Después de casi dos décadas, el Sol se ha puesto para el Experimento de Radiación Solar y Clima de la NASA (SORCE), una misión que continuó y avanzó el récord de 40 años de la agencia de medir la irradiancia solar y estudiar su influencia en el clima de la Tierra.

El equipo de SORCE apagó la nave espacial el 25 de febrero 2020, concluyendo 17 años de medir el monto, espectro y fluctuaciones de la energía solar que ingresa a la atmósfera terrestre:información vital para comprender el clima y el balance energético del planeta. El legado de la misión es continuado por el sensor de irradiancia solar total y espectral (TSIS-1), lanzado a la Estación Espacial Internacional en diciembre de 2017, y TSIS-2, que se lanzará a bordo de su propia nave espacial en 2023.

Monitoreo de la "batería" de la Tierra

El Sol es la principal fuente de energía de la Tierra. Energia del sol, llamada irradiancia solar, impulsa el clima de la Tierra, temperatura, clima, química atmosférica, ciclos oceánicos, balance energético y más. Los científicos necesitan mediciones precisas de la energía solar para modelar estos procesos, y los avances tecnológicos en los instrumentos de SORCE permitieron mediciones de irradiancia solar más precisas que las misiones anteriores.

"Estas medidas son importantes por dos razones, "dijo Dong Wu, científico del proyecto para SORCE y TSIS-1 en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Los científicos del clima necesitan saber cuánto varía el Sol, para que sepan cuánto cambio en el clima de la Tierra se debe a la variación solar. En segundo lugar, hemos debatido durante años, ¿El Sol se vuelve más brillante o más tenue durante cientos de años? Vivimos solo un período corto pero una tendencia precisa será muy importante. Si sabe cómo varía el Sol y puede extender ese conocimiento al futuro, Luego, puede poner la entrada solar futura anticipada en modelos climáticos junto con otra información, como concentraciones de gases traza, para estimar cuál será nuestro clima futuro ".

Los cuatro instrumentos de SORCE midieron la irradiancia solar de dos formas complementarias:total y espectral.

Irradiancia solar total, o TSI, es la cantidad total de energía solar que llega a la atmósfera exterior de la Tierra en un tiempo determinado. Las manchas solares (áreas oscurecidas en la superficie del Sol) y las fáculas (áreas iluminadas) crean pequeñas variaciones de TSI que se muestran como cambios medibles en el clima y los sistemas de la Tierra. Del espacio, SORCE y otras misiones de irradiancia solar miden TSI sin interferencia de la atmósfera terrestre.

Los valores de TSI de SORCE fueron leve pero significativamente más bajos que los medidos en misiones anteriores. Esto no fue un error:su monitor de irradiancia total era diez veces más preciso que los instrumentos anteriores. Esto mejoró las entradas de irradiancia solar en el clima de la Tierra y los modelos meteorológicos de lo que estaba disponible anteriormente.

"La gran sorpresa con TSI fue que la cantidad de irradiancia que midió fue 4,6 vatios por metro cuadrado menos de lo esperado, "dijo Tom Woods, Investigador principal de SORCE e investigador asociado senior en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado en Boulder, Colorado. "Eso inició toda una discusión científica y el desarrollo de un nuevo laboratorio de calibración para instrumentos TSI. Resultó que el TIM estaba en lo cierto, y todas las mediciones de irradiancia pasadas fueron erróneamente altas ".

"No es frecuente que en los estudios climáticos se dé un salto cualitativo en la capacidad de medición, pero la mejora de diez veces en la precisión de SORCE / TIM fue exactamente eso, "dijo Greg Kopp, Científico de instrumentos TIM para SORCE y TSIS en LASP.

Las otras mediciones de SORCE se centraron en la irradiancia solar resuelta espectralmente (SSI):la variación de la irradiancia solar con la longitud de onda en todo el espectro solar, cubriendo las principales regiones de longitud de onda importantes para el clima y la composición atmosférica de la Tierra.

Además del familiar arco iris de colores en luz visible, La energía solar también contiene longitudes de onda ultravioleta más cortas e infrarrojas más largas, ambos juegan un papel importante en afectar la atmósfera de la Tierra. Las capas atmosféricas y la superficie de la Tierra absorben diferentes longitudes de onda de energía, por ejemplo, El ozono atmosférico absorbe la dañina radiación ultravioleta. mientras que el vapor de agua atmosférico y el dióxido de carbono absorben la radiación infrarroja de longitud de onda más larga, que mantiene la superficie caliente. SORCE fue la primera misión satelital en registrar un amplio espectro de SSI durante un largo período, seguimiento de longitudes de onda de 1 a 2400 nanómetros en sus tres instrumentos SSI.

