El 31 de enero La NASA puso fin a la carrera de descubrimiento de casi 14 años del espectrómetro de emisión troposférica (TES). Lanzado en 2004 en la nave espacial Aura de la NASA, TES fue el primer instrumento diseñado para monitorear el ozono en las capas más bajas de la atmósfera directamente desde el espacio. Sus observaciones de alta resolución llevaron a nuevas mediciones de gases atmosféricos que han alterado nuestra comprensión del sistema terrestre.

TES se planeó para una misión de cinco años, pero duró mucho ese período. Un brazo mecánico del instrumento comenzó a detenerse de forma intermitente en 2010, afectando la capacidad de TES para recopilar datos de forma continua. El equipo de operaciones de TES se adaptó operando el instrumento para maximizar las operaciones científicas a lo largo del tiempo, intentando extender el conjunto de datos tanto como sea posible. Sin embargo, el estancamiento aumentó hasta el punto de que TES perdió operaciones aproximadamente la mitad del año pasado. Las lagunas de datos obstaculizaron el uso de los datos de TES para la investigación, lo que llevó a la decisión de la NASA de desmantelar el instrumento. Permanecerá en el satélite Aura, recibiendo suficiente energía para evitar que se enfríe tanto que podría romperse y afectar los dos instrumentos restantes en funcionamiento.

"El hecho de que el instrumento haya durado tanto tiempo es un testimonio de la tenacidad de los equipos de instrumentos responsables del diseño, construir y operar el instrumento, "dijo Kevin Bowman del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, el investigador principal de TES.

Una sonda del sistema de la Tierra Verdadera

TES fue concebido originalmente para medir el ozono en la troposfera, la capa de atmósfera entre la superficie y la altitud donde vuelan los jets intercontinentales, utilizando observaciones de alta resolución espectral de radiación térmica infrarroja. Sin embargo, TES lanzó una red más amplia, captura de firmas de una amplia gama de otros gases atmosféricos, así como ozono. Esa flexibilidad permitió que el instrumento contribuyera a una amplia gama de estudios, no solo la química atmosférica y los impactos del cambio climático, pero estudios de los ciclos del agua, nitrógeno y carbono.

Una de las sorpresas de la misión fue la medición de agua pesada:moléculas de agua compuestas por deuterio, un isótopo de hidrógeno que tiene más neutrones que el hidrógeno normal. La relación entre el deuterio y el agua "normal" en el vapor de agua da pistas sobre la historia del vapor, cómo se evaporó y cayó como precipitación en el pasado, lo que a su vez ayuda a los científicos a discernir qué controla la cantidad en la atmósfera.

Los datos de agua pesada han llevado a avances fundamentales en nuestra comprensión del ciclo del agua que antes no eran posibles. como la forma en que las tormentas eléctricas mantienen hidratada la troposfera, cuánta agua en la atmósfera se evapora de las plantas y el suelo en comparación con el agua superficial, y cómo el agua "exhalada" de la vegetación del sur de la Amazonía inicia la temporada de lluvias de la selva tropical. John Worden, científico del JPL, el pionero de esta medida, dijo, "Se ha convertido en una de las aplicaciones más importantes de TES. Nos da una ventana única al ciclo hidrológico de la Tierra".

Si bien el ciclo del nitrógeno no se mide ni se comprende tan bien como el ciclo del agua, el nitrógeno constituye el 78 por ciento de la atmósfera, y su conversión a otros compuestos químicos es esencial para la vida. TES demostró la primera medición espacial de un compuesto de nitrógeno clave, amoníaco. Este compuesto es un fertilizante muy utilizado para la agricultura en forma sólida, pero como un gas, reacciona con otros compuestos en la atmósfera para formar contaminantes nocivos.

Otro compuesto de nitrógeno, nitrato de peroxiacetilo (PAN), puede elevarse a la troposfera a partir de incendios y emisiones humanas. En gran parte invisible en los datos recopilados a nivel del suelo, este contaminante puede viajar grandes distancias antes de volver a la superficie, donde puede formar ozono. TES mostró cómo PAN variaba globalmente, incluyendo cómo los incendios influyeron en su distribución. "TES realmente allanó el camino en nuestra comprensión global de PAN y [amoníaco], dos especies clave en el ciclo del nitrógeno atmosférico, "dijo Emily Fischer, profesor asistente en el departamento de ciencias atmosféricas de la Universidad Estatal de Colorado, Fort Collins.

Las tres caras del ozono

Ozono, un gas con fuentes tanto naturales como humanas, es conocido por sus múltiples "personalidades". En la estratosfera, el ozono es benigno, protegiendo la Tierra de la radiación ultravioleta entrante. En la troposfera tiene dos funciones dañinas distintas, dependiendo de la altitud. A nivel del suelo es un contaminante que daña plantas y animales vivos, incluidos los humanos. Más alto en la troposfera, es el tercer gas de efecto invernadero más importante producido por el hombre, atrapando la radiación térmica saliente y calentando la atmósfera.

