Dopo quasi due decenni, il Sole è tramontato per il SOlar Radiation and Climate Experiment (SORCE) della NASA, una missione che ha continuato e portato avanti il ​​record di 40 anni dell'agenzia di misurare l'irraggiamento solare e studiarne l'influenza sul clima terrestre.

Il team di SORCE ha spento il veicolo spaziale il 25 febbraio, 2020, concludendo 17 anni di misurazione dell'importo, spettro e fluttuazioni dell'energia solare che entra nell'atmosfera terrestre:informazioni vitali per comprendere il clima e il bilancio energetico del pianeta. L'eredità della missione è continuata dal sensore di irraggiamento solare totale e spettrale (TSIS-1), lanciato sulla Stazione Spaziale Internazionale nel dicembre 2017, e TSIS-2, che lancerà a bordo della propria navicella spaziale nel 2023.

Monitoraggio della "batteria" della Terra

Il Sole è la principale fonte di energia della Terra. Energia dal Sole, chiamato irraggiamento solare, guida il clima della Terra, temperatura, tempo metereologico, chimica atmosferica, cicli oceanici, bilancio energetico e altro. Gli scienziati hanno bisogno di misurazioni accurate dell'energia solare per modellare questi processi, e i progressi tecnologici negli strumenti di SORCE hanno permesso misurazioni dell'irraggiamento solare più accurate rispetto alle precedenti missioni.

"Queste misurazioni sono importanti per due motivi, " ha detto Dong Wu, scienziato del progetto per SORCE e TSIS-1 presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Gli scienziati del clima devono sapere quanto varia il Sole, così sanno quanto cambiamento nel clima della Terra è dovuto alla variazione solare. In secondo luogo, abbiamo discusso per anni, il Sole sta diventando più luminoso o più fioco nel corso di centinaia di anni? Viviamo solo un breve periodo, ma una tendenza accurata diventerà molto importante. Se sai come varia il Sole e puoi estendere questa conoscenza nel futuro, è quindi possibile inserire l'input solare futuro previsto nei modelli climatici insieme ad altre informazioni, come le concentrazioni di gas in tracce, per stimare quale sarà il nostro clima futuro".

I quattro strumenti di SORCE hanno misurato l'irradiamento solare in due modi complementari:totale e spettrale.

irraggiamento solare totale, o STI, è la quantità totale di energia solare che raggiunge l'atmosfera esterna della Terra in un dato momento. Le macchie solari (aree scure sulla superficie del Sole) e le facole (aree illuminate) creano minuscole variazioni della TSI che si presentano come cambiamenti misurabili nel clima e nei sistemi della Terra. Dallo spazio, SORCE e altre missioni di irraggiamento solare misurano la TSI senza interferenze dall'atmosfera terrestre.

I valori TSI di SORCE erano leggermente ma significativamente inferiori a quelli misurati dalle missioni precedenti. Questo non era un errore:il suo Total Irradiance Monitor era dieci volte più accurato degli strumenti precedenti. Questo miglioramento dell'irraggiamento solare immette nel clima della Terra e nei modelli meteorologici rispetto a ciò che era precedentemente disponibile.

"La grande sorpresa di TSI è stata che la quantità di irradianza misurata era di 4,6 watt per metro quadrato inferiore a quanto previsto, " ha detto Tom Woods, Investigatore principale di SORCE e ricercatore associato presso il Laboratorio di fisica atmosferica e spaziale (LASP) dell'Università del Colorado a Boulder, Colorado. "Questo ha dato il via a un'intera discussione scientifica e allo sviluppo di un nuovo laboratorio di calibrazione per strumenti TSI. Si è scoperto che il TIM era corretto, e tutte le misurazioni dell'irradianza passate erano erroneamente alte."

"Non capita spesso negli studi sul clima di fare un salto di qualità nella capacità di misurazione, ma il miglioramento di dieci volte della precisione da parte di SORCE/TIM è stato esattamente questo, " ha detto Greg Kopp, Scienziato di strumenti TIM per SORCE e TSIS presso LASP.

Le altre misurazioni di SORCE si sono concentrate sull'irradianza solare risolta spettralmente (SSI):la variazione dell'irraggiamento solare con la lunghezza d'onda attraverso lo spettro solare, che copre le principali regioni di lunghezza d'onda importanti per il clima e la composizione atmosferica della Terra.

Oltre al familiare arcobaleno di colori alla luce visibile, l'energia solare contiene anche lunghezze d'onda ultraviolette più corte e infrarosse più lunghe, entrambi giocano un ruolo importante nell'influenzare l'atmosfera terrestre. Gli strati atmosferici e la superficie della Terra assorbono diverse lunghezze d'onda di energia, ad esempio l'ozono atmosferico assorbe le radiazioni ultraviolette nocive, mentre il vapore acqueo atmosferico e l'anidride carbonica assorbono la radiazione infrarossa a lunghezza d'onda maggiore, che mantiene calda la superficie. SORCE è stata la prima missione satellitare a registrare un ampio spettro di SSI per un lungo periodo, tracciando lunghezze d'onda da 1 a 2400 nanometri attraverso i suoi tre strumenti SSI.