"Para la salud pública, La química del ozono y la radiación ultravioleta son muy importantes. y la luz visible es importante para el modelado climático, ", Dijo Wu." Necesitamos conocer la variabilidad solar en diferentes longitudes de onda y comparar estas medidas con nuestros modelos ".

SORCE observó el Sol a través de dos mínimos solares (períodos de baja actividad de manchas solares), proporcionando información valiosa sobre la variabilidad durante un período relativamente corto de 11 años. Pero se necesita un registro más largo para mejorar las predicciones a largo plazo, Dijo Wu.

Ganar tiempo para una misión de envejecimiento

SORCE fue diseñado originalmente para recopilar datos durante solo cinco años. Extender su vida útil a 17 requirió una ingeniería creativa e ingeniosa, dijo Eric Moyer, Director de misión de SORCE en Goddard.

La batería de SORCE comenzó a degradarse en su octavo año de operaciones, ya no proporciona suficiente energía para respaldar la recopilación de datos coherente. Desafortunadamente, el instrumento de la NASA diseñado para tomar sus medidas TSI, Gloria, se perdió poco después de su lanzamiento en 2011, y el próximo instrumento, el Experimento de transferencia de calibración de irradiancia solar total (TCTE) de la NOAA / U.S. Air Force, no se lanzaría hasta 2013. Si SORCE ya no pudiera funcionar, el registro actual de irradiancia solar podría interrumpirse. Debido a que el Sol cambia muy lentamente, sus manchas solares y fáculas siguen un ciclo de 11 años, y algunos cambios abarcan décadas o incluso siglos, una larga, El registro continuo es esencial para comprender cómo se comporta el Sol.

El equipo de ingeniería cambió a la recopilación de datos solares solo durante el día, apagando los instrumentos y parte de la nave espacial durante la parte nocturna de la órbita SORCE. Este plan permitió efectivamente que el satélite funcionara sin batería en funcionamiento, Woods dijo:un logro de ingeniería revolucionario.

"Los equipos de operaciones y ciencia de nuestras organizaciones asociadas desarrollaron e implementaron una forma completamente nueva de operar esta misión cuando parecía que había terminado debido a la pérdida de capacidad de la batería, ", dijo Moyer. LASP y Northrup Grumman Space Systems lideraron el desarrollo de un nuevo software operativo para continuar la misión SORCE". equipo altamente dedicado perseveró y se destacó cuando se enfrentó a desafíos operativos. Estoy muy orgulloso de su excelente logro y honrado de haber tenido la oportunidad de participar en la gestión de la misión SORCE ".

Continuando con un brillante legado

Cuando termina el tiempo de SORCE en el Sol, El récord de irradiancia solar de la NASA continúa con TSIS-1. Los dos instrumentos de la misión miden TSI y SSI con instrumentos aún más avanzados que se basan en el legado de SORCE, dijo Wu. Ya han permitido avances como establecer una nueva referencia para el Sol "tranquilo" cuando no había manchas solares en 2019, y por comparar esto con las observaciones de SORCE del mínimo del ciclo solar anterior en 2008.

TSIS-2 está programado para lanzarse en 2023 con instrumentos idénticos a TSIS-1. Su posición ventajosa a bordo de su propia nave espacial le dará más flexibilidad que la recopilación de datos de TSIS-1 a bordo de la ISS.

"Esperamos continuar con la ciencia innovadora introducida por SORCE, y para mantener el registro de datos de irradiancia solar durante esta década y más allá con TSIS-1 y 2, "dijo Peter Pilewskie de LASP, investigador principal de las misiones TSIS. "SORCE estableció el estándar de precisión de medición y cobertura espectral, dos atributos de la misión que fueron clave para comprender mejor el papel del Sol en el sistema climático. TSIS ha realizado mejoras adicionales que deberían mejorar aún más los estudios del clima solar ".

"Las mediciones de irradiancia solar son muy desafiantes, y el equipo de SORCE propuso una forma diferente, una nueva tecnología, para medirlos, ", dijo Wu." Utilizando tecnología avanzada para mejorar nuestra capacidad científica, SORCE es un muy buen ejemplo del espíritu de la NASA ".