Waarom warmt het noordpoolgebied sneller op dan de rest van de planeet? Verwarmt of koelt mineraalstof de atmosfeer? NASA heeft twee nieuwe, creatieve onderzoeksvoorstellen om kleine, op de ruimte gebaseerde instrumenten die deze fundamentele vragen over onze thuisplaneet en zijn omgeving zullen aanpakken. NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, is een belangrijke deelnemer op beide instrumenten.

De Polar Radiant Energy in the Far Infrared Experiment (PREFIRE) zal een paar kleine CubeSat-satellieten vliegen om een ​​weinig bestudeerd deel van de stralingsenergie die door de aarde wordt uitgezonden te onderzoeken op aanwijzingen over de opwarming van het noordpoolgebied. verlies van zee-ijs en smelten van ijskappen. Tristan L'Ecuyer van de Universiteit van Wisconsin, Madison, is de hoofdonderzoeker.

Het Earth Surface Mineral Dust Source Investigation (EMIT) zal een sensor gebruiken die aan de buitenkant van het internationale ruimtestation is gemonteerd om de minerale samenstelling te bepalen van natuurlijke bronnen die stofaërosolen over de hele wereld produceren. Door in detail te meten uit welke mineralen het stof bestaat, EMIT zal helpen bij het beantwoorden van de essentiële vraag of dit type aerosol de atmosfeer verwarmt of koelt. Robert Green van JPL is de hoofdonderzoeker.

Deze twee instrumenten werden competitief geselecteerd uit 14 voorstellen die werden overwogen in het kader van NASA's vierde Earth Venture Instrument-kans. Earth Venture-onderzoeken zijn klein, gerichte wetenschappelijke onderzoeken die de grotere missies van NASA aanvullen. De National Research Council adviseerde in 2007 dat NASA dit soort regelmatig gevraagde, wetenschappelijk onderbouwd, project met snelle doorlooptijd. In de recentelijk gepubliceerde tienjaarlijkse enquête van de raad werd de voortzetting van het programma aanbevolen.

"PREFIRE en EMIT maken innovatief gebruik van technologieën die voor het eerst door NASA zijn ontwikkeld voor planetaire missies om belangrijke, al lang bestaande vragen over de aarde, " zei Michael Freilich, directeur van de Earth Science Division op het NASA-hoofdkwartier in Washington.

Het noordpoolgebied helpt de algehele temperatuur van de aarde te reguleren door veel van de overtollige energie van de zon die op lagere breedtegraden wordt geabsorbeerd, terug de ruimte in te stralen. De huidige satellietinstrumenten detecteren niet alle golflengten van deze energie die van onze planeet uitstraalt. PREFIRE zal de huidige dataleemte opvullen op ver-infrarode golflengten, het verzamelen van informatie die wetenschappers zal helpen de impact van deze uitgaande straling op de energiebalans van het noordpoolgebied te diagnosticeren.

PREFIRE zal geminiaturiseerde thermische infraroodspectrometers vliegen op twee CubeSat-satellieten, elk ongeveer zo groot als een brood. De sensoren zijn gebaseerd op technologie die eerder werd gevlogen op de Mars Climate Sounder, een instrument op NASA's Mars Reconnaissance Orbiter. De CubeSats zullen rond de polen van de aarde draaien om ver-infraroodemissies te meten en hoe deze gedurende de dag en in de loop van de seizoenen veranderen. De waarnemingen stellen wetenschappers in staat om te beoordelen hoe veranderingen in thermische infraroodemissies aan de bovenkant van de atmosfeer van de aarde verband houden met veranderingen in bewolking en oppervlaktecondities hieronder, zoals de hoeveelheid zee-ijs en smeltwater op het ijsoppervlak.

Het PREFIRE-team brengt expertise op het gebied van teledetectie, Modellering van het aardsysteem en poolijs. JPL en het Space Dynamics Laboratory van North Logan, Utah, zijn missiepartners. JPL is verantwoordelijk voor het projectmanagement en bouwt en levert het instrument. Brian Drouin van JPL is de plaatsvervangend hoofdonderzoeker, terwijl Brian Kahn en Nicole-Jeanne Schlegel van JPL co-onderzoekers zijn.

De samenstelling van stofdeeltjes in de lucht is grotendeels onbekend, maar het is een kritische factor om te bepalen of stof op basis van mineralen een verkoelend of opwarmend effect heeft op de atmosfeer. Wetenschappers hebben momenteel geen wereldwijde inventaris van de natuurlijke minerale bronnen van stof, en als gevolg daarvan de wereldwijde effecten van stof op het weer, atmosferische circulatie en andere aspecten van het milieu op aarde zijn niet goed ingeburgerd.

Het hyperspectrale instrument van EMIT zal de verschillende golflengten van het licht meten dat wordt uitgestraald door mineralen op het oppervlak van woestijnen en andere stofbronnen om hun samenstelling te bepalen. De EMIT-sensor is gedeeltelijk gebaseerd op NASA's Moon Mineralogy Mapper-instrument aan boord van het Chandrayaan-1-ruimtevaartuig van de Indian Space Research Organization.

Het EMIT-team brengt brede expertise samen op het gebied van minerale metingen, bodemkunde, teledetectie van oppervlakte-eigenschappen en modellering van het aardsysteem. De modelleringscomponent van het project zal de verzamelde gegevens gebruiken om ons begrip van de rol van atmosferisch stof in het klimaat op aarde te vergroten en beter te voorspellen hoe dit in de toekomst naar verwachting zal veranderen.

Earth Venture-missies bieden een innovatieve benadering om aardwetenschappelijk onderzoek aan te pakken met regelmatige kansen om nieuwe wetenschappelijke prioriteiten te accommoderen. De missies worden beheerd door NASA's Earth System Science Pathfinder-programma, gevestigd in het Langley Research Center van NASA in Hampton, Virginia, voor het directoraat Wetenschapsmissie van het agentschap.

De eerste Earth Venture-instrumenten die naar de ruimte gaan, bereiden zich voor op lancering volgend jaar. Het Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) en het ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ECOSTRESS) zullen de distributies meten, hoogten van het bladerdak en veranderingen in de wereldwijde vegetatie vanuit het ruimtestation, inzicht verschaffen in hoe bossen en ecosystemen worden beïnvloed door veranderingen in de beschikbaarheid van water en andere milieu- en menselijke factoren.