4 - 6 minutos
Imagen de cabecera: En esta foto tomada desde la Estación Espacial Internacional, el Sol naciente proyecta largas sombras sobre el Mar de Filipinas. Crédito: NA
¿Has llevado alguna vez una camiseta oscura en un día soleado y has sentido que la ropa se calienta con los rayos del Sol? La mayoría de nosotros sabemos que los colores oscuros absorben la luz solar y los colores claros la reflejan, pero ¿sabías que esto no funciona de la misma manera en las longitudes de onda no visibles del Sol?
El Sol es la fuente de energía de la Tierra y emite energía en forma de luz solar visible, radiación ultravioleta (longitudes de onda más cortas) y radiación infrarroja cercana, que sentimos como calor (longitudes de onda más largas). La luz visible se refleja en las superficies de color claro, como la nieve y el hielo, mientras que las superficies más oscuras, como los bosques o los océanos, la absorben. Esta reflectividad, llamada albedo, es una de las formas más importantes de regular la temperatura de la Tierra: si la Tierra absorbe más energía de la que refleja, se calienta, y si refleja más de la que absorbe, se enfría.
El escenario se complica cuando los científicos introducen las demás longitudes de onda. En la parte del espectro correspondiente al infrarrojo cercano, las superficies como el hielo y la nieve no son reflectantes; de hecho, absorben la luz del infrarrojo cercano del mismo modo que una camiseta oscura absorbe la luz visible.
"La gente cree que la nieve es reflectante. Es tan brillante", dijo Gavin Schmidt, director del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA en Nueva York y asesor principal de la NASA en materia de clima. "Pero resulta que, en la parte cercana al infrarrojo del espectro, se comporta como casi negro".
Evidentemente, para que los científicos especializados en el clima obtengan la imagen completa de cómo la energía solar entra y sale del sistema terrestre, necesitan incluir otras longitudes de onda además de la luz visible.
El balance energético de la Tierra es una imagen del delicado equilibrio entre la energía recibida del Sol y la energía irradiada al espacio. La investigación de los detalles precisos del balance energético de la Tierra es vital para entender cómo puede estar cambiando el clima del planeta, así como las variaciones en la producción de energía solar. Créditos: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.
Ahí es donde entra en juego el sensor de irradiación solar total y espectral (TSIS-1) de la NASA. Desde su posición ventajosa a bordo de la Estación Espacial Internacional, el TSIS-1 mide no sólo la irradiación solar total (energía) que llega a la atmósfera de la Tierra, sino también la cantidad de energía que llega en cada longitud de onda. Esta medición se denomina irradiancia solar espectral, o SSI. El instrumento Spectral Irradiance Monitor (SIM) de TSIS-1, desarrollado por el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado Boulder, mide la SSI con una precisión superior al 0,2%, es decir, con un margen del 99,8% de los valores reales de la SSI.
"Con el TSIS-1, tenemos más seguridad en las mediciones de la luz visible y del infrarrojo cercano", dijo el Dr. Xianglei Huang, profesor del departamento de Ciencias e Ingeniería del Clima y del Espacio de la Universidad de Michigan. "La forma de repartir la cantidad de energía en cada longitud de onda tiene repercusiones en el ambiente".
La composición de esa luz que incide en la Tierra es importante para entender el balance energético de la Tierra. El sensor de irradiación solar total y espectral (TSIS-1) de la NASA mide la energía del Sol en 1.000 longitudes de onda diferentes, incluyendo el visible, el ultravioleta y el infrarrojo, lo que se conoce como irradiación espectral solar. Créditos: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Huang y sus colegas de la Universidad de Michigan, el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y la Universidad de Colorado Boulder utilizaron recientemente los datos de TSIS-1 SSI en un modelo climático global por primera vez. "Varios estudios utilizaron en el pasado diversas entradas de SSI para analizar la sensibilidad de los modelos climáticos"; sin embargo, este estudio fue el primero en investigar cómo los datos nuevos cambiaban la reflexión y absorción modeladas de la energía solar en los polos de la Tierra, dijo Dong Wu, científico del proyecto TSIS-1 en Goddard.
Descubrieron que, al utilizar los datos nuevos, el modelo mostraba diferencias estadísticamente significativas en la cantidad de energía que el hielo y el agua absorbían y reflejaban, en comparación con el uso de datos solares más antiguos. El equipo aplicó el modelo, denominado Modelo Comunitario del Sistema Terrestre (CESM2), dos veces: una con los datos nuevos del TSIS-1, promediados durante un periodo de 18 meses, y otra con una media más antigua, reconstruida, basada en los datos del Experimento de Radiación Solar y Clima (SORCE) de la NASA.
El equipo descubrió que los datos del TSIS-1 presentaban más energía en las longitudes de onda de la luz visible y menos en las del infrarrojo cercano en comparación con la reconstrucción más antigua del SORCE. Estas diferencias hicieron que el hielo marino absorbiera menos y reflejara más energía en la ejecución del TSIS-1, por lo que las temperaturas polares eran entre 0,5 y 1,3 grados Fahrenheit más frías, y la cantidad de cobertura de hielo marino en verano era aproximadamente un 2,5% mayor.
"Queríamos saber cómo se comparan las nuevas observaciones con las utilizadas en estudios de modelos anteriores, y cómo afecta eso a nuestra perspectiva del clima", dijo el autor principal, el Dr. Xianwen Jing, que llevó a cabo esta investigación como becario postdoctoral en el departamento de Ciencias e Ingeniería del Clima y del Espacio de la Universidad de Michigan. "Si hay más energía en la banda visible y menos en la banda del infrarrojo cercano, eso afectará a la cantidad de energía que absorbe la superficie. Esto puede afectar a la forma en que el hielo marino crece o se encoge y al frío que hace en las latitudes altas".
Esto nos indica que, además de vigilar la irradiación solar total, dijo Huang, también tenemos que vigilar los espectros. Aunque una información más precisa de la SSI no alterará el panorama general del cambio climático, puede ayudar a los modelizadores a simular mejor la forma en que la energía en diferentes longitudes de onda afecta a procesos climáticos como el comportamiento del hielo y la química atmosférica.
Aunque el clima polar parece diferente con los nuevos datos, todavía hay que dar más pasos antes de que los científicos puedan utilizarlos para predecir el cambio climático futuro, advirtieron los autores. Los próximos pasos del equipo consisten en investigar cómo afectan los datos del TSIS al modelo en latitudes más bajas, así como en continuar las observaciones en el futuro para ver cómo varía el TSIS a lo largo del ciclo solar.
Aprender más sobre cómo la energía solar interactúa con la superficie y los sistemas de la Tierra -en todas las longitudes de onda- dará a los científicos más y mejor información para modelar el clima presente y futuro. Con la ayuda de TSIS-1 y su sucesor TSIS-2, que se lanzará a bordo de su propia nave espacial en 2023, la NASA está sacando a relucir el equilibrio energético de la Tierra y cómo está cambiando.
Fuente: 
Por Jessica Merzdorf Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Md. Última actualización: 17 de mayo de 2021
