Una nueva misión de ciencia de la Tierra de la NASA en las primeras etapas de diseño puede lograr un avance transformador en nuestra comprensión del ciclo global del carbono al mapear las concentraciones de gases de carbono clave desde un nuevo punto de vista:la órbita geoestacionaria. Los satélites en órbita geoestacionaria viajan a la misma velocidad que la rotación de la Tierra, permitiéndoles permanecer en el mismo lugar en la superficie de la Tierra en todo momento.

El Observatorio Geoestacionario de Carbono (GeoCarb), previsto para su lanzamiento a principios de la década de 2020, se basará en el éxito de la misión Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) de la NASA al colocar un instrumento similar en un satélite de comunicaciones comercial SES-Government Solutions que vuela en órbita geoestacionaria. Su longitud permitirá observaciones "de pared a pared" sobre las Américas entre 55 grados de latitud norte y sur, desde el extremo sur de la bahía de Hudson hasta el extremo sur de América del Sur. Encaramado 22, 236 millas (35, 800 kilómetros) sobre las Américas, GeoCarb recopilará 10 millones de observaciones diarias de las concentraciones de dióxido de carbono, metano, monóxido de carbono y fluorescencia inducida por el sol (SIF) a una resolución espacial de aproximadamente 3 a 6 millas (5 a 10 kilómetros).

La abundancia y distribución de gases que contienen carbono en la atmósfera están determinadas tanto por el intercambio de carbono entre las áreas terrestres de la Tierra, océanos y la atmósfera, y su transporte por los vientos dominantes. Estos intercambios se comprenden mejor haciendo frecuentes, observaciones densamente espaciadas. Mientras los satélites en sincronía con el sol, las órbitas polares de la Tierra baja como OCO-2 proporcionan cobertura global, tienen tiempos de revisión largos, grandes lagunas en la cobertura, y mirar siempre el paisaje a la misma hora del día. Debido a que el clima afecta a los ecosistemas en escalas de tiempo de días a semanas, los satélites en órbita polar pueden pasar por alto estos cambios y cómo se interconectan con las actividades de los organismos vivos, información que es crucial para desarrollar mejores modelos de los procesos del sistema terrestre.

"GeoCarb complementará las mediciones de OCO-2 y otros satélites en órbita terrestre baja al llenar los vacíos de datos tanto en el tiempo como en el espacio, ", dijo el investigador principal Berrien Moore de la Universidad de Oklahoma en Norman." Será más una misión de mapeo regional que una misión de muestreo global ".

Moore dijo que así como los satélites meteorológicos geoestacionarios pueden sentarse y observar las tormentas y mapearlas, GeoCarb nos permitirá ver cómo los diferentes patrones climáticos influyen en las concentraciones de dióxido de carbono y metano. "Ese es el poder que aporta una órbita geoestacionaria, ", dijo." Los datos de OCO-2 ya han demostrado que los patrones climáticos a gran escala, como El Niño y La Niña, afectan el patrón a gran escala de las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono, y eso es extremadamente importante ".

GeoCarb abordará una serie de preguntas sin respuesta en la ciencia del ciclo del carbono, con un enfoque en las Américas. Por ejemplo, en qué medida la cuenca del Amazonas elimina el dióxido de carbono de la atmósfera y lo almacena en los bosques, y ¿se subestiman las estimaciones de las emisiones de metano en los Estados Unidos continentales?

GeoCarb también será el primer satélite de EE. UU. En medir el metano cerca de la superficie de la Tierra, información que será de utilidad para la industria energética. La fuga de metano de la producción de gas natural le cuesta a la industria estadounidense entre 5 mil millones y 10 mil millones de dólares al año.

Como OCO-2, Banda espectral de oxígeno de GeoCarb, que se necesita para convertir abundantes gases de carbono en concentraciones, también medirá SIF. Este tenue resplandor emitida por las moléculas de clorofila en las hojas de las plantas, es un indicador de que se está produciendo la fotosíntesis, el proceso mediante el cual las plantas convierten la luz solar en energía química y capturan carbono de la atmósfera. GeoCarb hará diariamente, cerca de las mediciones de pared a pared de SIF en todas las condiciones climáticas, Permitir a los científicos y otros rastrear los efectos de la sequía en la fotosíntesis en los bosques, cultivos y pastizales.

GeoCarb se asienta sobre los cimientos establecidos por OCO-2, que fue construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. Como OCO-2, GeoCarb utiliza un espectrómetro de rejilla, pero agrega una cuarta banda espectral para medir el monóxido de carbono y el metano. Utilizará la misma tecnología de detector, algoritmos y técnicas de calibración como OCO-2.

"Nunca podríamos hacer GeoCarb sin OCO-2, ", dijo Moore." Al diseñar nuestro instrumento, dijimos:hagamos OCO, pero en órbita geoestacionaria. Nos basamos en el trabajo de JPL en el diseño y la construcción de OCO-2 y en el procesamiento de sus datos. De hecho, muchos miembros de nuestro equipo científico también están trabajando en la misión OCO-2 ".

El instrumento GeoCarb ve la luz reflejada de la Tierra a través de una rendija estrecha. Cuando la rendija se proyecta sobre la superficie de la Tierra, ve un área que mide aproximadamente 1, 740 millas (2, 800 kilómetros) de norte a sur y aproximadamente 3,7 millas (6 kilómetros) de este a oeste. En comparación, La franja de OCO-2 tiene aproximadamente 6,2 millas (10 kilómetros) de ancho. GeoCarb mira esa área durante unos 4-1 / 2 segundos, luego, la hendidura se mueve la mitad del ancho de la hendidura, 1,9 millas, o 3 kilómetros, al oeste, permitiendo el doble muestreo. Con esta técnica, GeoCarb puede escanear todo el territorio continental de los Estados Unidos en aproximadamente 2-1 / 4 horas, y de Brasil a la costa oeste de América del Sur en aproximadamente 2-3 / 4 horas. No está diseñado para observar los océanos, ya que la reflectividad sobre los océanos es demasiado baja para proporcionar datos útiles.

La ranura orbital exacta de GeoCarb será asignada por SES-Government Solutions. Una ranura más hacia el oeste favorecerá las observaciones de EE. UU. Sobre América del Sur, y viceversa para una ranura más al este. En el futuro, Moore dice que dos o tres instrumentos similares a GeoCarb colocados en órbita geoestacionaria en diferentes longitudes podrían proporcionar una cobertura casi global del paisaje terrestre de la Tierra fuera de los polos.

Moore dice GeoCarb y TEMPO, otra misión de la NASA sobre química atmosférica / calidad del aire actualmente en desarrollo, sirven como pioneros para geoestacionarios, misiones de observación de la Tierra de la NASA alojadas comercialmente. "Si podemos resolver los problemas legales y prácticos del día a día, Puedo ver estas misiones cambiando la faz de las ciencias de la Tierra desde el espacio. No tiene que pagar por una nave espacial o un lanzador por separado. Básicamente, está comprando un condominio en una nave espacial y pagando por el enlace descendente de datos. El futuro aquí es muy emocionante ".