La semana pasada, científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) y la Universidad de Guelph enviaron un telescopio a la cima del cielo, casi al espacio mismo. El viaje fue una misión de recolección de luz de la luna que ha arrojado algunas de las mejores mediciones jamás tomadas del brillo. o más específicamente la reflectancia de la superficie, del vecino más cercano de la Tierra, la luna.

El objetivo final del trabajo es mejorar las mediciones realizadas por satélites que miran hacia la Tierra y ayudar a los investigadores a rastrear los patrones climáticos. tendencias en la sanidad de los cultivos, la ubicación de las floraciones de algas nocivas en el agua y mucho más.

El equipo del NIST voló a bordo del ER-2 de la NASA, un "avión cercano al espacio" que viaja tan alto como 21 kilómetros (aproximadamente 13 millas) sobre el nivel del mar. Ese tipo de distancia el doble de la altitud de crucero de un avión comercial típico, consiguió el equipo por encima del 95% de la atmósfera de la Tierra, que interfiere con las mediciones de la luz de la luna. La misión, llamada Misión de Irradiancia Espectral Lunar Aerotransportada (air-LUSI), lanzado desde el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA en California.

Viendo la Tierra desde el espacio

Cientos de satélites orientados hacia la Tierra brindan información sobre el clima y la vegetación que permite a los investigadores predecir hambrunas e inundaciones y puede ayudar a las comunidades a planificar la respuesta a emergencias y el socorro en casos de desastre. Para recopilar estos datos cruciales, Los generadores de imágenes espaciales se basan en el brillo de diferentes longitudes de onda, que a veces ayuda a pensar en colores, de la luz solar que se refleja en nuestro planeta.

Para asegurarse de que el "verde" de una cámara satelital no sea el "amarillo" de otra, "Cada cámara debe calibrarse con una fuente común mientras se está en el espacio. La Luna es un objetivo conveniente porque, a diferencia de la Tierra, no tiene atmósfera y su superficie cambia muy poco.

En teoria, si los científicos conocen la alineación relativa del Sol, Luna y satélite, deberían poder predecir la cantidad de luz que sale de la Luna. Específicamente, los científicos están interesados ​​en medir la "irradiancia espectral" de la luz reflejada en la Luna, es decir, la cantidad de energía por unidad de área en anchos de banda discretos de longitud de onda.

"Hay un modelo que predice, según el lugar desde donde mires y dónde estén la Luna y el Sol, cuál será la irradiancia espectral, ", dijo el físico del NIST John Woodward. Pero debido a las incertidumbres sobre el verdadero brillo de la Luna, incluso las mejores calibraciones actuales solo tienen una precisión de entre el 3% y el 5%.

A los científicos les gustaría reducir esta inexactitud a menos del 1%. Cuanto más precisas sean las calibraciones, mayor confianza pueden tener los investigadores en las imágenes satelitales de la Tierra.

¿Por qué no han sido posibles antes precisiones más altas? Principalmente porque los detectores basados ​​en la Tierra tienen que mirar la luz de la luna a través de la atmósfera de la Tierra, que absorbe algunas longitudes de onda de luz más que otras de formas que no son completamente predecibles, Woodward dijo.

El lanzamiento de los detectores al espacio resuelve este problema al permitir a los investigadores recoger la luz de la luna sin obstáculos. Pero presenta otro desafío:una vez en el espacio, los instrumentos son efectivamente inaccesibles, por lo que los científicos no pueden calibrarlos adecuadamente antes de cada medición.

Para recopilar mejores datos sobre la luz de la luna, los investigadores necesitan dos cosas:una vista clara de la Luna con una mínima interferencia de la atmósfera, y acceso físico a los detectores para calibraciones frecuentes.

Cómo atrapar un rayo de luna

Usando el avión ER-2 de gran altitud de la NASA, el equipo del NIST midió la luz de la luna en todo el espectro de luz visible y también en el espectro del infrarrojo cercano, de aproximadamente 380 nanómetros (la luz más azul que nuestros ojos pueden ver) a 1, 000 nanómetros (más rojo de lo que nuestros ojos pueden ver). Cada ancho de banda que midieron era extremadamente estrecho:solo unos pocos nanómetros de ancho.

El ER-2 está diseñado para llevar equipos científicos por encima de la mayor parte de la atmósfera para observaciones que duran horas a la vez. Dentro de la pequeña cabina hay espacio para un solo piloto con traje espacial. El equipo de investigación del NIST se almacena en un contenedor largo debajo de una de las alas del avión. Una abertura en la parte superior de esta cápsula le da al telescopio y la cámara una vista clara de la Luna.

Los científicos que quieran utilizar los servicios del avión tienen que construir instrumentos que cumplan con las estrictas especificaciones de peso y tamaño, un desafío para el equipo del NIST.

"Fue mucha más ingeniería de lo que habíamos anticipado, "Woodward dijo." A los 70, 000 pies, hay muy poca presión atmosférica. Y está a unos -60 grados C, así que hace mucho frío ".

En particular, tuvieron que crear un contenedor controlado por temperatura y presión para su sistema de adquisición de datos, que normalmente no puede funcionar a altitudes tan elevadas.

Con un peso de unos 225 kilogramos (aproximadamente 500 libras) en total, El equipo de NIST incluye un telescopio para recolectar la luz de la luna, una cámara utilizada para localizar la Luna, y una fuente de luz LED que se utiliza para comprobar que el sistema permanece calibrado durante el tiempo que tarda el avión en alcanzar altitud.

La clave para mantener las incertidumbres en estas mediciones lo más bajas posible proviene del fácil acceso de los investigadores al aparato directamente antes y después de su vuelo. Woodward dijo. Justo antes del despegue y justo después del aterrizaje, el equipo calibra el equipo en el suelo, utilizando una fuente de luz estable que ya ha sido bien caracterizada. Este tipo de pruebas previas y posteriores al vuelo no sería posible si los investigadores intentaran recopilar la información con un satélite lanzado al espacio.

Los resultados de los vuelos de noviembre deberían ser "de gran utilidad para la comunidad de calibración de satélites, ", dijo el físico del NIST Stephen Maxwell. Además, los datos ayudarán al equipo del NIST a prepararse para otro experimento de recolección de luz de la luna.

Antes de iniciar el proyecto air-LUSI, Los investigadores del NIST habían desarrollado un método para caracterizar la atmósfera cada noche, de modo que esencialmente se podría restar de las mediciones realizadas en tierra. El equipo planea utilizar este método en un experimento de recolección de luz de la luna en el Observatorio Mauna Loa en Hawai. en un sitio de aproximadamente 3, 400 metros (11, 150 pies) de altura.

Aunque un experimento en tierra tiene muchas ventajas, incluyendo períodos de visualización más largos y un acceso más fácil a los equipos, el sistema Mauna Loa todavía necesitará mirar a través de docenas de kilómetros (cientos de miles de pies) de atmósfera que distorsiona el espectro de la luz de la luna.

"El Observatorio Mauna Loa es uno de los sitios con mejor atmósfera que puedes observar desde, ", Dijo Woodward." Pero eso dejó la pregunta:¿Podríamos deshacernos de la atmósfera por completo? "Recoger la luz de la luna desde arriba de la mayor parte de la atmósfera ayudará a los investigadores a refinar el modelo que usarán para el experimento de Mauna Loa.

"Los datos que recopilamos este mes se ven muy bien, ", Dijo Woodward." Todo el equipo ha hecho un gran trabajo haciendo que este instrumento vuele, y el equipo ER-2 de Armstrong ha sido un gran socio para hacer de esto un éxito ".