NASA untuk membuat lidar sodium berbasis ruang pertama untuk mempelajari mesosfer yang kurang dipahami

Anonim

Sebuah tim ilmuwan dan insinyur NASA sekarang percaya itu dapat memanfaatkan kemajuan terbaru dalam alat pendeteksi rumah kaca untuk membangun lidar sodium berbasis ruang pertama di dunia untuk mempelajari mesosfer yang kurang dipahami Bumi.

Ilmuwan Diego Janches dan ahli laser Mike Krainak dan Tony Yu, semuanya bekerja di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, memimpin upaya penelitian-dan-pengembangan untuk memajukan sodium lidar lebih lanjut, yang rencananya akan diterapkan pada Stasiun Luar Angkasa Internasional jika berhasil membuktikan kelaikannya.

Dana Inovasi Pusat NASA dan Pengembangan Teknologi dan Instrumen Heliophysics untuk program Sains sekarang mendanai pematangan instrumen. Namun, konsep ini melacak warisannya sebagian untuk investasi NASA di masa lalu dalam instrumen lidar menjanjikan, yang disebut Sounders, awalnya dibuat untuk mengukur karbon dioksida dan metana di atmosfer Bumi.

Dari tempat berlabuh di pos terdepan yang mengorbit, instrumen itu akan menerangi hubungan rumit antara kimia dan dinamika mesosfer yang terletak 40-100 mil di atas permukaan bumi — wilayah di mana atmosfer Bumi memenuhi ruang hampa udara.

Mengingat kemajuan yang telah dibuat para peneliti dengan instrumen yang memperhatikan Bumi, ditambah dengan warisan Goddard dalam teknologi laser, mereka optimis tentang kesuksesan akhir instrumen.

The Big Leverage

"Apa yang kami lakukan adalah memanfaatkan apa yang kami pelajari dengan CO2 dan Methane Sounders, " kata Krainak. Kedua instrumen telah menunjukkan dalam beberapa kampanye pesawat bahwa mereka secara akurat mengukur gas rumah kaca menggunakan lidar.

Lidar melibatkan pulsing sinar laser dari permukaan Bumi. Seperti semua gas atmosferik, karbon dioksida dan metana menyerap cahaya dalam pita panjang gelombang sempit. Dengan menyetel laser melintasi garis serapan tersebut, para ilmuwan dapat mendeteksi dan kemudian menganalisis tingkat gas di jalur vertikal tersebut. Semakin banyak gas di sepanjang jalur cahaya, semakin dalam garis serapan.

"Prinsip yang sama berlaku di sini, " kata Janches. "Alih-alih karbon dioksida dan metana, kita mendeteksi natrium karena apa yang dapat kita ceritakan tentang dinamika skala kecil yang terjadi di mesosfer."

Sodium — unsur keenam yang paling melimpah di kerak bumi — adalah pelacak yang berguna untuk mencirikan mesosfer. Meskipun lapisan atmosfer ini mengandung butiran-butiran lain dari logam, termasuk besi, magnesium, kalsium, dan potassium — semuanya dihasilkan oleh penguapan debu luar angkasa ketika bertemu dengan atmosfer Bumi — natrium paling mudah dideteksi. Secara harfiah, lapisan natrium ada di mesosfer.

Karena kelimpahan relatifnya, sodium menyediakan data beresolusi tinggi yang dapat mengungkapkan lebih banyak informasi tentang dinamika skala kecil yang terjadi di atmosfer atas. Dari sini, para ilmuwan dapat mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana cuaca di atmosfer yang lebih rendah memengaruhi perbatasan antara atmosfer dan ruang.

Grup telah mulai mengembangkan instrumennya, yang secara elektronik disetel ke kisaran 589 nanometer, atau cahaya kuning. Saat berada di orbit, kelopak akan cepat menggetarkan cahaya di lapisan mesosfer, turun satu hingga tiga kilometer di atas petak yang lebarnya empat hingga delapan kilometer.

Interaksi cahaya dengan partikel natrium akan menyebabkan mereka bersinar atau beresonansi. Dengan mendeteksi glow-back, spektrometer onar lidar akan menganalisis cahaya untuk menentukan berapa banyak natrium yang berada di mesosfer, suhu, dan kecepatan di mana partikel bergerak.

Para ilmuwan telah menggunakan lidar sodium dalam pengukuran berbasis-bumi selama setidaknya empat dekade, tetapi mereka tidak pernah mengumpulkan pengukuran dari luar angkasa. Akibatnya, data terbatas dalam ruang dan waktu dan tidak menawarkan gambaran global tentang dinamika. Dengan lidar natrium yang dirancang khusus, bagaimanapun, para ilmuwan akan dapat menerangi daerah-daerah tertentu, mengungkapkan dinamika skala kecil yang saat ini adalah yang paling tidak diketahui, kata Janches.

Tim akan menggunakan pendanaan NASA untuk menyempurnakan teknologi yang mengunci lidar ke garis sodium. "Ini seperti senar gitar, " Krainak menjelaskan. "Jika Anda ingin nada tertentu, Anda perlu mengunci string pada panjang tertentu. Ini hal yang sama dengan rongga laser."

Tim juga berencana untuk mendemonstrasikan unit uji teknik yang diuji lingkungan dari laser, sehingga meningkatkan tingkat kesiapan teknologi menjadi enam, yang berarti bahwa teknologi tersebut siap untuk pengembangan penerbangan.

"Kami telah membuat kemajuan signifikan pada laser, " kata Krainak. "Jika kita menang, kita bisa menjadi spektrometer laser sodium jarak-ruang pertama untuk penginderaan jauh."

menu
menu