Tittar på jorden från den internationella rymdstationen, astronauter ser stora, vita moln sprider sig över planeten. De kan inte skilja ett grått regnmoln från ett pösigt vitt moln. Medan satelliter kan se genom många moln och uppskatta den flytande nederbörd de innehåller, de kan inte se de mindre ispartiklarna som skapar enorma regnmoln.

En experimentell liten satellit har fyllt detta tomrum och fångat den första globala bilden av de små frusna partiklarna inuti molnen, normalt kallade ismoln.

Utplacerad från rymdstationen i maj 2017, IceCube testar instrument för deras förmåga att göra rymdbaserade mätningar av små, frusna kristaller som utgör ismoln. "Tunga skyfall kommer från ismoln, sa Dong Wu, IceCube huvudutredare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Ismoln börjar som små partiklar högt uppe i atmosfären. Absorberar fukt, iskristallerna växer och blir tyngre, får dem att falla till lägre höjder. Så småningom, partiklarna blir så tunga, de faller och smälter för att bilda regndroppar. Iskristallerna kan också bara stanna i luften.

Som andra moln, Ismoln påverkar jordens energibudget genom att antingen reflektera eller absorbera solens energi och genom att påverka värmeemissionen från jorden till rymden. Således, ismoln är nyckelvariabler i väder- och klimatmodeller.

Detta är ett tremånadersgenomsnitt av ismoln. De ljusaste toppområdena representerar den största koncentrationen av ismoln. De är också fläckarna med kraftig nederbörd under. De når upp till toppen av troposfären från djup konvektion, som normalt är starkast i tropikerna.

Att mäta atmosfärisk is på global skala är fortfarande mycket osäkert eftersom satelliter inte har kunnat upptäcka mängden små ispartiklar inuti molnen, eftersom dessa partiklar är för ogenomskinliga för att infraröda och synliga sensorer ska kunna penetrera. För att övervinna den begränsningen, IceCube var utrustad med en submillimeter radiometer som överbryggar den saknade känsligheten mellan infraröd och mikrovågsvåglängder.

Trots att de bara väger 10 pund och är ungefär lika stora som ett bröd, IceCube är en bona fide rymdfarkost, komplett med tre-axlig attitydkontroll, utplacerbara solpaneler och en utplacerbar UHF-kommunikationsantenn. CubeSat snurrar runt sin axel, som en tallrik som snurrar på en stång. Den pekar på jorden för att ta en mätning och tittar sedan på det kalla rummet för att kalibrera.

Ursprungligen ett 30-dagars teknikdemonstrationsuppdrag, IceCube är fortfarande fullt fungerande i låg omloppsbana om jorden nästan ett år senare, mäta ismoln och tillhandahålla data som är "tillräckligt bra för att göra lite riktig vetenskap, " sa Wu.

"Det svåra med att utveckla CubeSat är att göra de kommersiella delarna hållbara i rymden, sa Tom Johnson, Goddards Small Satellite manager stationerad vid NASA:s Wallops Flight Facility i Virginia. "Vi köpte kommersiella komponenter till IceCube och spenderade mycket tid på att testa komponenterna för att se till att varje del fungerade."

Under det senaste året, ingenjörer testade satellitens gränser när de var i omloppsbana. De ville se om instrumentets batterier lagrade tillräckligt med ström för att fungera 24 timmar. IceCube laddar sina batterier när solen skiner på dess solpaneler. Under testet, skyddsåtgärder hindrade satelliten från att förlora all sin kraft och avsluta uppdraget; dock, testet lyckades. Batterierna drev IceCube hela natten och laddades under dagen. Denna förändring gjorde CubeSat mer värdefull för insamling av vetenskaplig data.

Medan IceCube-teamet planerade att uppdraget skulle fungera i 30 dagar i rymden, "Det kostar inte särskilt mycket att hålla igång det, "Johnson sa, "så vi utökade uppdraget på grund av den enastående vetenskapen som IceCube utför. Vi laddar ner data åtta till tio gånger i veckan. Även om vi missar en vecka, CubeSat kan hålla ett par veckors data."

Johnson säger att han inte är förvånad över hur länge IceCube har varat. "Det kommer att ta ungefär ett år, när den kommer in i jordens atmosfär igen och brinner upp i."

IceCube-teamet byggde rymdfarkosten med finansiering från NASA:s Earth Science Technology Office (ESTO) In-Space Validation of Earth Science Technologies (InVEST) program och NASA:s Science Mission Directorate CubeSat Initiative.

Små satelliter, inklusive CubeSats, spelar en allt större roll i prospektering, teknik demonstration, vetenskaplig forskning och utbildningsundersökningar vid NASA. De har använts i planetarisk rymdutforskning, grundläggande jord- och rymdvetenskap, och utveckla vetenskapliga föregångare som banbrytande laserkommunikation, satellit-till-satellit-kommunikation och autonoma rörelseförmåga.