La "luna incostante, "come lo chiamava Shakespeare in Romeo e Giulietta, è più affidabile di quanto la sua coppia di amanti sfortunati avrebbe potuto pensare. Ora i ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) intendono rendere la luna ancora più affidabile con un nuovo progetto per misurarne la luminosità.

Gli scienziati utilizzano quotidianamente la luna come fonte di calibrazione per fotocamere spaziali che utilizzano la luminosità e i colori della luce solare che si riflette sul nostro pianeta per tracciare i modelli meteorologici, tendenze sulla salute delle colture, le posizioni delle fioriture algali dannose negli oceani e molto altro ancora. Le informazioni inviate dagli imager rivolti verso la Terra consentono ai ricercatori di prevedere carestie e inondazioni e possono aiutare le comunità a pianificare la risposta alle emergenze e i soccorsi in caso di calamità.

Per assicurarti che il "verde" di una telecamera satellitare non sia il "giallo" di un'altra, " ogni telecamera è calibrata, nello spazio, rispetto a una sorgente comune. La luna è un obiettivo conveniente perché, a differenza della Terra, non ha atmosfera e la sua superficie cambia molto poco.

Il guaio è che, per tutti i canti scritti sulla luce della luna argentea, non si è ancora capito esattamente quanto sia brillante la luce riflessa della luna, sempre e da tutte le angolazioni. Le migliori misurazioni odierne consentono ai ricercatori di calcolare la luminosità della luna con incertezze di qualche punto percentuale, non abbastanza buone per le esigenze di misurazione più sensibili, dice Stephen Maxwell del NIST. Per sopperire a queste carenze, gli scienziati hanno sviluppato soluzioni complicate. Per esempio, devono controllare periodicamente l'accuratezza delle loro immagini satellitari effettuando le stesse misurazioni in più modi:dallo spazio, dall'aria e dal suolo, simultaneamente.

O, se vogliono confrontare immagini scattate in momenti diversi da satelliti diversi, devono assicurarsi che ci sia una certa sovrapposizione durante il loro tempo nello spazio in modo che gli imager abbiano la possibilità di misurare la stessa parte del pianeta più o meno allo stesso tempo. Ma cosa succede se un team di ricerca non riesce a portare una nuova telecamera nello spazio prima che una vecchia venga ritirata? "Ottieni quello che viene chiamato un gap di dati, e perdi la capacità di unire le misurazioni di diversi satelliti per determinare le tendenze a lungo termine, "dice Maxwell.

Sapere davvero quanto è luminosa la luna, con incertezze molto inferiori all'1%, ridurrebbe la necessità di queste soluzioni logisticamente impegnative e, in definitiva, risparmierebbe denaro.

Quindi il NIST si sta preparando a prendere nuove misurazioni della luminosità della luna. I ricercatori sperano che siano le misurazioni migliori fino ad oggi.

"Luminosità" qui significa, nello specifico, la quantità di luce solare che si riflette sulla superficie della luna. La sua magnitudine apparente è di circa 400, 000 volte più piccolo di quello del Sole, ma l'esatta luminosità della luna dipende dal suo angolo rispetto al Sole e alla Terra. E quegli angoli seguono uno schema complesso che si ripete all'incirca ogni 20 anni.

Per catturare la luce della luna nel loro nuovo esperimento, i ricercatori useranno un piccolo telescopio come quello che Maxwell chiama un "secchio leggero, " progettato per raccogliere tutto dalla radiazione ultravioletta (circa 350 nanometri, miliardesimi di metro) attraverso lo spettro visibile e nell'infrarosso a onde corte (2,5 micrometri, milionesimi di metro). La lente singola del telescopio da 150 mm (6 pollici) è costituita da un composto chiamato fluoruro di calcio, che, a differenza del vetro più comune, può focalizzare la luce lunare da questa vasta gamma di lunghezze d'onda in un rivelatore.

Ma quel telescopio dovrà essere calibrato prima di ogni misurazione. Quindi a circa 15-30 metri (50-100 piedi) di distanza, il team di ricerca installerà una sorgente luminosa a banda larga, ovvero uno con un'ampia distribuzione di lunghezze d'onda, con un'uscita affidabile. Per convalidare la sorgente a banda larga, gli scienziati utilizzeranno anche una seconda lampada che emette solo una banda stretta di lunghezze d'onda alla volta e può essere sintonizzata su bande diverse secondo necessità. I test notturni con queste fonti calibrate legheranno le scoperte lunari del team al Sistema internazionale di unità (SI).

Fortunatamente, lo studio NIST non avrà bisogno di raccogliere dati per 20 anni, dice Maxwell; da tre a cinque anni saranno sufficienti per raccogliere più del 95 percento degli angoli di cui avranno bisogno. Per ottenere quanto più chiaro di luna possibile, l'esperimento dovrebbe iniziare a prendere le misurazioni nel 2018 presso l'Osservatorio di Mauna Loa alle Hawaii. Seduto verso le 3, 300 metri (11, 000 piedi), su uno dei vulcani più grandi del mondo, il sito pianificato è al di sopra di gran parte dell'influenza distorcente dell'atmosfera terrestre.

Anche se l'esperimento richiederà anni per essere completato, Maxwell pensa che anche i dati preliminari saranno utili alla comunità "quasi immediatamente, " come controllo rispetto al sistema attuale. Gli imager rivolti verso la Terra che potrebbero trarre vantaggio dal nuovo set di dati del NIST includono la serie Landsat, GOES-16 e decine di satelliti commerciali.