"Per la salute pubblica, la chimica dell'ozono e le radiazioni ultraviolette sono molto importanti, e la luce visibile è importante per la modellazione del clima, " Wu ha detto. "Abbiamo bisogno di conoscere la variabilità solare a diverse lunghezze d'onda e confrontare queste misurazioni con i nostri modelli".

SORCE ha osservato il Sole attraverso due minimi solari (periodi di bassa attività delle macchie solari), fornendo preziose informazioni sulla variabilità in un periodo relativamente breve di 11 anni. Ma è necessario un record più lungo per migliorare le previsioni a lungo termine, ha detto Wu.

Guadagnare tempo per una missione di invecchiamento

SORCE è stato originariamente progettato per raccogliere dati per soli cinque anni. Estendere la sua durata a 17 ha richiesto un'ingegneria creativa e intraprendente, ha detto Eric Moyer, Direttore della missione di SORCE a Goddard.

La batteria di SORCE ha iniziato a deteriorarsi nel suo ottavo anno di attività, non fornisce più energia sufficiente per supportare una raccolta dati coerente. Sfortunatamente, lo strumento della NASA progettato per prendere le sue misurazioni TSI, Gloria, è stato perso poco dopo il suo lancio nel 2011, e il prossimo strumento, il NOAA / US Air Force Total solar irradiance Calibration Transfer Experiment (TCTE), non verrebbe lanciato fino al 2013. Se SORCE non potesse più operare, il record di irraggiamento solare in corso potrebbe essere interrotto. Poiché il Sole cambia molto lentamente:le sue macchie solari e le sue facole seguono un ciclo di 11 anni, e alcuni cambiamenti abbracciano decenni o addirittura secoli:un lungo, la registrazione continua è essenziale per capire come si comporta il Sole.

Il team di ingegneri è passato alla raccolta di dati solari solo diurna, spegnere gli strumenti e parte del veicolo spaziale durante la parte notturna dell'orbita di SORCE. Questo piano ha effettivamente permesso al satellite di funzionare senza batteria funzionante, Woods ha detto:un risultato ingegneristico rivoluzionario.

"I team operativi e scientifici delle nostre organizzazioni partner hanno sviluppato e implementato un modo completamente nuovo di gestire questa missione quando sembrava che fosse finita a causa della perdita di capacità della batteria, " ha affermato Moyer. LASP e Northrup Grumman Space Systems hanno guidato lo sviluppo di un nuovo software operativo per continuare la missione SORCE. "Il piccolo, team altamente dedicato ha perseverato ed eccelleva nell'affrontare le sfide operative. Sono molto orgoglioso del loro eccellente risultato e onorato di aver avuto l'opportunità di partecipare alla gestione della missione SORCE."

Continuando una brillante eredità

Quando il tempo di SORCE al Sole finisce, Il record di irraggiamento solare della NASA continua con TSIS-1. I due strumenti della missione misurano TSI e SSI con strumenti ancora più avanzati che si basano sull'eredità di SORCE, disse Wu. Hanno già consentito progressi come stabilire un nuovo riferimento per il Sole "tranquillo" quando non c'erano macchie solari nel 2019, e per aver confrontato questo con le osservazioni di SORCE del precedente minimo del ciclo solare nel 2008.

Il lancio di TSIS-2 è previsto nel 2023 con strumenti identici a TSIS-1. Il suo punto di osservazione a bordo della propria navicella spaziale gli darà una maggiore flessibilità rispetto alla raccolta dati del TSIS-1 a bordo della ISS.

"Non vediamo l'ora di continuare la scienza innovativa introdotta da SORCE, e al mantenimento della registrazione dei dati sull'irraggiamento solare durante questo decennio e oltre con TSIS-1 e 2, " ha detto Peter Pilewskie di LASP, investigatore principale per le missioni TSIS. "SORCE ha stabilito lo standard per l'accuratezza della misurazione e la copertura spettrale, due attributi della missione che sono stati fondamentali per ottenere informazioni sul ruolo del Sole nel sistema climatico. TSIS ha apportato ulteriori miglioramenti che dovrebbero migliorare ulteriormente gli studi sul clima solare".

"Le misurazioni dell'irraggiamento solare sono molto impegnative, e il team di SORCE ha proposto un modo diverso, una nuova tecnologia, per misurarli, " ha detto Wu. "Utilizzando una tecnologia avanzata per far progredire le nostre capacità scientifiche, SORCE è un ottimo esempio dello spirito della NASA".