Hai mai indossato una maglietta scura in una giornata di sole e hai sentito il tessuto caldo sotto i raggi del sole? La maggior parte di noi sa che i colori scuri assorbono la luce solare e i colori chiari la riflettono, ma sapevi che questo non funziona allo stesso modo nelle lunghezze d'onda non visibili del sole?

Il sole è la fonte di energia della Terra, ed emette energia come luce solare visibile, radiazioni ultraviolette (lunghezze d'onda più corte), e radiazioni nel vicino infrarosso, che percepiamo come calore (lunghezze d'onda maggiori). La luce visibile si riflette su superfici chiare come neve e ghiaccio, mentre le superfici più scure come le foreste o gli oceani lo assorbono. Questa riflettività, chiamato albedo, è uno dei modi chiave in cui la Terra regola la sua temperatura:se la Terra assorbe più energia di quanta ne riflette, fa più caldo, e se riflette più di quanto assorbe, diventa più fresco.

Il quadro diventa più complicato quando gli scienziati inseriscono le altre lunghezze d'onda nel mix. Nel vicino infrarosso dello spettro, superfici come ghiaccio e neve non sono riflettenti, infatti, assorbono la luce del vicino infrarosso più o meno allo stesso modo in cui una maglietta scura assorbe la luce visibile.

"La gente pensa che la neve sia riflettente. È così brillante, " ha detto Gavin Schmidt, direttore del Goddard Institute for Space Studies della NASA a New York City e consulente senior per il clima della NASA. "Ma risulta che nella parte del vicino infrarosso dello spettro, è quasi nero."

Chiaramente, per gli scienziati del clima per avere il quadro completo di come l'energia solare entra ed esce dal sistema Terra, devono includere altre lunghezze d'onda oltre alla luce visibile.

È qui che entra in gioco il sensore di irraggiamento solare totale e spettrale (TSIS-1) della NASA. Dal suo punto di osservazione a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, TSIS-1 misura non solo l'irradiamento solare totale (energia) che raggiunge l'atmosfera terrestre, ma anche quanta energia arriva ad ogni lunghezza d'onda. Questa misura è chiamata irraggiamento solare spettrale, o SSI. Lo strumento Spectral Irradiance Monitor (SIM) di TSIS-1, sviluppato dal Laboratorio di fisica dell'atmosfera e dello spazio dell'Università del Colorado Boulder, misura SSI con una precisione migliore dello 0,2%, o entro il 99,8% dei veri valori SSI.

"Con TSIS-1, abbiamo più fiducia nelle misurazioni della luce visibile e del vicino infrarosso, " ha detto il dottor Xianglei Huang, professore nel dipartimento di scienze e ingegneria del clima e dello spazio presso l'Università del Michigan. "Il modo in cui si ripartisce la quantità di energia a ciascuna lunghezza d'onda ha implicazioni per il clima medio".

Huang e i suoi colleghi dell'Università del Michigan, Il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e l'Università del Colorado Boulder hanno recentemente utilizzato per la prima volta i dati SSI TSIS-1 in un modello climatico globale. "Diversi studi hanno utilizzato vari input SSI per analizzare la sensibilità dei modelli climatici in passato". Però, questo studio è stato il primo a indagare come i nuovi dati hanno modificato la riflessione e l'assorbimento modellati dell'energia solare ai poli della Terra, disse Dong Wu, scienziato del progetto per TSIS-1 a Goddard.

Hanno scoperto che quando usavano i nuovi dati, il modello ha mostrato differenze statisticamente significative nella quantità di energia assorbita e riflessa dal ghiaccio e dall'acqua, rispetto all'utilizzo di dati solari precedenti. Il team ha eseguito il modello, chiamato il Modello del Sistema Terra della Comunità, o CESM2, due volte:una volta con i nuovi dati TSIS-1 in media su un periodo di 18 mesi, e una volta con un vecchio, media ricostruita sulla base dei dati del dismesso Solar Radiation and Climate Experiment (SORCE) della NASA.

Il team ha scoperto che i dati TSIS-1 avevano più energia presente nelle lunghezze d'onda della luce visibile e meno nelle lunghezze d'onda del vicino infrarosso rispetto alla precedente ricostruzione di SORCE. Queste differenze significavano che il ghiaccio marino assorbiva meno e rifletteva più energia nella corsa TSIS-1, quindi le temperature polari erano tra 0,5 e 1,3 gradi Fahrenheit più fredde, e la quantità di copertura di ghiaccio marino estivo era maggiore di circa il 2,5%.

"Volevamo sapere come le nuove osservazioni si confrontano con quelle utilizzate nei precedenti studi sui modelli, e come ciò influisca sulla nostra visione del clima, " ha detto l'autore principale Dr. Xianwen Jing, che ha svolto questa ricerca come borsista post-dottorato nel dipartimento di scienze e ingegneria del clima e dello spazio dell'Università del Michigan. "Se c'è più energia nella banda visibile e meno nella banda del vicino infrarosso, che influenzerà la quantità di energia assorbita dalla superficie. Questo può influenzare il modo in cui il ghiaccio marino cresce o si restringe e quanto fa freddo alle alte latitudini".

Questo ci dice che oltre a monitorare l'irraggiamento solare totale, Huang ha detto, dobbiamo anche tenere d'occhio gli spettri. Sebbene informazioni SSI più accurate non altereranno il quadro generale del cambiamento climatico, può aiutare i modellisti a simulare meglio come l'energia a diverse lunghezze d'onda influenza i processi climatici come il comportamento del ghiaccio e la chimica atmosferica.

Anche se il clima polare appare diverso con i nuovi dati, ci sono ancora altri passi da compiere prima che gli scienziati possano utilizzarlo per prevedere i futuri cambiamenti climatici, gli autori hanno avvertito. I prossimi passi del team includono lo studio di come i dati TSIS influenzano il modello a latitudini più basse, così come continue osservazioni nel futuro per vedere come varia l'SSI durante il ciclo solare.

Imparare di più su come l'energia solare interagisce con la superficie e i sistemi della Terra, a tutte le lunghezze d'onda, fornirà agli scienziati maggiori e migliori informazioni per modellare il clima presente e futuro. Con l'aiuto di TSIS-1 e del suo successore TSIS-2, che lancerà a bordo della propria navicella spaziale nel 2023, La NASA sta facendo luce sul bilancio energetico della Terra e su come sta cambiando.