Matt Kowalewski è un membro del team che sta costruendo uno strumento miniaturizzato per misurare i granelli di materia naturale e artificiale che possono influenzare negativamente il clima e la salute umana. Il team è ora alla ricerca di un'opportunità per far volare lo strumento nello spazio. Credito:NASA/Paul Padget
Un team della NASA ha costruito uno strumento miniaturizzato che misurerà in modo più completo rispetto agli strumenti esistenti i granelli di materia naturale e artificiale nell'aria che possono influire negativamente sulla salute umana e sul clima.
Prima che lo strumento, il radiometro ad aerosol stratosferico multiangolo (MASTAR), sia pronto per il debutto, però, prima farà l'autostop su un pallone scientifico ad alta quota per dimostrare le sue prestazioni in un ambiente suborbitale, 19 miglia sopra la superficie terrestre. Si cerca ancora un'opportunità di volo.
Una volta che MASTAR ha completato i suoi test, il team che costruisce lo strumento vuole farlo volare a bordo di una costellazione di piccoli, CubeSat relativamente economici per raccogliere simultaneamente, misurazioni multipunto di quegli onnipresenti granelli di materia, chiamate anche particelle di aerosol o aerosol in breve, che si può trovare nell'aria sopra gli oceani, deserti, montagne, foreste, ghiaccio e ogni ecosistema in mezzo.
"Sapere dove stanno andando [gli aerosol] è importante dal punto di vista economico. Le misurazioni da un singolo punto sul terreno non ti daranno le informazioni di cui hai bisogno, " ha detto Matt DeLand, uno scienziato con sistemi scientifici e applicazioni, Inc., che guida il team di sviluppo di MASTAR presso il Goddard Space Flight Center della NASA. "Fare volare questi strumenti su più veicoli spaziali ci darebbe le misurazioni globali di cui abbiamo bisogno".
Aerosol:il buono, il brutto e il cattivo
Nonostante le loro piccole dimensioni, gli aerosol hanno impatti importanti, sia buono che cattivo, sul clima della Terra e sulla salute umana.
Circa il 90% degli aerosol ha origini naturali. I vulcani e gli incendi boschivi iniettano enormi quantità di cenere e carbonio organico parzialmente bruciato, rispettivamente, Nell'aria. Una volta nello strato atmosferico superiore della Terra, la stratosfera, questi aerosol possono durare mesi, creando problemi agli aerei di linea commerciali, Per esempio, quella crociera ad alta quota. L'eruzione del vulcano Eyjafjallajökull in Islanda nel 2010 è costato all'industria aerea $ 2,6 miliardi a causa di voli cancellati o deviati.
Il restante 10% degli aerosol proviene dalle automobili, inceneritori, fonderie e centrali elettriche, oltre che dalla deforestazione, pascolo eccessivo, siccità e irrigazione eccessiva. Collettivamente, creano l'inquinamento e la cattiva qualità dell'aria che sono particolarmente dannosi per chi soffre di malattie respiratorie.
MASTAR offre due distinti vantaggi rispetto agli strumenti di misurazione dell'aerosol più grandi:i suoi molteplici angoli di visione, che darebbe agli scienziati un resoconto più completo del tipo e della distribuzione degli aerosol nella stratosfera visti lungo l'orizzonte della Terra e le sue piccole dimensioni, ideale per volare su una piattaforma CubeSat. Credito:NASA/Paul Padget
Sebbene gli aerosol possano influenzare negativamente la salute umana e le imprese commerciali ad altitudini inferiori, offrono un vantaggio ad altitudini più elevate. Riflettono la luce del sole nello spazio, essenzialmente gettando una coperta rinfrescante sul pianeta. Ciò compensa parte del riscaldamento globale causato dall'aumento dei gas serra che intrappolano il calore in superficie. Data la loro capacità di raffreddare il pianeta, i geoingegneri hanno ipotizzato l'iniezione di aerosol nell'atmosfera come un modo per ridurre al minimo il riscaldamento globale.
MASTAR è stato ispirato dall'Ozone Mapping and Profiling Suite (OMPS) Limb Profiler, uno dei tre strumenti che compongono una suite di strumenti che volano sulla navicella spaziale Suomi NPP, una missione congiunta tra la NASA e la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Lanciato nel 2011, Suomi NPP è il precursore di un sistema di osservazione della Terra di nuova generazione progettato per studiare i cambiamenti climatici a lungo termine.
I vantaggi di MASTAR
MASTAR offre due distinti vantaggi rispetto al suo parente più grande:i suoi molteplici angoli di visione, che darebbe agli scienziati un resoconto più completo del tipo e della distribuzione degli aerosol nella stratosfera visti lungo l'orizzonte terrestre; e le sue piccole dimensioni, ideale per volare su una piccola piattaforma CubeSat, DeLand ha detto.
A differenza del Limb Profiler, che osserva lungo l'orizzonte terrestre guardando indietro dietro la navicella spaziale Suomi NPP mentre orbita intorno alla Terra, MASTAR raccoglierà misurazioni da otto posizioni, o aperture, guardare avanti, indietro e lungo i lati. La luce che raccoglie da queste otto aperture viene diretta tramite minuscole lenti e uno specchio conico al rivelatore dello strumento.
"Stiamo guardando in più direzioni, " ha detto DeLand. "Gli aerosol riflettono meglio da alcune angolazioni".
Per raggiungere l'obiettivo di raccogliere più punti, misurazioni simultanee tramite CubeSats spesso non più grandi di una pagnotta di pane, DeLand e il suo team hanno dovuto ridurre le dimensioni dello strumento. Si adatta a un CubeSat 3U, che misura circa 4 pollici (10,16 cm) di lato e 1 piede (30,48 cm) di lunghezza. Con ulteriore supporto ESTO, il team sta sviluppando un alloggiamento e un software resistente al freddo per far funzionare lo strumento in un ambiente vicino allo spazio durante il volo in mongolfiera.
Altre applicazioni
DeLand ritiene che MASTAR potrebbe essere utilizzato per altre indagini scientifiche. "Con una leggera modifica allo strumento, potremmo misurare il vapore acqueo e altre proprietà, " ha detto. "C'è più di un'applicazione per questo strumento."