Datos TES, junto con datos de otros instrumentos sobre Aura, fueron utilizados para desenredar estas personalidades, conduciendo a una mejor comprensión del ozono y su impacto en la salud humana, clima y otras partes del sistema terrestre.

Las corrientes de aire en la troposfera media y superior transportan ozono no solo a través de los continentes, sino también a través de los océanos hacia otros continentes. Un estudio de 2015 que utilizó mediciones de TES encontró que los niveles de ozono troposférico de la costa oeste de EE. UU. Eran más altos de lo esperado, dada la disminución de las emisiones de EE. UU., en parte debido al ozono que ingresó a través del Océano Pacífico desde China. El rápido crecimiento de las emisiones asiáticas de gases precursores, gases que interactúan para crear ozono, incluido el monóxido de carbono y el dióxido de nitrógeno, cambió el panorama mundial del ozono.

"TES ha sido testigo de cambios dramáticos en los que se producen los gases que crean ozono. Las mediciones notablemente estables de TES y su capacidad para resolver las capas de la troposfera nos permitieron separar los cambios naturales de los impulsados ​​por las actividades humanas, "dijo la científica del JPL Jessica Neu, coautor del estudio.

Los cambios regionales en las emisiones de gases precursores del ozono alteran no solo la cantidad de ozono en la troposfera, sino su eficacia como gas de efecto invernadero. Los científicos utilizaron mediciones de TES del efecto invernadero del ozono, combinado con modelos meteorológicos químicos, cuantificar cómo los patrones globales de estas emisiones han alterado el clima. "Para mejorar la calidad del aire y mitigar el cambio climático, necesitamos entender cómo las emisiones de contaminantes humanos afectan el clima en las escalas en las que se promulgan las políticas [es decir, a escala de ciudad, estado o país]. Los datos de TES allanaron el camino para que los satélites pudieran desempeñar un papel central, "dijo Daven Henze, profesor asociado en el departamento de ingeniería mecánica de la Universidad de Colorado en Boulder.

Una misión de Pathfinder

"TES fue pionero, recopilar un nuevo conjunto de mediciones con nuevas técnicas, que ahora están siendo utilizados por una nueva generación de instrumentos, "Dijo Bowman. Sus instrumentos sucesores se utilizan tanto para el monitoreo atmosférico como para el pronóstico del tiempo. Entre ellos se encuentran el instrumento de sonda infrarroja transversal (CrIS) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica en el satélite Suomi-NPP de la NOAA-NASA y el interferómetro de sondeo atmosférico infrarrojo. (IASI) serie, desarrollado por la agencia espacial francesa en asociación con EUMETSAT, la organización europea de satélites meteorológicos.

Cathy Clerbaux, un científico senior del French Centre National de la Recherche Scientifique que es el científico líder en la serie IASI, dijo, "La influencia de TES en misiones posteriores como la nuestra fue muy importante. TES demostró la posibilidad de derivar la concentración de gases atmosféricos mediante el uso de interferometría para observar sus propiedades moleculares. Aunque existían instrumentos similares para sondear la atmósfera superior, TES fue especial al permitir mediciones más cercanas a la superficie, donde se encuentra la contaminación. Los resultados científicos obtenidos con IASI se beneficiaron enormemente de la estrecha colaboración que desarrollamos con los científicos de TES ".

Los científicos de TES han sido pioneros de otra manera:al combinar las mediciones del instrumento con las de otros instrumentos para producir conjuntos de datos mejorados, revelando más que cualquier conjunto original de observaciones. Por ejemplo, La combinación del Instrumento de Monitoreo de Ozono en las mediciones de Aura en longitudes de onda ultravioleta con las mediciones de infrarrojos térmicos de TES proporciona un conjunto de datos con mayor sensibilidad a los contaminantes del aire cerca de la superficie.

El equipo ahora está aplicando esa capacidad a las mediciones de otros pares de instrumentos, por ejemplo, Monóxido de carbono mejorado (CO) de CrIS con CO y otras mediciones del Instrumento de Monitoreo TROPOsférico (TROPOMI) en el satélite Copernicus Sentinel-5 Precursor de la Agencia Espacial Europea. "La aplicación de los algoritmos TES a los datos de CrIS y TROPOMI continuará con el récord de 18 años de mediciones únicas de monóxido de carbono cerca de la superficie del instrumento de medición de la contaminación en la troposfera del satélite Terra de la NASA, o MOPITT] en la próxima década, "dijo Helen Worden, un científico del Centro Nacional de Investigación Atmosférica en Boulder, Colorado, quien es a la vez investigador principal de MOPITT y miembro del equipo científico de TES.

Estas nuevas técnicas desarrolladas para TES junto con amplias aplicaciones en todo el sistema terrestre aseguran que el legado de la misión continuará mucho después de la despedida final de TES.