Un nuevo instrumento con el ojo puesto en la Luna está despegando a bordo de un avión de la NASA a gran altitud para medir el brillo de la Luna y eventualmente ayudar a los sensores de observación de la Tierra a realizar mediciones más precisas.

El Instrumento de Irradiancia Espectral Lunar aerotransportado (air-LUSI) está volando a bordo del avión ER-2 de la NASA. El ER-2 puede volar por encima de las nubes, alrededor de 70, 000 pies sobre el suelo. Los vuelos, que ocurren por la noche para evitar la luz dispersa del sol, comenzó el 13 de noviembre y finalizará el 17 de noviembre desde el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en Palmdale, California.

El instrumento financiado por la NASA está "midiendo cuánta luz solar refleja la Luna en varias fases para caracterizarla con precisión y expandir cómo se utiliza la Luna para calibrar los sensores de observación de la Tierra", dijo Kevin Turpie, profesor de la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore, liderando el esfuerzo air-LUSI. Turpie y su equipo están financiados por la División de Ciencias de la Tierra de la NASA y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).

Cómo la Luna ayuda a los sensores de la Tierra

Sensores de observación de la Tierra, como el Visible Infrared Imaging Radiometric Suite (VIIRS) a bordo del satélite Suomi National Polar-orbiting Partnership de NASA / NOAA / DOD y el satélite meteorológico NOAA-20, recopilar imágenes de la nubosidad, cobertura de la superficie terrestre y color del océano. Si bien estos sensores hacen su trabajo con diligencia, también tienen que protegerse contra partículas de alta energía y resistir la luz ultravioleta, que degradan sus sensores con el tiempo.

Para tener en cuenta cualquier cambio en la sensibilidad, VIIRS y otros instrumentos satelitales calibran sus sensores mirando una referencia conocida y comparando cómo se compara el aspecto más reciente con los anteriores. Si el sensor ve la referencia de manera diferente que antes, sabe que necesita recalibrar o ajustar su sensibilidad.

En la actualidad, muchos instrumentos llevan un material opaco o blanco, llamado difusor, que refleja la luz solar y actúa como referencia para la calibración del sensor. Sin embargo, aunque el sol proporciona una salida constante, sus fuertes rayos degradan el difusor con el tiempo. La luna, por otra parte, es un difusor ideal ya que su reflectancia de la luz solar es estable y más similar a la de la Tierra en brillo.

Los científicos conocen desde hace mucho tiempo el potencial de la Luna. "Poco después del programa Apollo, un grupo del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) desarrolló una forma de caracterizar la Luna para que los satélites de observación de la Tierra pudieran usarla para la calibración, "Dijo Turpie.

El Observatorio Robótico Lunar del USGS (ROLO) en Flagstaff, Arizona, midió la Luna mensualmente desde 1995 hasta 2003. Tom Stone, un científico en USGS, junto con Hugh Kieffer, un ex científico del USGS, desarrolló un modelo basado en ROLO que se ha utilizado y se sigue utilizando para ayudar a calibrar los sensores de observación de la Tierra en los instrumentos, como SeaWiFS, que operó de 1997 a 2010 y midió el color del océano para monitorear el fitoplancton. SeaWiFS miró la Luna de forma regular para notar cualquier cambio en la sensibilidad de su instrumento.

Aunque muchos equipos de calibración de misiones de observación de la Tierra utilizan ROLO, puede haber grandes discrepancias en sus datos de calibración lunar, Dijo Stone. La esperanza es que las mediciones altamente precisas de air-LUSI caracterizarán esas discrepancias y determinarán si son causadas por sesgos internos en el modelo ROLO u otra cosa. "No podemos validar las calibraciones ROLO a más del 5%, "Dijo Stone." Air-LUSI puede mejorar ROLO o determinar qué necesita mejorarse ".

Los nuevos instrumentos de Air-LUSI pueden obtener mediciones de irradiancia espectral lunar altamente precisas que tendrán la incertidumbre más baja (menos del 1%). Turpie dijo, que establece a la Luna como una referencia de calibración absoluta y ayuda a los científicos de teledetección a determinar si los sensores de observación de la Tierra, como VIIRS, están registrando cambios reales en la Tierra o cambios en sus instrumentos.

Aunque las misiones de observación de la Tierra pueden mirar a la Luna a la misma hora y fase cada mes como una forma de notar tendencias en la sensibilidad de sus instrumentos, todavía no han podido utilizar la Luna como referencia absoluta de calibración, Kurt Thome, un científico del proyecto para misiones de observación de la Tierra en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, dijo.

¿Qué significa ser una referencia absoluta de calibración? Si comparas a dos personas una al lado de la otra, es fácil ver qué persona es más alta. Sin embargo, si estas dos personas están en extremos opuestos del mundo, la única forma de comparar sus alturas sería con una referencia absoluta, como un gobernante. Air-LUSI tiene como objetivo hacer de la Luna una referencia absoluta de calibración, lo que significa que un instrumento solo necesitaría mirar la Luna una vez para determinar la sensibilidad absoluta del instrumento, al comparar miradas a lo largo del tiempo para ver si el instrumento está cambiando, Dijo Thome.

Un esfuerzo colaborativo

Para recopilar información sobre la Luna, air-LUSI incluye tres subsistemas, que requieren experiencia de múltiples organizaciones, dijo Turpie. Su equipo incluye gente del NIST, el USGS, la Universidad de Guelph en Ontario, Canadá y NASA.

El primer componente se llama IRIS, abreviatura de subsistema de instrumentos de irradiancia, y fue diseñado por NIST. Incluye un instrumento capaz de tomar medidas precisas de la Luna mientras está sentado en un recinto controlado por temperatura y presión.

El segundo componente es un soporte de telescopio robótico llamado ARTEMIS (Autónomo, Subsistema de instrumentos de montaje de telescopio robótico) diseñado y construido por la Universidad de Guelph. ARTEMIS tiene una cámara que escanea el cielo hasta que encuentra la Luna y dirige el telescopio para que la apunte y la mantenga fija en su lugar. independientemente del movimiento de la aeronave.

El componente final es la Adaptación ER-2 a gran altitud, o HERA. HERA incluye todo el tejido conectivo, como cables y equipos de montaje, que mantiene el instrumento unido y al avión, así como los componentes estabilizadores térmicos. Air-LUSI puede registrar datos durante el vuelo y descargar los datos del avión al suelo.

Un pequeño paso para air-LUSI, un gran salto para las ciencias de la Tierra

En el futuro cercano, un satélite meteorológico operativo se beneficiaría de poder mirar a la Luna como una referencia de calibración absoluta, Dijo Thome. Esto incluye los satélites Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi NPP) y Joint Polar Satellite System-20 (JPSS) que vuelan actualmente, así como los que vendrán en el futuro tanto de NOAA como de sus socios internacionales. Cada satélite podría calibrar sus instrumentos con la Luna para comparar cómo sus sensores se mantienen a la altura de los sensores de los otros satélites. Dijo Thome.

El próximo Ocean Color Imager de la NASA, a bordo del satélite Phytoplankton Aerosols Clouds and Ocean Ecology (PACE), también tiene la intención de utilizar la Luna para la calibración, Dijo Turpie.

"Las mediciones lunares de Air-LUSI facilitan que las personas justifiquen el uso de la Luna para calibrar sus instrumentos, "Dijo Thome.