Een team van NASA-wetenschappers en -ingenieurs gelooft nu dat het recente ontwikkelingen in een kasdetectie-instrument kan gebruiken om 's werelds eerste in de ruimte gebaseerde natriumlidar te bouwen om de slecht begrepen mesosfeer van de aarde te bestuderen.

Wetenschapper Diego Janches en laserexperts Mike Krainak en Tony Yu, die allemaal werken bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, leiden een onderzoeks- en ontwikkelingsinspanning om de natriumlidar verder te ontwikkelen, die de groep van plan is in te zetten op het internationale ruimtestation ISS als het erin slaagt zijn vliegwaardigheid te bewijzen.

NASA's Center Innovation Fund en de Heliophysics Technology and Instrument Development for Science-programma's financieren nu de rijping van het instrument. Echter, het concept is gedeeltelijk terug te voeren op NASA's eerdere investeringen in veelbelovende lidar-instrumenten, genaamd Sounders, oorspronkelijk gemaakt om koolstofdioxide en methaan in de atmosfeer van de aarde te meten.

Vanaf zijn ligplaats op de in een baan om de aarde draaiende buitenpost, het instrument zou de complexe relatie tussen de chemie en dynamiek van de mesosfeer verlichten die 40-100 mijl boven het aardoppervlak ligt - het gebied waar de atmosfeer van de aarde het vacuüm van de ruimte ontmoet.

Gezien de vooruitgang die de onderzoekers hebben geboekt met de aardobservatie klinkende instrumenten, in combinatie met de erfenis van Goddard in lasertechnologie, ze zijn optimistisch over het uiteindelijke succes van het instrument.

De grote hefboom

"Wat we doen, is gebruikmaken van wat we hebben geleerd met de CO2- en methaansirenes, "Zei Krainak. Beide instrumenten hebben in meerdere vliegtuigcampagnes aangetoond dat ze broeikasgassen nauwkeurig meten met behulp van lidar.

Lidar omvat het pulseren van een laserlicht van het aardoppervlak. Zoals alle atmosferische gassen, koolstofdioxide en methaan absorberen het licht in smalle golflengtebanden. Door de laser over die absorptielijnen af ​​te stemmen, wetenschappers kunnen het niveau van gassen in dat verticale pad detecteren en vervolgens analyseren. Hoe meer gas langs het pad van het licht, hoe dieper de absorptielijnen.

"Hier geldt hetzelfde principe, "Zei Janches. "In plaats van kooldioxide en methaan, we detecteren natrium vanwege wat het ons kan vertellen over de kleinschalige dynamiek in de mesosfeer."

Natrium - het zesde meest voorkomende element in de aardkorst - is een nuttige tracer voor het karakteriseren van de mesosfeer. Hoewel deze atmosferische laag andere korrels van metalen bevat, inclusief ijzer, magnesium, calcium, en kalium - allemaal geproduceerd door de verdamping van buitenaards stof wanneer het de atmosfeer van de aarde ontmoet - natrium is het gemakkelijkst te detecteren. Letterlijk, een laag natrium bestaat in de mesosfeer.

Vanwege de relatieve overvloed, natrium biedt gegevens met een hogere resolutie die meer informatie kunnen onthullen over de kleinschalige dynamiek die plaatsvindt in de bovenste atmosfeer. Van dit, wetenschappers kunnen meer leren over hoe het weer in de lagere atmosfeer de grens tussen de atmosfeer en de ruimte beïnvloedt.

De groep is begonnen met de ontwikkeling van haar instrument, die elektronisch is afgestemd op het bereik van 589 nanometer, of geel licht. Terwijl in een baan, de lidar zou het licht snel pulseren op de mesosferische laag, een tot drie kilometer afdalen over een strook van vier tot acht kilometer breed.

De interactie van het licht met natriumdeeltjes zou ervoor zorgen dat ze gaan gloeien of resoneren. Door de glow-back te detecteren, de spectrometer aan boord van de lidar zou het licht analyseren om te bepalen hoeveel natrium zich in de mesosfeer bevond, zijn temperatuur, en de snelheid waarmee de deeltjes bewogen.

Wetenschappers gebruiken al minstens vier decennia natriumlidars in metingen op de grond, maar ze hebben nooit metingen uit de ruimte verzameld. Als resultaat, de data is beperkt in tijd en ruimte en geeft geen globaal beeld van de dynamiek. Met een speciaal ontworpen natriumlidar in de ruimte, echter, wetenschappers zouden specifieke gebieden kunnen belichten, het onthullen van de kleinschalige dynamiek die momenteel de grootste onbekende is, zei Janches.

Het team zal de financiering van NASA gebruiken om de technologie te verfijnen die de lidar op de natriumlijnen vergrendelt. "Het is als een gitaarsnaar, " legde Krainak uit. "Als je een bepaalde toon wilt, je moet de snaar op een bepaalde lengte vergrendelen. Hetzelfde geldt voor de lengte van de laserholte."

Het team is ook van plan om een ​​op het milieu geteste technische testeenheid van de laser te demonstreren, waardoor het technologiegereedheidsniveau wordt verbeterd tot zes, wat betekent dat de technologie klaar is voor vluchtontwikkeling.

"We hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van laser, " zei Krainak. "Als we winnen, we zouden de eerste in de ruimte gebaseerde natriumlaserspectrometer voor remote sensing kunnen zijn."