. Cinque strumenti CERES sono attualmente in orbita a bordo di tre satelliti.