Una nueva cámara infrarroja de mayor resolución equipada con una variedad de filtros livianos podría sondear la luz solar reflejada en la atmósfera superior y la superficie de la Tierra, mejorar las advertencias de incendios forestales y revelar la composición molecular de otros planetas.
Las cámaras utilizan sensores de superred de capa tensada sensibles y de alta resolución, desarrollados inicialmente en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Su construcción compacta, su baja masa y su adaptabilidad permiten a ingenieros como Tilak Hewagama adaptarlos a las necesidades de una variedad de ciencias.
"Colocar filtros directamente al detector elimina la masa sustancial de los sistemas tradicionales de lentes y filtros", dijo Hewagama. "Esto permite crear un instrumento de baja masa con un plano focal compacto que ahora puede enfriarse para la detección infrarroja utilizando refrigeradores más pequeños y eficientes. Los satélites y misiones más pequeños pueden beneficiarse de su resolución y precisión".
El ingeniero Murzy Jhabvala dirigió el desarrollo inicial del sensor en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, además de liderar los esfuerzos actuales de integración de filtros.
Jhabvala también dirigió el experimento de cámara termográfica compacta en la Estación Espacial Internacional que demostró cómo la nueva tecnología de sensores podría sobrevivir en el espacio y al mismo tiempo resultó ser un gran éxito para las ciencias de la Tierra. Más de 15 millones de imágenes capturadas en dos bandas infrarrojas les valieron a los inventores Jhabvala y a los colegas Goddard de la NASA, Don Jennings y Compton Tucker, el premio a la Invención del año de la agencia para 2021.
Los datos de la prueba proporcionaron información detallada sobre los incendios forestales, una mejor comprensión de la estructura vertical de las nubes y la atmósfera de la Tierra y capturaron una corriente ascendente causada por el viento que se levanta de las características terrestres de la Tierra llamada onda de gravedad.
Los innovadores sensores infrarrojos utilizan capas de estructuras moleculares repetidas para interactuar con fotones individuales o unidades de luz. Los sensores resuelven más longitudes de onda de infrarrojos con una resolución más alta:260 pies (80 metros) por píxel desde la órbita en comparación con 1000 a 3000 pies (375 a 1000 metros) posibles con las cámaras térmicas actuales.
El éxito de estas cámaras de medición de calor ha atraído inversiones de la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra (ESTO) de la NASA, Innovación e Investigación de Pequeñas Empresas y otros programas para personalizar aún más su alcance y aplicaciones.
Jhabvala y el equipo del sensor infrarrojo térmico de imágenes terrestres avanzadas (ALTIRS) de la NASA están desarrollando una versión de seis bandas para el proyecto aerotransportado LiDAR, hiperespectral y de imágenes térmicas (G-LiHT) de este año. Esta cámara, la primera de su tipo, medirá el calor de la superficie y permitirá monitorear la contaminación y observar incendios a altas velocidades de cuadros, afirmó.
Doug Morton, científico de la NASA Goddard Earth, lidera un proyecto de ESTO que desarrolla un generador de imágenes de incendios compacto para la detección y predicción de incendios forestales.
"No veremos menos incendios, por lo que estamos tratando de comprender cómo los incendios liberan energía a lo largo de su ciclo de vida", dijo Morton. "Esto nos ayudará a comprender mejor la nueva naturaleza de los incendios en un mundo cada vez más inflamable."
CFI monitoreará tanto los incendios más calientes que liberan más gases de efecto invernadero como los carbones y cenizas más fríos y ardientes que producen más monóxido de carbono y partículas en el aire como humo y cenizas.
"Esos son ingredientes clave cuando se trata de seguridad y comprensión de los gases de efecto invernadero liberados al quemarse", afirmó Morton.
Después de probar el generador de imágenes de incendios en campañas aéreas, el equipo de Morton prevé equipar una flota de 10 pequeños satélites para proporcionar información global sobre incendios con más imágenes por día.
Combinada con modelos informáticos de próxima generación, dijo, "esta información puede ayudar al servicio forestal y otras agencias de extinción de incendios a prevenir incendios, mejorar la seguridad de los bomberos en primera línea y proteger la vida y la propiedad de quienes viven en el camino de los incendios".
Equipado con filtros de polarización, el sensor podría medir cómo las partículas de hielo en las nubes de la atmósfera superior de la Tierra se dispersan y polarizan la luz, dijo Dong Wu, científico de la NASA Goddard Earth.
Estas aplicaciones complementarían la misión PACE (Plancton, Aerosol, Nube, Ecosistema oceánico) de la NASA, dijo Wu, que reveló sus primeras imágenes de luz a principios de este mes. Ambos miden la polarización de la orientación de la onda de luz en relación con la dirección de viaje desde diferentes partes del espectro infrarrojo.
"Los polarímetros PACE monitorean la luz visible y la infrarroja de onda corta", explicó. "La misión se centrará en las ciencias de los aerosoles y del color de los océanos a partir de observaciones diurnas. En longitudes de onda infrarrojas medias y largas, el nuevo polarímetro infrarrojo capturaría las propiedades de las nubes y la superficie tanto de observaciones diurnas como nocturnas".
En otro esfuerzo, Hewagama está trabajando con Jhabvala y Jennings para incorporar filtros variables lineales que proporcionen detalles aún mayores dentro del espectro infrarrojo. Los filtros revelan la rotación y vibración de las moléculas atmosféricas, así como la composición de la superficie de la Tierra.
Esa tecnología también podría beneficiar las misiones a planetas rocosos, cometas y asteroides, dijo la científica planetaria Carrie Anderson. Dijo que podían identificar hielo y compuestos volátiles emitidos en enormes columnas de humo desde Encélado, la luna de Saturno.
"Son esencialmente géiseres de hielo", dijo, "que por supuesto son fríos, pero emiten luz dentro de los límites de detección del nuevo sensor infrarrojo. Observar las columnas contra el fondo del sol nos permitiría identificar su composición y distribución vertical". muy claramente."
Proporcionado por la NASA
