Il prossimo tentativo della NASA di mappare punti invisibili nell'atmosfera che influiscono sui cambiamenti climatici e sulla qualità dell'aria è iniziato da un posto vicino al finestrino sul Pacifico.

Vanderlei Martins, un professore presso l'Università del Maryland Baltimore County, qualche anno fa stava volando attraverso l'Oceano Pacifico quando ha guardato fuori dalla finestra e ha deciso di fotografare le luminose nuvole bianche che fluttuavano. Per un capriccio, tirò fuori un polarizzatore, simile a una lente da sole, e ruotava davanti alla sua macchina fotografica mentre scattava foto. Il risultato? "Ho visto arcobaleni tra le nuvole, " ha detto Martini.

Questa visione dinamica delle nuvole ha suscitato l'idea di un minuscolo satellite che verrà lanciato il 2 novembre dal Wallops Flight Facility della NASA sull'isola di Wallops, Virginia, alla Stazione Spaziale Internazionale. Da lì verrà rilasciato nell'orbita terrestre.

Questo CubeSat finanziato dalla NASA raccoglierà informazioni vitali su nuvole e aerosol, minuscole particelle nell'atmosfera che possono agire come nuclei su cui si formano goccioline di nubi e particelle di ghiaccio. Queste misurazioni ci aiuteranno a capire meglio come le particelle di aerosol influiscono sul clima, clima e qualità dell'aria.

Il CubeSat Hyper-Angular Rainbow Polarimeter (HARP) ha le dimensioni di una generosa pagnotta di pane. Sarà il primo tentativo di mettere un polarimetro, che misura la polarizzazione della luce, a bordo di un CubeSat. HARP potrebbe aprire la strada a future missioni della NASA che coinvolgono una costellazione di piccoli satelliti che scrutano nuvole e aerosol, Martins ha detto. L'ufficio per le tecnologie delle scienze della terra della NASA sta finanziando HARP nell'ambito del programma In-Space Validation of Earth Science Technologies. Martin nell'investigatore principale della missione.

"ARPA, come la prima missione CubeSat di aerosol cloud multiangolo ad ampio campo visivo, è un ottimo esempio di come un team creativo e innovativo possa far progredire nuove tecnologie per le osservazioni scientifiche atmosferiche, " ha detto Charles Norton, consulente speciale per le missioni di piccoli veicoli spaziali presso la sede della NASA a Washington.

Nuvoloso con possibilità di arcobaleni

aerosol prodotti naturalmente, come fumo vulcanico, polvere del deserto e spruzzi di mare, e aerosol prodotti dall'uomo, come il fumo degli incendi di disboscamento e il solfato di carbone e petrolio ardenti, può essere invisibile all'occhio umano, ma la loro presenza può gettare una foschia e creare tramonti rosso vivo. Gli aerosol possono contribuire alla cattiva qualità dell'aria e avere un impatto sulla salute umana causando asma e bronchite, nonché malattie respiratorie più gravi.

Gli aerosol possono anche alterare il bilancio energetico della Terra riflettendo la luce solare nello spazio e alterando le particelle delle nuvole, che riflettono e assorbono anche la luce solare. Più luce riflette un aerosol, più raffredda l'atmosfera; più luce assorbe, più riscalda l'atmosfera. In genere, concentrazioni più elevate di particelle di aerosol portano a maggiori, ma più piccolo, goccioline di nuvole che fanno illuminare una nuvola e le impediscono di produrre pioggia. Questi luminosi, le nuvole di lunga durata sono in grado di riflettere più luce solare e raffreddare il sistema terrestre.

Una volta in orbita, HARP filtrerà la luce in quattro lunghezze d'onda e ruoterà quella luce su tre angoli di polarizzazione, usando il suo prisma. Proprio come gli occhiali da sole polarizzati aiutano a bloccare la luce intensa per aiutarti a vedere quando c'è il sole, HARP può bloccare determinate lunghezze d'onda ed effettuare osservazioni da molte angolazioni. Questo rivela proprietà altrimenti nascoste di nuvole e aerosol, come la quantità e il tipo di aerosol nell'atmosfera, nonché la dimensione delle gocce d'acqua o delle particelle di ghiaccio all'interno delle nuvole. "Ogni volta che HARP sorvola una regione, vediamo quella regione da più prospettive, " ha detto Martini.

