Era media tarde pero estaba oscuro en un área de Boulder, Colorado el 3 de agosto 1998. Una nube espesa apareció en lo alto y oscureció la tierra debajo durante más de 30 minutos. Radiómetros bien calibrados mostraron que había niveles muy bajos de luz que llegaban al suelo, lo suficientemente bajo como para que los investigadores decidieran simular este interesante evento con modelos informáticos. Ahora en 2017, inspirado en el evento en Boulder, Los científicos de la NASA explorarán el eclipse de sol de la luna para aprender más sobre el sistema energético de la Tierra.

El 21 de agosto 2017, Los científicos esperan que el eclipse solar total de este año pase por América para mejorar nuestras capacidades de modelado de la energía de la Tierra. Guoyong Wen, un científico de la NASA que trabaja para la Universidad Estatal Morgan en Baltimore, está liderando un equipo para recopilar datos de tierra y satélites antes, durante y después del eclipse para que puedan simular el eclipse de este año utilizando un modelo informático avanzado, llamado modelo de transferencia radiativa 3-D. Si tiene éxito, Wen y su equipo ayudarán a desarrollar nuevos cálculos que mejoren nuestras estimaciones de la cantidad de energía solar que llega al suelo. y nuestra comprensión de uno de los actores clave en la regulación del sistema energético de la Tierra, nubes.

El sistema de energía de la Tierra está en una danza constante para mantener un equilibrio entre la radiación entrante del sol y la radiación saliente de la Tierra al espacio. que los científicos llaman el presupuesto de energía de la Tierra. El papel de las nubes tanto gruesos como delgados, es importante por su efecto sobre el equilibrio energético.

Como una nube gigante la luna durante el eclipse solar total de 2017 proyectará una gran sombra en una franja de los Estados Unidos. Wen y su equipo ya conocen las dimensiones y las propiedades de bloqueo de la luz de la luna. pero usará instrumentos terrestres y espaciales para aprender cómo esta gran sombra afecta la cantidad de luz solar que llega a la superficie de la Tierra, especialmente alrededor de los bordes de la sombra.

"Esta es la primera vez que podemos usar mediciones desde el suelo y desde el espacio para simular la sombra de la luna cruzando la faz de la Tierra en los Estados Unidos y calculando la energía que llega a la Tierra, ", dijo Wen. Los científicos han realizado extensas mediciones atmosféricas durante eclipses antes, pero esta es la primera oportunidad de recopilar datos coordinados desde el suelo y desde una nave espacial que observa toda la Tierra iluminada por el sol durante un eclipse, gracias al Observatorio del Clima del Espacio Profundo (DSCOVR) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica lanzado en febrero de 2015.

Aunque la luna que bloquea el sol durante un eclipse solar y las nubes que bloquean la luz solar en la superficie de la Tierra son dos fenómenos diferentes, ambos requieren cálculos matemáticos similares para comprender con precisión sus efectos. Wen anticipa que este experimento ayudará a mejorar los cálculos del modelo actual y nuestro conocimiento de las nubes. específicamente más grueso, nubes de baja altitud que pueden cubrir alrededor del 30 por ciento del planeta en un momento dado.

En este experimento, Wen y su equipo simularán el eclipse solar total en un modelo de transferencia radiativa 3-D, que ayuda a los científicos a comprender cómo se propaga la energía en la Tierra. En la actualidad, los modelos tienden a representar nubes en una dimensión. En muchos casos, Estos cálculos unidimensionales pueden crear modelos científicos útiles para comprender la atmósfera. A veces, aunque Se necesita un cálculo tridimensional para proporcionar resultados más precisos. La gran diferencia es que las nubes tridimensionales reflejan o dispersan la energía solar en muchas direcciones, de arriba a abajo, y también de los lados de las nubes. Este comportamiento tridimensional da como resultado diferentes cantidades de energía que llegan al suelo de las que podría predecir un modelo unidimensional.

"Estamos probando la capacidad de realizar cierto tipo de cálculo complejo, una prueba de una técnica matemática 3-D, para ver si esto es una mejora con respecto a la técnica anterior, "dijo Jay Herman, científico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y co-investigador del proyecto. "Si tiene éxito, entonces tendremos una mejor herramienta para implementar en modelos climáticos y podremos usarla para responder preguntas y el presupuesto energético y el clima de la Tierra ". Para el próximo eclipse, Wen y los miembros de su equipo estarán estacionados en Casper, Wyoming, y Columbia, Missouri para recopilar información sobre la cantidad de energía que se transmite hacia y desde la Tierra antes, durante y justo después del eclipse con varios instrumentos terrestres.

Un basado en tierra, El instrumento espectrómetro Pandora desarrollado por la NASA proporcionará información sobre la cantidad de luz de cualquier longitud de onda dada, y un piranómetro medirá la energía solar total desde todas las direcciones que descienden hacia la superficie. Inmediatamente antes y después del eclipse, los científicos medirán otra información, como la cantidad de gases traza absorbentes en la atmósfera, como el ozono, dióxido de nitrógeno y pequeñas partículas de aerosol para usar también en el modelo 3-D.

Mientras tanto en el espacio Cámara de imágenes policromáticas terrestres de la NASA, o EPIC, instrumento a bordo de la nave espacial DSCOVR, observará la luz que sale de la Tierra y permitirá a los científicos estimar la cantidad de luz que llega a la superficie terrestre. Adicionalmente, Los dos instrumentos satelitales MODIS de la NASA, a bordo de los satélites Terra y Aqua de la agencia, lanzado en 1999 y 2002, respectivamente, proporcionará observaciones de las condiciones atmosféricas y de la superficie en momentos antes y después del eclipse. Luego, los científicos combinarán las mediciones en tierra con las observadas por la nave espacial.

Este experimento complementa el compromiso de décadas de la NASA de observar y comprender las contribuciones al presupuesto energético de la Tierra. Durante más de 30 años, La NASA ha medido y calculado la cantidad de energía solar que llega a la parte superior de nuestra atmósfera, la cantidad de energía del sol reflejada de regreso al espacio y cuánta energía térmica es emitida por nuestro planeta al espacio. Estas mediciones han sido posibles gracias a instrumentos y misiones como ACRIMSAT y SOLSTICE (lanzados en 1991), y SORCE, lanzado en 2003, así como la serie de instrumentos CERES volados a bordo de Terra, Agua, y Suomi-NPP (lanzado en 2011).

Este otoño, La NASA continuará monitoreando la relación sol-Tierra lanzando el Sensor-1 de Irradiancia Solar Total y Espectral, o TSIS-1, a la Estación Espacial Internacional y al sexto instrumento de las Nubes y del Sistema de Energía Radiante de la Tierra CERES, CERES FM6, a orbitar a finales de este año. Actualmente, cinco instrumentos CERES se encuentran en órbita a bordo de tres satélites.