Un nuovo strumento che ha già dimostrato il suo coraggio nelle campagne sul campo tenterà di misurare i gas serra atmosferici da un'osservazione dell'occultazione, La missione CubeSat in orbita bassa chiamata Mini-Carb all'inizio del prossimo anno, segnando la prima volta che questo tipo di strumento ha volato nello spazio.

Emily Wilson, uno scienziato del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, sta collaborando con il Lawrence Livermore National Laboratory, o LLNL, volare più piccolo, versione più robusta del suo radiometro eterodina mini-laser brevettato, o mini-LHR, su una piattaforma CubeSat costruita da LLNL all'inizio del prossimo anno.

Wilson ha dimostrato il mini-LHR da terra durante diverse campagne sul campo in Alaska, il bacino del Rio delle Amazzoni, e il Royal Observatory di Edimburgo, Scozia, tra le altre località. Altamente portatile, il mini-LHR è composto da componenti disponibili in commercio e può letteralmente andare ovunque per raccogliere misurazioni.

Sebbene la NASA stia attualmente misurando l'anidride carbonica dallo spazio, l'agenzia non ha mai utilizzato un radiometro laser eterodina per svolgere il lavoro.

I radiometri laser eterodina sono stati adattati dalla tecnologia dei ricevitori radio. In questa variazione, le concentrazioni di gas serra si trovano misurando il loro assorbimento della luce solare infrarossa. Ciascun segnale di assorbimento viene miscelato con la luce laser in un fotoricevitore veloce all'interno dello strumento e il segnale risultante viene rilevato a una frequenza radio più facile da elaborare. Sebbene questo sia simile ad altre tecniche di assorbimento, come quelli utilizzati nell'Osservatorio del carbonio orbitante-2, La radiometria laser eterodina offre una risoluzione spettrale più elevata e livelli di segnale-rumore migliorati grazie alla miscelazione interna della luce solare con la luce laser, ha spiegato Wilson.

Altri vantaggi sono che il mini-LHR è più compatto e non include parti mobili, Wilson ha aggiunto. Per di più, lo strumento può misurare tre gas serra:oltre all'anidride carbonica, il suo strumento può misurare simultaneamente il vapore acqueo e il metano nel lembo atmosferico della Terra. "E comparativamente parlando, lo strumento è costato una piccola frazione per costruire rispetto a più tradizionale, strumenti non CubeSat, " Wilson ha detto. "Questo è l'epitome della scienza con pochi soldi".

Volo a bordo del nuovo autobus CubeSat

Circa le dimensioni di un tostapane, la versione di volo del suo strumento volerà come unico carico utile sul nuovo, Bus CubeSat 6U da 11 libbre noto come CNGB, abbreviazione di CubeSat Next Generation Bus. L'ufficio CubeSat presso il National Reconnaissance Office ha dato origine al concetto CNGB, finanziare ricercatori presso LLNL, la Scuola di Specializzazione Navale, e lo Space Dynamics Laboratory per sviluppare un'architettura di nanosatelliti di proprietà del governo in grado di supportare un'ampia gamma di missioni. Mini-Carb è la prima missione a farlo.

"Emily aveva un carico senza satellite e noi avevamo una navicella spaziale senza carico, " ha detto Vincent Riot, un ingegnere LLNL che ha contribuito a sviluppare il bus CNGB, che offre agli utenti una capacità plug-and-play che consente una rapida configurazione e integrazione. "Ecco dove si è formata questa partnership. Questa è una missione di prova del concetto per dimostrare che possiamo fare scienza eccellente con la nostra piattaforma, " ha detto Riot.

Il volo di debutto sia dello strumento di Wilson che del CubeSat di LLNL è previsto per gennaio 2019 attraverso l'Air Force Space Test Program. Wilson e il suo team hanno recentemente consegnato lo strumento a LLNL, dove hanno contribuito a integrare lo strumento nel veicolo spaziale in preparazione del volo.

Alta Troposfera, Obiettivo della stratosfera inferiore

Una volta in orbita, Mini-Carb osserverà la regione tra l'alta troposfera e la bassa stratosfera tra le sei e le 18 miglia sopra la superficie terrestre. Le misurazioni in questa regione atmosferica forniscono importanti informazioni sulla circolazione stratosferica e su come risponde alle crescenti concentrazioni di gas serra. "Misurare la circolazione stratosferica e la sua variabilità sono essenziali per proiettare come il cambiamento climatico influenzerà l'ozono stratosferico, " disse Wilson.

Gli scienziati ritengono che gli aumenti previsti di metano e anidride carbonica in questo secolo influenzeranno diversi processi fisici che guidano il cambiamento climatico, lei disse. Metano, che è particolarmente longevo, comporta un aumento della produzione di vapore acqueo stratosferico e idrossido, che colpisce direttamente l'ozono, lo strato che protegge la Terra dalle radiazioni ultraviolette dannose. "A causa del ruolo del metano nella chimica mutevole dello strato di ozono e per la sua lunga durata, le misurazioni del metano sono particolarmente preziose, " disse Wilson.

Come il suo fratello a terra, lo strumento Mini-Carb è costituito da parti commerciali e funziona in modo passivo, ovvero raccoglie la luce solare che ha assorbito i gas serra mirati. Quella luce è combinata con la luce laser sintonizzata sulle lunghezze d'onda infrarosse e quindi amplificata. Attraverso una serie di altri passaggi, lo strumento è in grado di rilevare le concentrazioni dei gas serra contenuti nell'atmosfera.

Mentre Wilson originariamente sviluppò sia gli strumenti terrestri che quelli spaziali per studiare i cambiamenti climatici sulla Terra, lo strumento potrebbe anche essere impiegato su una sonda o un lander per studiare le condizioni atmosferiche su altri pianeti, lei disse.

L'obiettivo immediato, però, sta dimostrando Mini-Carb nello spazio. "Se otteniamo una misurazione, Lo considererò un successo. C'è la possibilità di un'estensione se la missione funziona, "Riot ha detto. "Se funziona, il nostro successo potrebbe portare a progetti più grandi lungo la strada, " Wilson ha aggiunto. "Questo è un grosso problema per noi".