Sarà anche in grado di determinare quanta luce viene dispersa dalle particelle di aerosol, disse Henrique Barbosa, un professore e scienziato presso l'Università di San Paolo a San Paolo, Brasile. "HARP sarà in grado di fornire molte più informazioni sulle proprietà microfisiche degli aerosol rispetto a quelle disponibili in precedenza, " disse Barbosa, che sta collaborando con Martins su HARP e altri progetti.

Però, il team dovrà determinare strategicamente quando HARP raccoglierà i dati perché è un CubeSat con capacità limitate di alimentazione e dati, disse Barbosa. Ad esempio, una volta che HARP è in orbita, vorrebbe che raccogliesse dati sull'Amazzonia per saperne di più sull'impatto degli incendi in corso nella foresta pluviale amazzonica brasiliana, che sono stati molto più grandi e intensi rispetto agli anni precedenti.

Il fumo degli incendi dell'Amazzonia include fuliggine e aerosol, che possono influenzare il tempo e il clima. Gli aerosol provenienti dalla combustione della biomassa per ripulire il terreno sono più piccoli degli aerosol naturali. Con ARPA, gli scienziati potrebbero determinare se le nuvole sono più piccole, goccioline inquinate, o più grande, goccioline di origine naturale. I dati di HARP potrebbero anche essere combinati con osservazioni ed esperimenti a terra per estrapolare meglio quei risultati e rivelare i processi di aerosol in una regione più ampia, disse Barbosa.

Le tre ARPE

Martins potrebbe aver iniziato con l'idea di HARP come CubeSat, ma prima che il minuscolo satellite potesse essere lanciato, aveva due fratelli:AirHARP e HARP2.

AirHARP ha utilizzato la stessa tecnologia polarimetrica di HARP ma nel 2017 ha volato a bordo di due velivoli anziché di un satellite. AirHARP faceva parte della campagna sulle misurazioni dell'ozono del lago Michigan, che ha coinvolto un aereo UC12 della NASA, e la campagna NASA Aerosol Characterization from Polarimeter and Lidar, che ha ottenuto misurazioni di aerosol e nuvole negli Stati Uniti dal velivolo ad alta quota ER-2 della NASA.

"Siamo stati in grado di simulare ciò che HARP farebbe dallo spazio, " Barbosa ha detto dei voli di AirHARP. La versione aviotrasportata ha aiutato Barbosa e Martins a sviluppare procedure e algoritmi che alla fine aiuteranno a scaricare e digerire i dati di HARP.

Però, a differenza di AirHARP, che era su una traiettoria di volo prestabilita, HARP non può essere controllato una volta nello spazio. "Una volta che il CubeSat lascia la stazione spaziale, il suo corso è qualunque cosa sarà, e basta, " disse Barbosa. Una volta che gli scienziati a terra entrano in contatto con l'ARPA in orbita, possono prevedere la sua orbita e accenderlo e spegnerlo quando vogliono effettuare una misurazione su una particolare regione, ma non possono alterarne il corso.

ARPA2, d'altra parte, sarà una versione molto più potente di HARP. HARP2 volerà con il plancton della NASA, Aerosol, Nube, missione Ecosistema oceanico (PACE), che è attualmente in fase di sviluppo e prevede di migliorare il record di oltre 20 anni della NASA sulle osservazioni satellitari della biologia oceanica globale, aerosol e nuvole. Poiché PACE è un veicolo spaziale molto più grande con maggiori capacità di potenza e un team molto più grande dietro di esso, HARP2 sarà in grado di funzionare sempre e raccogliere molti più dati scientifici rispetto ad HARP.

"HARP CubeSat ha un tempismo perfetto, " ha detto Martins. "Una volta che lo lanciamo e otteniamo i dati da esso, useremo quei dati per prepararci per HARP2, " Lui continuò.

Il piccolo CubeSat che finalmente potrebbe

Sebbene Martins stia già pianificando la prossima iterazione di HARP, il primo quasi non è successo.

"Voglio ottenere quanta più scienza possibile, "Martin ha detto ma raccogliere così tanti dati con un CubeSat è impegnativo. "HARP è il CubeSat a tre unità più denso di tecnologia che abbiamo mai provato, "ha detto Tim Neilsen, il program manager HARP presso lo Space Dynamics Laboratory (SDL) di Logan, Utah. Martins ha costruito gli strumenti e SDL ha costruito il CubeSat.

Con l'avvicinarsi del lancio di HARP, e nuove opportunità per vedere e studiare gli aerosol si avvicinano, Martins è eccitato ma un po' nervoso. "Una volta lanciato, non puoi più toccarlo, " ha detto Martini.