Una nuova fotocamera a infrarossi ad alta risoluzione, dotata di una varietà di filtri leggeri, potrebbe sondare la luce solare riflessa dall'atmosfera superiore e dalla superficie terrestre, migliorare gli avvisi sugli incendi boschivi e rivelare la composizione molecolare di altri pianeti.
Le fotocamere utilizzano sensori superreticolo a strati deformati sensibili e ad alta risoluzione, inizialmente sviluppati presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland.
La loro struttura compatta, la massa ridotta e l'adattabilità consentono a ingegneri come Tilak Hewagama di adattarli alle esigenze di una varietà di scienze.
"Collegare i filtri direttamente al rilevatore elimina la massa sostanziale dei tradizionali sistemi di lenti e filtri", ha affermato Hewagama. "Ciò consente di ottenere uno strumento di massa ridotta con un piano focale compatto che ora può essere raffreddato per il rilevamento a infrarossi utilizzando dispositivi di raffreddamento più piccoli ed efficienti. I satelliti e le missioni più piccoli possono trarre vantaggio dalla loro risoluzione e precisione."
L'ingegnere Murzy Jhabvala ha guidato lo sviluppo iniziale del sensore presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, oltre a guidare gli odierni sforzi di integrazione dei filtri.
Jhabvala ha anche guidato l'esperimento Compact Thermal Imager sulla Stazione Spaziale Internazionale che ha dimostrato come la nuova tecnologia dei sensori potrebbe sopravvivere nello spazio dimostrandosi allo stesso tempo un grande successo per la scienza della Terra. Oltre 15 milioni di immagini catturate in due bande a infrarossi hanno fruttato agli inventori Jhabvala e ai colleghi della NASA Goddard Don Jennings e Compton Tucker il premio Invenzione dell'anno dell'agenzia per il 2021.
I dati del test hanno fornito informazioni dettagliate sugli incendi, una migliore comprensione della struttura verticale delle nuvole e dell'atmosfera terrestre e hanno catturato una corrente ascensionale causata dal vento che solleva le caratteristiche del territorio terrestre chiamata onda gravitazionale.
I rivoluzionari sensori a infrarossi utilizzano strati di strutture molecolari ripetitive per interagire con singoli fotoni o unità di luce. I sensori risolvono più lunghezze d'onda dell'infrarosso con una risoluzione più elevata:260 piedi (80 metri) per pixel dall'orbita rispetto ai 1.000 - 3.000 piedi (375 - 1.000 metri) possibili con le attuali termocamere.
Il successo di queste termocamere per la misurazione del calore ha attirato investimenti da parte dell'Earth Science Technology Office (ESTO) della NASA, di Small Business Innovation and Research e di altri programmi per personalizzare ulteriormente la loro portata e le loro applicazioni.
Jhabvala e il team ALTIRS (Advanced Land Imaging Thermal IR Sensor) della NASA stanno sviluppando una versione a sei bande per il progetto aereo LiDAR, Hyperspectral e Thermal Imager (G-LiHT) di quest'anno. Questa fotocamera, prima nel suo genere, misurerà il calore superficiale e consentirà il monitoraggio dell'inquinamento e l'osservazione degli incendi con frame rate elevati, ha affermato.
Doug Morton, scienziato della NASA Goddard Earth, guida un progetto ESTO sviluppando un Compact Fire Imager per il rilevamento e la previsione degli incendi boschivi.
"Non vedremo meno incendi, quindi stiamo cercando di capire come gli incendi rilasciano energia durante il loro ciclo di vita", ha detto Morton. "Questo ci aiuterà a comprendere meglio la nuova natura degli incendi in un mondo sempre più infiammabile."
CFI monitorerà sia gli incendi più caldi che rilasciano più gas serra, sia i carboni e le ceneri più freddi e fumanti che producono più monossido di carbonio e particelle sospese nell'aria come fumo e cenere.
"Questi sono gli ingredienti chiave quando si tratta di sicurezza e di comprensione dei gas serra rilasciati dalla combustione", ha affermato Morton.
Dopo aver testato il rilevatore di incendi in campagne aeree, il team di Morton prevede di equipaggiare una flotta di 10 piccoli satelliti per fornire informazioni globali sugli incendi con più immagini al giorno.
Combinate con i modelli computerizzati di prossima generazione, ha affermato, "queste informazioni possono aiutare il servizio forestale e altre agenzie antincendio a prevenire gli incendi, migliorare la sicurezza dei vigili del fuoco in prima linea e proteggere la vita e le proprietà di coloro che vivono sul percorso degli incendi".
Dotato di filtri di polarizzazione, il sensore potrebbe misurare il modo in cui le particelle di ghiaccio nelle nuvole dell'alta atmosfera terrestre diffondono e polarizzano la luce, ha detto Dong Wu, scienziato della NASA Goddard Earth.
Queste applicazioni completerebbero la missione PACE—Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem—della NASA, ha detto Wu, che ha rivelato le sue prime immagini di luce all'inizio di questo mese. Entrambi misurano la polarizzazione dell'orientamento dell'onda luminosa in relazione alla direzione del viaggio da diverse parti dello spettro infrarosso.
"I polarimetri PACE monitorano la luce visibile e quella infrarossa a onde corte", ha spiegato. "La missione si concentrerà sulle scienze degli aerosol e dei colori oceanici dalle osservazioni diurne. Alle lunghezze d'onda dell'infrarosso medio e lungo, il nuovo polarimetro a infrarossi catturerebbe le proprietà delle nuvole e della superficie sia dalle osservazioni diurne che notturne."
In un altro sforzo, Hewagama sta lavorando con Jhabvala e Jennings per incorporare filtri variabili lineari che forniscono dettagli ancora maggiori nello spettro infrarosso. I filtri rivelano la rotazione e la vibrazione delle molecole atmosferiche, nonché la composizione della superficie terrestre.
Questa tecnologia potrebbe anche favorire le missioni su pianeti rocciosi, comete e asteroidi, ha affermato la scienziata planetaria Carrie Anderson. Ha detto che potrebbero identificare il ghiaccio e i composti volatili emessi in enormi pennacchi dalla luna di Saturno Encelado.
"Sono essenzialmente geyser di ghiaccio", ha detto, "che ovviamente sono freddi, ma emettono luce entro i limiti di rilevamento del nuovo sensore a infrarossi. Osservare i pennacchi sullo sfondo del sole ci permetterebbe di identificare la loro composizione e distribuzione verticale. molto chiaramente."
Fornito dalla NASA
