La luce può essere suddivisa in molte lunghezze d'onda e un arcobaleno lo illustra nella luce visibile. Ogni colore è una diversa lunghezza d'onda della luce. Il TSIS-1 della NASA ne vedrà più di 1, 000 bande di lunghezze d'onda della luce solare che raggiungono la sommità dell'atmosfera, inclusa la luce che non possiamo percepire con i nostri occhi. Credito:Matthew Almon Roth (tramite Creative Commons)
In alto nell'atmosfera, sopra i sistemi meteorologici, è uno strato di ozono. L'ozono è la protezione solare naturale della Terra, assorbendo le radiazioni ultraviolette più dannose del sole e proteggendo gli esseri viventi sottostanti. Ma l'ozono è vulnerabile a certi gas prodotti dall'uomo che raggiungono l'alta atmosfera. Una volta lì, reagiscono in presenza di luce solare per distruggere le molecole di ozono.
Attualmente, diversi satelliti della NASA e della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) tracciano la quantità di ozono nell'atmosfera superiore e l'energia solare che guida la fotochimica che crea e distrugge l'ozono. La NASA è ora pronta a lanciare un nuovo strumento sulla Stazione Spaziale Internazionale che fornirà le misurazioni più accurate mai effettuate della luce solare vista dall'alto dell'atmosfera terrestre, una componente importante per valutare gli effetti a lungo termine della chimica che distrugge l'ozono. Il sensore di irraggiamento solare totale e spettrale (TSIS-1) misurerà la quantità totale di luce solare che raggiunge la parte superiore dell'atmosfera terrestre e come tale luce è distribuita tra diverse lunghezze d'onda, comprese le lunghezze d'onda ultraviolette che non possiamo percepire con i nostri occhi, ma sono percepiti dalla nostra pelle e dannosi per il nostro DNA.
Questa non è la prima volta che la NASA ha misurato l'energia luminosa totale dal sole. TSIS-1 succede alle precedenti e attuali missioni della NASA per monitorare la luce solare in arrivo con aggiornamenti tecnologici che dovrebbero migliorare la stabilità, fornire una precisione tre volte migliore e una minore interferenza da altre fonti di luce, secondo Candace Carlisle, Responsabile del progetto TSIS-1 presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.
"Dobbiamo misurare l'intero spettro della luce solare e le singole lunghezze d'onda per valutare come il sole influenza l'atmosfera terrestre, " ha detto Dong Wu, Scienziato del progetto TSIS-1 presso Goddard.
buco dell'ozono antartico, 10 ottobre 2017:Il viola e il blu rappresentano le aree a bassa concentrazione di ozono nell'atmosfera; giallo e rosso sono aree di maggiore concentrazione. Tetracloruro di carbonio (CCl4), che un tempo era utilizzato in applicazioni come il lavaggio a secco e come agente estinguente, è stato regolamentato nel 1987 dal Protocollo di Montreal insieme ad altri clorofluorocarburi che distruggono l'ozono e contribuiscono al buco dell'ozono sopra l'Antartide. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
TSIS-vedrà più di 1, 000 bande di lunghezza d'onda da 200 a 2400 nanometri. La parte visibile dello spettro che i nostri occhi vedono va da circa 390 nanometri (blu) a 700 nanometri (rosso). Un nanometro è un miliardesimo di metro.
"Ogni colore o lunghezza d'onda della luce influenza l'atmosfera terrestre in modo diverso, " disse Wu.
TSIS-1 vedrà diversi tipi di luce ultravioletta (UV), compresi UV-B e UV-C. Ciascuno svolge un ruolo diverso nello strato di ozono. I raggi UV-C sono essenziali nella creazione dell'ozono. I raggi UV-B e alcune sostanze chimiche presenti in natura regolano l'abbondanza di ozono nell'alta atmosfera. La quantità di ozono è un equilibrio tra questi processi naturali di produzione e perdita. Nel corso di questi processi, I raggi UV-C e UV-B vengono assorbiti, impedendo loro di raggiungere la superficie terrestre e di danneggiare gli organismi viventi. L'assottigliamento dello strato di ozono ha consentito ad alcuni raggi UV-B di raggiungere il suolo.
Negli anni '70, gli scienziati hanno teorizzato che alcune sostanze chimiche prodotte dall'uomo presenti nelle bombolette spray, condizionatori e frigoriferi potrebbero alterare l'equilibrio naturale tra la creazione e l'esaurimento dell'ozono e causare un esaurimento innaturale dell'ozono protettivo. Negli anni '80, gli scienziati hanno osservato una perdita di ozono coerente con le concentrazioni di queste sostanze chimiche e hanno confermato questa teoria.
