Matt Kowalewski är medlem i teamet som bygger ett miniatyriserat instrument för att mäta fläckar av naturligt förekommande och konstgjorda ämnen som kan påverka klimatet och människors hälsa negativt. Teamet letar nu efter en möjlighet att flyga instrumentet i rymden. Kredit:NASA/Paul Padget
Ett NASA-team har byggt ett miniatyriserat instrument som kommer att mäta mer heltäckande än befintliga instrument prickarna av naturligt förekommande och konstgjorda ämnen i luften som kan påverka människors hälsa och klimatet negativt.
Innan instrumentet – Multi-Angle Stratospheric Aerosol Radiometer (MASTAR) – är redo för bästa sändningstid, dock, den kommer först att åka en tur på en vetenskaplig ballong på hög höjd för att demonstrera dess prestanda i en suborbital miljö, 19 miles över jordens yta. En flygmöjlighet söks fortfarande.
När MASTAR slutfört sin testning, teamet som bygger instrumentet vill flyga det ombord på en konstellation av små, relativt billiga CubeSats att samla in samtidigt, flerpunktsmätningar av dessa allestädes närvarande materiafläckar, även kallade aerosolpartiklar eller aerosoler för kort, som kan hittas i luften över haven, öknar, berg, skogar, is och alla ekosystem däremellan.
"Att veta vart [aerosoler] tar vägen är viktigt ekonomiskt. Mätningar från en enda plats på marken ger dig inte den information du behöver, " sa Matt DeLand, en forskare med Science Systems and Applications, Inc., som leder teamet som utvecklar MASTAR vid NASA:s Goddard Space Flight Center. "Att flyga dessa instrument på flera rymdfarkoster skulle ge oss de globala mätningarna vi behöver."
Aerosoler:The Good, det onda och det fula
Trots sin lilla storlek, aerosoler har stora effekter, både dåliga och bra, om jordens klimat och människors hälsa.
Cirka 90 procent av aerosoler har naturligt ursprung. Vulkaner och skogsbränder injicerar enorma mängder aska och delvis förbränt organiskt kol, respektive, i luften. Väl i jordens övre atmosfäriska lager, stratosfären, dessa aerosoler kan hålla i månader, skapa problem för kommersiella flygbolag, till exempel, den kryssningen på stora höjder. Islands vulkanutbrott Eyjafjallajökull 2010, kostade flygindustrin 2,6 miljarder dollar på grund av inställda eller omdirigerade flyg.
De återstående 10 procenten av aerosoler kommer från bilar, förbränningsugnar, smältverk och kraftverk, såväl som från avskogning, överbetning, torka och överdriven bevattning. Kollektivt, de skapar föroreningar och dålig luftkvalitet som är särskilt skadliga för personer med luftvägssjukdomar.
MASTAR erbjuder två distinkta fördelar jämfört med större aerosolmätinstrument:dess flera betraktningsvinklar, vilket skulle ge forskarna en mer omfattande redovisning av typen och fördelningen av aerosoler i stratosfären sett längs jordens horisont och dess ringa storlek, idealisk för att flyga på en CubeSat-plattform. Kredit:NASA/Paul Padget
Även om aerosoler kan påverka människors hälsa och kommersiella företag negativt på lägre höjder, de erbjuder en fördel på högre höjder. De reflekterar solljus tillbaka till rymden, i huvudsak kasta en kylfilt över planeten. Detta kompenserar en del av den globala uppvärmningen som orsakas av ökande växthusgaser som fångar upp värme vid ytan. Med tanke på deras förmåga att kyla planeten, geoingenjörer har postulerat att injicera aerosoler i atmosfären som ett sätt att minimera global uppvärmning.
MASTAR inspirerades av Ozone Mapping and Profiling Suite (OMPS) Limb Profiler, ett av tre instrument som utgör en uppsättning instrument som flyger på rymdfarkosten Suomi NPP, ett gemensamt uppdrag mellan NASA och National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Lanserades 2011, Suomi NPP är föregångaren till ett nästa generations jordobservationssystem som är utformat för att studera långsiktiga klimatförändringar.
MASTARs fördelar
MASTAR erbjuder två distinkta fördelar jämfört med sina större anhöriga:dess flera betraktningsvinklar, vilket skulle ge forskarna en mer omfattande redovisning av typen och fördelningen av aerosoler i stratosfären sett längs jordens horisont; och dess ringa storlek, perfekt för att flyga på en liten CubeSat-plattform, sa DeLand.
Till skillnad från Limb Profiler, som observerar längs jordens horisont genom att titta bakåt bakom rymdfarkosten Suomi NPP när den kretsar runt jorden, MASTAR kommer att samla in mätningar från åtta positioner, eller bländare, ser fram emot, bakåt och längs sidorna. Ljuset som samlas in från dessa åtta öppningar riktas via små linser och en konisk spegel till instrumentets detektor.
"Vi tittar i flera riktningar, " Sa DeLand. "Aerosoler reflekterar bättre från vissa vinklar."
För att uppfylla målet att samla flera punkter, samtidiga mätningar via CubeSats ofta inte större än en limpa, DeLand och hans team var tvungna att krympa instrumentets storlek. Den passar på en 3U CubeSat, som mäter ungefär 4 tum (10,16 cm) på en sida och 1 fot (30,48 cm) i längd. Med ytterligare ESTO-stöd, teamet utvecklar hölje och köldbeständig mjukvara för att använda instrumentet i en nära rymdmiljö under ballongflygningen.
Andra applikationer
DeLand tror att MASTAR så småningom kan användas för andra vetenskapliga undersökningar. "Med en liten modifiering av instrumentet, vi kunde mäta vattenånga och andra egenskaper, " sa han. "Det finns mer än en ansökan för detta instrument."
