Mike Krainak (izquierda) y Diego Janches ganaron recientemente la financiación de seguimiento de la NASA para promover un lidar de sodio espacial necesario para sondear la mesosfera de la Tierra, que no se comprende bien. Crédito:NASA / W. Hrybyk
Un equipo de científicos e ingenieros de la NASA cree ahora que puede aprovechar los avances recientes en un instrumento de detección de efecto invernadero para construir el primer lidar de sodio espacial del mundo para estudiar la mesosfera de la Tierra, que no se comprende bien.
El científico Diego Janches y los expertos en láser Mike Krainak y Tony Yu, todos ellos trabajan en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, están liderando un esfuerzo de investigación y desarrollo para avanzar aún más en el lidar de sodio, que el grupo planea desplegar en la Estación Espacial Internacional si logra demostrar su capacidad de vuelo.
El Fondo de Innovación del Centro de la NASA y los programas de Desarrollo de Instrumentos y Tecnología de Heliofísica para la Ciencia están ahora financiando la maduración del instrumento. Sin embargo, el concepto remonta su herencia en parte a las inversiones pasadas de la NASA en prometedores instrumentos lidar, llamado Sounders, creado originalmente para medir el dióxido de carbono y el metano en la atmósfera de la Tierra.
Desde su puesto en el puesto de avanzada orbital, el instrumento iluminaría la compleja relación entre la química y la dinámica de la mesosfera que se encuentra a 40-100 millas sobre la superficie de la Tierra, la región donde la atmósfera de la Tierra se encuentra con el vacío del espacio.
Dado el progreso que los investigadores han logrado con los instrumentos de sondeo de observación de la Tierra, junto con el legado de Goddard en tecnología láser, son optimistas sobre el éxito final del instrumento.
El gran apalancamiento
"Lo que estamos haciendo es aprovechar lo que aprendimos con las sondas de CO2 y metano, "Dijo Krainak. Ambos instrumentos han demostrado en múltiples campañas de aviones que miden con precisión los gases de efecto invernadero usando lidar".
Lidar implica pulsar una luz láser desde la superficie de la Tierra. Como todos los gases atmosféricos, el dióxido de carbono y el metano absorben la luz en bandas estrechas de longitud de onda. Al sintonizar el láser a través de esas líneas de absorción, los científicos pueden detectar y luego analizar el nivel de gases en esa trayectoria vertical. Cuanto más gas a lo largo del camino de la luz, cuanto más profundas son las líneas de absorción.
Con fondos para el desarrollo de tecnología de la NASA, un equipo de científicos e ingenieros de Goddard desarrollará un instrumento lidar de sodio para su uso en el espacio. Esta imagen muestra la placa de pruebas del laboratorio. Crédito:NASA / W. Hrybyk
"El mismo principio se aplica aquí, ", Dijo Janches." En lugar de dióxido de carbono y metano, estamos detectando sodio debido a lo que nos puede decir sobre la dinámica a pequeña escala que ocurre en la mesosfera ".
El sodio, el sexto elemento más abundante en la corteza terrestre, es un trazador útil para caracterizar la mesosfera. Aunque esta capa atmosférica contiene otros gránulos de metales, incluyendo hierro, magnesio, calcio, y el potasio —todo producido por la evaporación del polvo extraterrestre cuando se encuentra con la atmósfera de la Tierra— el sodio es el más fácil de detectar. Literalmente, existe una capa de sodio en la mesosfera.
Debido a su relativa abundancia, El sodio proporciona datos de mayor resolución que pueden revelar más información sobre la dinámica a pequeña escala que ocurre en la atmósfera superior. De esto, los científicos pueden aprender más sobre cómo el clima en la atmósfera inferior influye en la frontera entre la atmósfera y el espacio.
El grupo ha comenzado a desarrollar su instrumento, que está sintonizado electrónicamente en el rango de 589 nanómetros, o luz amarilla. Mientras está en órbita, el lidar pulsaba rápidamente la luz en la capa mesosférica, de uno a tres kilómetros sobre una franja de cuatro a ocho kilómetros de ancho.
La interacción de la luz con las partículas de sodio las haría brillar o resonar. Al detectar el resplandor, el espectrómetro a bordo del lidar analizaría la luz para determinar cuánto sodio residía en la mesosfera, su temperatura, y la velocidad a la que se movían las partículas.
Los científicos han utilizado lidares de sodio en mediciones terrestres durante al menos cuatro décadas, pero nunca han recogido medidas desde el espacio. Como resultado, los datos son limitados en el tiempo y el espacio y no ofrecen una imagen global de la dinámica. Con un lidar de sodio espacial especialmente diseñado, sin embargo, los científicos podrían iluminar áreas específicas, revelando las dinámicas a pequeña escala que actualmente son las mayores desconocidas, Dijo Janches.
El equipo utilizará los fondos de la NASA para ajustar la tecnología que fija el lidar en las líneas de sodio. "Es como una cuerda de guitarra, "Explicó Krainak." Si quieres un cierto tono, debe bloquear la cuerda a una longitud determinada. Lo mismo ocurre con la longitud de la cavidad láser ".
El equipo también planea demostrar una unidad de prueba de ingeniería del láser probada ambientalmente, mejorando así su nivel de preparación tecnológica a seis, lo que significa que la tecnología está lista para el desarrollo de vuelos.
"Hemos logrado un progreso significativo en el láser, ", Dijo Krainak." Si ganamos, podríamos ser el primer espectrómetro láser de sodio basado en el espacio para la teledetección ".