L'immagine a sinistra mostra un sole calmo di ottobre 2010. Il lato destro, da ottobre 2012, mostra un'atmosfera solare molto più attiva e varia man mano che il sole si avvicina al picco di attività solare, o massimo solare. Il Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA ha catturato entrambe le immagini. Credito:Goddard Space Flight Center/SDO . della NASA
La perdita di ozono è stata molto più grave del previsto al Polo Sud durante la primavera antartica (autunno negli Stati Uniti), un fenomeno che è stato chiamato "il buco dell'ozono antartico". La scoperta che le sostanze chimiche prodotte dall'uomo potrebbero avere un effetto così grande sull'atmosfera terrestre ha riunito i leader mondiali. Hanno creato un impegno internazionale per eliminare gradualmente le sostanze chimiche dannose per l'ozono chiamato Protocollo di Montreal, che è stato universalmente ratificato nel 1987 da tutti i paesi che partecipano alle Nazioni Unite, ed è stato aggiornato per rafforzare i vincoli e tenere conto di ulteriori sostanze chimiche che riducono l'ozono.
Un decennio dopo la ratifica del Protocollo di Montreal, la quantità di sostanze chimiche che distruggono l'ozono prodotte dall'uomo nell'atmosfera ha raggiunto il picco e ha iniziato un lento declino. Però, ci vogliono decenni perché queste sostanze chimiche escano completamente dall'atmosfera superiore, e le concentrazioni di queste molecole prodotte industrialmente non stanno tutte diminuendo come previsto, mentre aggiuntivo, nuovi composti vengono creati e rilasciati.
Più di tre decenni dopo la ratifica, I satelliti della NASA hanno verificato che le perdite di ozono si sono stabilizzate e, in alcuni luoghi specifici, hanno persino iniziato a riprendersi grazie alla riduzione delle sostanze chimiche che distruggono l'ozono disciplinate dal protocollo di Montreal.
Nell'ambito del loro lavoro di monitoraggio del ripristino del buco dell'ozono, gli scienziati usano modelli informatici dell'atmosfera che simulano il fisico, processi chimici e atmosferici nell'atmosfera. Questi modelli atmosferici possono quindi prendere input da osservazioni terrestri e satellitari di vari gas atmosferici, sia naturali che prodotti dall'uomo, per aiutare a prevedere il ripristino dello strato di ozono. Testano i modelli simulando i cambiamenti passati e quindi confrontano i risultati con le misurazioni satellitari per vedere se le simulazioni corrispondono ai risultati passati. Per eseguire la migliore simulazione possibile, i modelli necessitano anche di misurazioni accurate della luce solare su tutto lo spettro.
TSIS-1 sarà apposto sulla Stazione Spaziale Internazionale nel dicembre 2017 TSIS-1 funziona come un fiore del sole:segue il Sole, dall'alba al tramonto della ISS, che accade ogni 90 minuti. Al tramonto, si riavvolge, si ricalibra e aspetta il prossimo tramonto. Credito:NASA/LASP
"I modelli atmosferici necessitano di misurazioni accurate della luce solare attraverso il per modellare correttamente lo strato di ozono, " disse Peter Pilewskie, Scienziato capo del TSIS-1 presso il Laboratorio di fisica dell'atmosfera e dello spazio a Boulder, Colorado. Gli scienziati hanno appreso che le variazioni nella radiazione UV producono cambiamenti significativi nei risultati delle simulazioni al computer.
Globale, la produzione di energia solare varia di circa lo 0,1 percento, o circa 1 watt per metro quadrato tra la parte più attiva e quella meno attiva di un ciclo solare di 11 anni. Il ciclo solare è caratterizzato dall'alternanza di periodi di alta e bassa attività delle macchie solari, regioni oscure di complessa attività magnetica sulla superficie del sole. Mentre la luce UV rappresenta una piccola frazione della luce solare totale che raggiunge la parte superiore dell'atmosfera terrestre, fluttua molto di più, ovunque dal 3 al 10 percento, un cambiamento che a sua volta provoca piccoli cambiamenti nella composizione chimica e nella struttura termica dell'alta atmosfera.
È qui che entra in gioco TSIS-1. "Le misurazioni [TSIS] dello spettro solare sono tre volte più accurate rispetto agli strumenti precedenti, " ha affermato Pilewskie. Le sue misurazioni di alta qualità consentiranno agli scienziati di mettere a punto i loro modelli al computer e produrre migliori simulazioni del comportamento dello strato di ozono, nonché di altri processi atmosferici influenzati dalla luce solare, come il movimento dei venti e del tempo che sono.
TSIS-1 si unisce a una flotta di missioni di osservazione della Terra della NASA che monitorano quasi ogni aspetto del sistema terrestre, osservando eventuali cambiamenti nel nostro ambiente che potrebbero danneggiare la vita.
