Hög i atmosfären, ovanför vädersystem, är ett lager av ozongas. Ozon är jordens naturliga solskyddsmedel, absorberar solens mest skadliga ultravioletta strålning och skyddar levande saker under. Men ozon är sårbart för vissa gaser från människor som når den övre atmosfären. Väl där, de reagerar i närvaro av solljus för att förstöra ozonmolekyler.

För närvarande, flera NASA och National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) satelliter spårar mängden ozon i den övre atmosfären och solenergin som driver den fotokemi som skapar och förstör ozon. NASA är nu redo att lansera ett nytt instrument till den internationella rymdstationen som kommer att ge de mest exakta mätningarna som någonsin gjorts av solljus sett ovanför jordens atmosfär-en viktig komponent för att utvärdera de långsiktiga effekterna av ozonförstörande kemi. Total och spektral solstrålningssensor (TSIS-1) mäter den totala mängden solljus som når toppen av jordens atmosfär och hur det ljuset fördelas mellan olika våglängder, inklusive ultravioletta våglängder som vi inte kan känna med våra ögon, men känns av vår hud och skadlig för vårt DNA.

Detta är inte första gången NASA mäter den totala ljusenergin från solen. TSIS-1 lyckas tidigare och nuvarande NASA-uppdrag för att övervaka inkommande solljus med tekniska uppgraderingar som bör förbättra stabiliteten, ge tre gånger bättre noggrannhet och lägre interferens från andra ljuskällor, enligt Candace Carlisle, TSIS-1 projektledare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

"Vi måste mäta hela spektrumet av solljus och de enskilda våglängderna för att utvärdera hur solen påverkar jordens atmosfär, "sa Dong Wu, TSIS-1 projektvetare på Goddard.

TSIS-kommer att se mer än 1, 000 våglängdsband från 200 till 2400 nanometer. Den synliga delen av spektrumet våra ögon ser går från cirka 390 nanometer (blått) till 700 nanometer (rött). En nanometer är en miljarddels meter.

"Varje färg eller våglängd på ljus påverkar jordens atmosfär annorlunda, "Sa Wu.

TSIS-1 kommer att se olika typer av ultraviolett (UV) ljus, inklusive UV-B och UV-C. Var och en spelar en annan roll i ozonskiktet. UV-C-strålar är viktiga för att skapa ozon. UV-B-strålar och några naturligt förekommande kemikalier reglerar mängden ozon i den övre atmosfären. Mängden ozon är en balans mellan dessa naturliga produktions- och förlustprocesser. Under dessa processer, UV-C och UV-B strålar absorberas, hindra dem från att nå jordens yta och skada levande organismer. Förtunning av ozonskiktet har gjort att vissa UV-B-strålar kan nå marken.

På 1970 -talet, forskare teoretiserade att vissa konstgjorda kemikalier som finns i sprayburkar, luftkonditioneringsapparater och kylskåp kan släcka den naturliga balansen mellan ozonbildning och utarmning och orsaka en onaturlig utarmning av det skyddande ozonen. På 1980 -talet, forskare observerade ozonförlust i överensstämmelse med koncentrationerna av dessa kemikalier och bekräftade denna teori.

Ozonförlusten var mycket allvarligare än väntat över Sydpolen under våren i Antarktis (fall i USA), ett fenomen som fick namnet "det antarktiska ozonhålet". Upptäckten att mänskliga kemikalier kan ha en så stor effekt på jordens atmosfär förde världsledare samman. De skapade ett internationellt åtagande att fasa ut ozonnedbrytande kemikalier som kallas Montrealprotokollet, som universellt ratificerades 1987 av alla länder som deltar i FN, och har uppdaterats för att skärpa begränsningarna och ta hänsyn till ytterligare kemikalier som bryter ned ozon.

Ett decennium efter ratificeringen av Montrealprotokollet mängden konstgjorda ozonförstörande kemikalier i atmosfären nådde en topp och började en långsam nedgång. Dock, det tar decennier för dessa kemikalier att helt cykla ut ur den övre atmosfären, och koncentrationerna av dessa industriellt producerade molekyler minskar inte alla som förväntat, medan ytterligare, nya föreningar skapas och släpps ut.

Mer än tre decennier efter ratificering, NASA -satelliter har verifierat att ozonförlusterna har stabiliserats och på vissa specifika platser, har till och med börjat återhämta sig på grund av minskningar av de ozonförstörande kemikalier som regleras enligt Montrealprotokollet.

Som en del av deras arbete med att övervaka återhämtningen av ozonhålet, forskare använder datormodeller av atmosfären som simulerar det fysiska, kemiska och väderprocesser i atmosfären. Dessa atmosfäriska modeller kan sedan ta input från mark- och satellitobservationer av olika atmosfäriska gaser, både naturliga och människoproducerade, för att förutse ozonskiktets återhämtning. De testar modellerna genom att simulera tidigare förändringar och jämför sedan resultaten med satellitmätningar för att se om simuleringarna matchar tidigare resultat. För att köra bästa möjliga simulering, modellerna behöver också noggranna mätningar av solljus över hela spektrumet.

"Atmosfäriska modeller behöver noggranna mätningar av solljus över hela för att modellera ozonskiktet korrekt, "sa Peter Pilewskie, TSIS-1 ledande forskare vid Laboratory for Atmospheric and Space Physics i Boulder, Colorado. Forskare har lärt sig att variationer i UV -strålning ger betydande förändringar i resultaten av datasimuleringarna.

Övergripande, solenergieffekten varierar med cirka 0,1 procent-eller cirka 1 watt per kvadratmeter mellan den mest och minst aktiva delen av en 11-årig solcykel. Solcykeln markeras av alternerande perioder med hög och låg aktivitet för solfläckar, mörka områden med komplex magnetisk aktivitet på solens yta. Medan UV -ljus representerar en liten bråkdel av det totala solljuset som når toppen av jordens atmosfär, det svänger mycket mer, allt från 3 till 10 procent, en förändring som i sin tur orsakar små förändringar i den övre atmosfärens kemiska sammansättning och termiska struktur.

Det är där TSIS-1 kommer in. "[TSIS] mätningar av solspektrumet är tre gånger mer exakta än tidigare instrument, "sa Pilewskie. Dess högkvalitativa mätningar gör det möjligt för forskare att finjustera sina datormodeller och producera bättre simuleringar av ozonlagrets beteende - liksom andra atmosfäriska processer som påverkas av solljus, till exempel vindens och väderrörelser.

TSIS-1 ansluter sig till en flotta av NASA:s jordobservationsuppdrag som övervakar nästan alla aspekter av jordsystemet, se efter eventuella förändringar i vår miljö som kan skada livet.