La luce solare che viaggia attraverso l'atmosfera diventa polarizzata in modi diversi poiché viene dispersa dal vapore acqueo, Ghiaccio, aerosol creati da organismi viventi, polvere, e altri particolati.

La misurazione di tale polarizzazione consente agli scienziati di estrapolare ciò che è nell'atmosfera, e la prossima generazione di polarimetri per il lavoro potrebbe beneficiare di una nuova tecnologia sviluppata dai ricercatori dell'Università di Harvard, Cambridge, Massachusetts.

Lo scienziato della Terra Kerry Meyer al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, sta lavorando con i partner di Harvard per sviluppare un uso scientifico per la loro tecnologia "metasuperficie". Utilizzando un componente ottico piatto, la tecnologia può analizzare la luce lungo quattro direzioni di polarizzazione, consentendo una caratterizzazione completa dello stato polarizzato della luce:intensità, polarizzazione lineare (orizzontale e verticale), e polarizzazione circolare.

"Fino a poco tempo fa i polarimetri sono stati strumenti piuttosto grandi, e a seconda della strategia di misurazione, potrebbe coinvolgere molte parti in movimento e ottiche diverse, " ha detto Meyer. "Questa tecnologia di metasuperficie divide il segnale in ingresso in tutti e quattro gli stati."

Senza le parti mobili, questa tecnologia potrebbe consentire la polarimetria in piccoli satelliti come SmallSats e CubeSats, ma potrebbe anche essere scalata per l'uso in missioni più grandi a un costo significativo, volume, risparmio di peso e potenza rispetto alla tecnologia esistente.

Mentre la tecnologia di Harvard è ancora in fase di sviluppo iniziale, Lo scienziato di Goddard Dan Miller ha detto che un tipo di polarimetro dovrebbe volare come parte del pianificato Osservatorio del sistema terrestre della NASA sull'aerosol, Nube, Missione Convection and Precipitation (ACCP) raccomandata nell'Earth Decadal Survey 2017.

Dovrebbe andare in sviluppo quest'anno, questa missione sarebbe, tra l'altro, combinare la polarimetria con i dati lidar per fornire nuove informazioni sulle nuvole e le particelle nell'atmosfera e su come influenzano la vita sulla Terra. Lidar significa Light Detection and Ranging ed è un metodo di telerilevamento che utilizza la luce sotto forma di laser pulsato per misurare distanze variabili dalla Terra.

"La combinazione di un lidar e un polarimetro in orbita, osservando lo stesso obiettivo, ti dice sia cosa stai guardando sia la distribuzione verticale, dove si trova nell'atmosfera, " ha detto Miller.

La partnership ha dato al ricercatore post-dottorato di Harvard Noah Rubin una visione preziosa dei casi d'uso scientifici per la sua tecnologia.

"Lavorare con i nostri nuovi colleghi della NASA è stato fantastico, " ha detto Rubin. "Il mio team ad Harvard si occupava principalmente della nuova fisica e delle tecnologie ottiche rese possibili dal controllo della luce su scala nanometrica. È raro, però, che abbiamo la possibilità di interagire con potenziali utenti finali in modo così diretto, per non parlare di una fase così iniziale nello sviluppo di una nuova tecnologia."

Per lo scienziato della Terra Ed Nowottnick, la tecnologia di Harvard rende le osservazioni distribuite di nuvole e particelle aerosolizzate un passo più vicine alla realtà.

"Potevo vedere volare questo sensore nello spazio come una costellazione, " disse. "Se potessi mettere più copie, puoi migliorare la tua copertura nel tempo. Quindi, stai davvero facendo molta strada verso la comprensione dei processi atmosferici."

I pagamenti includerebbero una migliore previsione del tempo, particelle di aerosol, e nuvole, così come una più forte comprensione di come il cambiamento climatico potrebbe influenzare questi processi in futuro.