El instrumento Compact Total Irradiance Monitor (CTIM) de la NASA, que ayudará a los investigadores a comprender mejor el impacto de la energía solar en innumerables sistemas terrestres. Crédito: Tim Hellickson / Universidad de Colorado, Boulder

Este instrumento tan pequeño tiene un gran trabajo por delante: medir toda la energía dirigida a la Tierra procedente del Sol y ayudar a los científicos a comprender cómo influye esa energía en las inclemencias meteorológicas de nuestro planeta, el cambio climático y otras fuerzas globales.

Con el tamaño aproximado de una caja de zapatos o de una consola de juegos, el Compact Total Irradiance Monitor (CTIM) es el satélite más pequeño jamás enviado para observar la energía solar que la Tierra recibe del Sol, también conocida como "irradiancia solar total".

CTIM-FD es un satélite de tipo cubo de 6U y ocho canales que pasará un año en órbita para comprobar si los pequeños satélites pueden ser tan eficaces en la medición de la irradiación solar total como los sensores más grandes, como el instrumento Total Irradiance Monitor utilizado a bordo de las misiones SORCE y TSIS-1. Créditos: NASA/Willaman Creative

La irradiación solar total es uno de los principales integrantes del balance de la radiación de la Tierra, que sigue el equilibrio entre la energía solar entrante y la saliente. El aumento de las cantidades de gases de efecto invernadero emitidos por las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles, retiene una mayor cantidad de energía solar en la atmósfera de la Tierra.

Este aumento de la energía eleva las temperaturas globales y cambia el clima de la Tierra, lo que a su vez impulsa el aumento del nivel del mar y las inclemencias del tiempo.

"Dave Harber, investigador principal del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado, en Boulder, e investigador principal del CTIM, afirma: "La energía que más influye en el clima de la Tierra procede, con diferencia, del Sol. "Es un dato clave para los modelos de predicción que prevén cómo podría cambiar el clima de la Tierra a lo largo del tiempo".

Las misiones de la NASA, por ejemplo el Experimento del Balance de Radiación de la Tierra, junto con instrumentos de la NASA como el CERES, han permitido a los científicos mantener un registro ininterrumpido de la irradiación solar total que se remonta a 40 años atrás. Esto ha permitido a los investigadores descartar el aumento de la energía solar como culpable del cambio climático y reconocer el papel que desempeñan los gases de efecto invernadero en el calentamiento global.

Para los científicos es de suma importancia garantizar que ese registro se mantenga intacto. Con un registro ininterrumpido de la irradiación solar total, los investigadores pueden detectar pequeñas fluctuaciones en la cantidad de radiación solar que recibe la Tierra durante el ciclo solar, así como destacar el impacto que tienen las emisiones de gases de efecto invernadero en el clima de la Tierra.

Por ejemplo, el año pasado, los investigadores de la NASA y la NOAA se basaron en el registro ininterrumpido de irradiación solar total para determinar que, entre 2005 y 2019, la cantidad de radiación solar que permanece en la atmósfera de la Tierra casi se duplicó.

"Para asegurarnos de que podemos seguir recopilando estos datos, tenemos que hacer que los instrumentos sean lo más eficientes y rentables posible", dijo Harber.

El CTIM es pro ahora un prototipo, su prueba en vuelo ayudará a los científicos a determinar si los pequeños satélites pueden ser tan eficaces en la medición de la irradiación solar total como los instrumentos más grandes, como el instrumento Total Irradiance Monitor (TIM) utilizado a bordo de la misión SORCE, ya finalizada, y la misión TSIS-1, en curso, en la Estación Espacial Internacional. Si tiene éxito, este prototipo hará avanzar los criterios utilizados para futuros instrumentos.

El detector de radiación de CTIM aprovecha un nuevo material de nanotubos de carbono que absorbe el 99,995% de la luz entrante. Esto lo hace especialmente adecuado para medir la irradiación solar total.

Investigadores del LASP trabajando en el CTIM en la Universidad de Colorado, Boulder. Del tamaño de una caja de zapatos, el CTIM es el instrumento más pequeño jamás enviado para estudiar la irradiación solar total.

Investigadores del LASP trabajando en el CTIM en la Universidad de Colorado, Boulder. Del tamaño de una caja de zapatos, el CTIM es el instrumento más pequeño jamás enviado para estudiar la irradiación solar total. Créditos: Tim Hellickson / Universidad de Colorado, Boulder

La reducción del tamaño de un satélite reduce el coste y la complejidad de su despliegue en la órbita terrestre baja. Esto permite a los científicos preparar instrumentos de repuesto que pueden preservar el registro de datos del TSI en caso de que un instrumento existente funcione mal.

El novedoso detector de radiación del CTIM -también conocido como bolómetro*- aprovecha un nuevo material desarrollado junto a investigadores del Instituto Nacional de Normas y Tecnología.

 "Se parece un poco a una alfombra de pelusa muy, muy oscura. Era la sustancia más negra que el ser humano había fabricado cuando se creó por primera vez, y sigue siendo un material excepcionalmente útil para observar la TSI", explica Harber.

Este material, formado por minúsculos nanotubos de carbono dispuestos verticalmente sobre una placa de silicio, absorbe casi toda la luz del espectro electromagnético.

Juntos, los dos bolómetros del CTIM ocupan menos espacio que la cara de una moneda de 25 céntimos. Esto permitió a Harber y a su equipo desarrollar un instrumento minúsculo para recoger datos de irradiación total desde una pequeña plataforma CubeSat.

Un instrumento hermano, el Compact Spectral Irradiance Monitor (CSIM), utilizó los mismos bolómetros en 2019 para explorar con éxito la variabilidad dentro de las bandas de luz existentes en la luz solar. Las futuras misiones de la NASA podrían fusionar el CTIM y el CSIM en una única herramienta compacta tanto para medir como para analizar la radiación solar.

"Ahora nos preguntamos cómo podemos utilizar lo que hemos desarrollado con el CSIM y el CTIM e integrarlo", dijo Harber.

Harber espera que el CTIM comience a recoger datos aproximadamente un mes después del lanzamiento, el 30 de julio de 2022, a bordo de STP-28A, una misión de la Fuerza Espacial ejecutada por Virgin Orbit. Una vez que Harber y sus colegas del LASP desplieguen los paneles solares del CTIM y comprueben cada uno de sus subsistemas, activarán el CTIM. Es un proceso delicado, que requiere destreza y extremo cuidado.

"Queremos asegurarnos de que hacemos estos pasos de forma rigurosa y de que cada componente de este instrumento funciona correctamente antes de pasar al siguiente paso", dijo Harber. "El mero hecho de demostrar que podemos recoger estas mediciones con un CubeSat sería algo muy positivo y muy gratificante".

Financiado a través del programa InVEST de la Oficina de Tecnología de las Ciencias de la Tierra de la NASA, el CTIM se lanza desde el Puerto Aéreo y Espacial de Mojave, en California, a bordo del cohete LauncherOne de Virgin Orbit como parte de la misión STP-S28A de la Fuerza Espacial de los Estados Unidos.

También irá a bordo otro producto de la NASA procedente del programa tecnológico InVEST, el NACHOS-2. NACHOS-2, un gemelo de NACHOS ayudará al Departamento de Energía a vigilar los rastros de gases en la atmósfera terrestre.

Bolómetro: Un instrumento que mide la energía radiante correlacionando el cambio inducido por la radiación en la resistencia eléctrica de una lámina de metal ennegrecida con la cantidad de radiación absorbida.

Fuente:   Por Gage Taylor, Oficina de Tecnología de las Ciencias de la Tierra de la NASA

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