Två NASA sökvägar har nyligen utplacerats i låg omloppsbana om jorden, där de demonstrerar ny teknik för att observera atmosfäriska gaser, mäta sötvatten och till och med upptäcka tecken på potentiella vulkanutbrott.
Signals of Opportunity P-Band Investigation (SNoOPI), en radiomottagare med låg brus, testar en ny teknik för att mäta rotzonens jordfuktighet genom att utnyttja radiosignaler som produceras av kommersiella satelliter – ett stort jobb för en 6U CubeSat storleken på en skokartong.
Separat mäter Hyperspectral Thermal Imager (HyTI) spårgaser kopplade till vulkanutbrott. HyTI, också en 6U CubeSat, skulle kunna bana väg för framtida uppdrag ägnade att upptäcka vulkanutbrott veckor eller månader i förväg.
Båda instrumenten lanserades den 21 mars från NASA:s Cape Canaveral Space Force Station till den internationella rymdstationen ombord på SpaceX:s Dragon-lastfarkost som en del av företagets 30:e kommersiella återförsörjningsuppdrag. Den 21 april släpptes instrumenten i omloppsbana från stationen.
Som en mätteknik försöker "möjlighetssignaler att återanvända det som redan finns", säger James Garrison, professor i flygteknik och astronautik vid Purdue University och huvudutredare för SNoOPI.
Garrison och hans team kommer att försöka samla in P-bandets radiosignaler som produceras av många kommersiella telekommunikationssatelliter och återanvända dem för vetenskapliga tillämpningar. Instrumentet maximerar värdet av rymdbaserade tillgångar som redan är i omloppsbana och omvandlar befintliga radiosignaler till forskningsverktyg.
"Genom att titta på vad som händer när satellitsignaler reflekteras från jordens yta och jämföra det med signalen som inte har reflekterats, kan vi extrahera viktiga egenskaper på ytan där signalen reflekteras", säger Garrison.
P-bandsradiosignaler är kraftfulla och penetrerar jordens yta till ett djup av cirka 30 cm. Detta gör dem idealiska för att studera rotzonens jordfuktighet och ekvivalent med snövatten.
"Genom att övervaka mängden vatten i jorden får vi en god förståelse för grödans tillväxt. Vi kan också mer intelligent övervaka bevattning", säger Garrison. "På samma sätt är snö mycket viktigt eftersom det också är en plats där vatten lagras. Det har varit svårt att mäta exakt på global skala med fjärranalys."
"Jag studerar vulkaner från rymden för att försöka träna när de ska börja och sluta få utbrott", säger Robert Wright, chef för Hawaii Institute of Geophysics and Planetology vid University of Hawaii i Manoa och huvudutredare för HyTI.
Hyperspektrala bildapparater som HyTI mäter ett brett spektrum av termiska strålningssignaturer, och de är särskilt användbara för att karakterisera gaser i låga koncentrationer. Wright och hans team hoppas att HyTI ska hjälpa dem att kvantifiera koncentrationerna av svaveldioxid i atmosfären runt vulkaner.
Veckor eller till och med månader innan de får utbrott släpper vulkaner ofta ut ökade mängder svaveldioxid och andra spårgaser. Att mäta dessa gaser kan indikera ett förestående utbrott. HyTI:s känslighet för termisk strålning kommer också att vara användbar för att observera vattenånga och konvektion.
"Det finns två vetenskapliga mål för HyTI. Vi vill försöka förbättra hur vi kan förutsäga när en vulkan kommer att få ett utbrott och när ett vulkanutbrott kommer att ta slut", säger Wright. "Och vi kommer också att mäta markens fukthalt när det gäller torka."
Genom sitt Earth Science Technology Office (ESTO) arbetade NASA nära både Garrison och Wright för att hjälpa till att omvandla deras forskning till fullt fungerande, rymdfärdiga prototyper.
"ESTO-programmet gör det möjligt för forskare att ha intressanta idéer och faktiskt förvandla dem till verklighet", säger Wright. Garnison höll med. "ESTO har varit en fantastisk partner."
Tillhandahålls av NASA
