Hoog in de atmosfeer, boven weersystemen, is een laag ozongas. Ozon is het natuurlijke zonnescherm van de aarde, het absorberen van de meest schadelijke ultraviolette straling van de zon en het beschermen van levende wezens hieronder. Maar ozon is kwetsbaar voor bepaalde door mensen gemaakte gassen die de bovenste atmosfeer bereiken. Eenmaal daar, ze reageren in de aanwezigheid van zonlicht om ozonmoleculen te vernietigen.

Momenteel, verschillende NASA- en National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) -satellieten volgen de hoeveelheid ozon in de bovenste atmosfeer en de zonne-energie die de fotochemie aandrijft die ozon creëert en vernietigt. NASA is nu klaar om een ​​nieuw instrument naar het internationale ruimtestation te lanceren dat de meest nauwkeurige metingen zal leveren die ooit zijn gemaakt van zonlicht zoals gezien vanaf de aardatmosfeer - een belangrijk onderdeel voor het evalueren van de langetermijneffecten van ozonvernietigende chemie. De totale en spectrale zonnestralingssensor (TSIS-1) meet de totale hoeveelheid zonlicht die de top van de aardatmosfeer bereikt en hoe dat licht wordt verdeeld over verschillende golflengten. inclusief ultraviolette golflengten die we niet met onze ogen kunnen waarnemen, maar worden door onze huid gevoeld en zijn schadelijk voor ons DNA.

Dit is niet de eerste keer dat NASA de totale lichtenergie van de zon heeft gemeten. TSIS-1 is de opvolger van eerdere en huidige NASA-missies om inkomend zonlicht te monitoren met technologische upgrades die de stabiliteit moeten verbeteren, bieden drie keer betere nauwkeurigheid en minder interferentie van andere lichtbronnen, volgens Candace Carlisle, TSIS-1 projectmanager bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

"We moeten het volledige spectrum van zonlicht en de individuele golflengten meten om te evalueren hoe de zon de atmosfeer van de aarde beïnvloedt, " zei Dong Wu, TSIS-1 projectwetenschapper bij Goddard.

TSIS-zal meer dan 1 zien 000 golflengtebanden van 200 tot 2400 nanometer. Het zichtbare deel van het spectrum dat onze ogen zien, gaat van ongeveer 390 nanometer (blauw) tot 700 nanometer (rood). Een nanometer is een miljardste van een meter.

"Elke kleur of golflengte van licht beïnvloedt de atmosfeer van de aarde anders, ' zei Wu.

TSIS-1 zal verschillende soorten ultraviolet (UV) licht zien, inclusief UV-B en UV-C. Elk speelt een andere rol in de ozonlaag. UV-C-stralen zijn essentieel bij het creëren van ozon. UV-B-stralen en sommige natuurlijk voorkomende chemicaliën reguleren de overvloed aan ozon in de bovenste atmosfeer. De hoeveelheid ozon is een balans tussen deze natuurlijke productie- en verliesprocessen. In de loop van deze processen UV-C- en UV-B-stralen worden geabsorbeerd, voorkomen dat ze het aardoppervlak bereiken en levende organismen schaden. Door het dunner worden van de ozonlaag hebben sommige UV-B-stralen de grond bereikt.

In de jaren zeventig, wetenschappers theoretiseerden dat bepaalde door mensen gemaakte chemicaliën in spuitbussen, airconditioners en koelkasten kunnen het natuurlijke evenwicht tussen de vorming en uitputting van ozon verstoren en een onnatuurlijke aantasting van de beschermende ozon veroorzaken. In 1980, wetenschappers observeerden ozonverlies in overeenstemming met de concentraties van deze chemicaliën en bevestigden deze theorie.

Het ozonverlies was veel ernstiger dan verwacht boven de Zuidpool tijdens de Antarctische lente (herfst in de Verenigde Staten), een fenomeen dat "het Antarctische ozongat" werd genoemd. De ontdekking dat door mensen gemaakte chemicaliën zo'n groot effect op de atmosfeer van de aarde zouden kunnen hebben, bracht wereldleiders bij elkaar. Ze creëerden een internationale verbintenis om ozonafbrekende chemicaliën geleidelijk uit te bannen, het Montreal Protocol, die in 1987 universeel werd geratificeerd door alle landen die deelnemen aan de Verenigde Naties, en is bijgewerkt om de beperkingen aan te scherpen en rekening te houden met extra ozonafbrekende chemicaliën.

Een decennium na de ratificatie van het Montreal Protocol, de hoeveelheid door de mens gemaakte ozonvernietigende chemicaliën in de atmosfeer bereikte een piek en begon langzaam af te nemen. Echter, het duurt tientallen jaren voordat deze chemicaliën volledig uit de bovenste atmosfeer zijn verdwenen, en de concentraties van deze industrieel geproduceerde moleculen nemen niet allemaal af zoals verwacht, terwijl extra, nieuwe verbindingen worden gemaakt en vrijgegeven.

Meer dan drie decennia na ratificatie, NASA-satellieten hebben geverifieerd dat de ozonverliezen zijn gestabiliseerd en, op een aantal specifieke locaties, zijn zelfs begonnen te herstellen als gevolg van de vermindering van de ozonafbrekende chemicaliën die zijn gereguleerd in het kader van het Protocol van Montreal.

Als onderdeel van hun werk bij het toezicht op het herstel van het ozongat, wetenschappers gebruiken computermodellen van de atmosfeer die de fysieke, chemische en weersprocessen in de atmosfeer. Deze atmosferische modellen kunnen dan input krijgen van grond- en satellietwaarnemingen van verschillende atmosferische gassen, zowel natuurlijk als door mensen geproduceerd, om het herstel van de ozonlaag te helpen voorspellen. Ze testen de modellen door veranderingen in het verleden te simuleren en vergelijken de resultaten met satellietmetingen om te zien of de simulaties overeenkomen met eerdere resultaten. Om de best mogelijke simulatie uit te voeren, de modellen hebben ook nauwkeurige metingen van zonlicht over het hele spectrum nodig.

"Atmosferische modellen hebben nauwkeurige metingen van zonlicht nodig om de ozonlaag correct te modelleren, " zei Peter Pilewskie, TSIS-1 hoofdwetenschapper bij het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica in Boulder, Colorado. Wetenschappers hebben geleerd dat variaties in UV-straling significante veranderingen veroorzaken in de resultaten van de computersimulaties.

Algemeen, de output van zonne-energie varieert met ongeveer 0,1 procent - of ongeveer 1 watt per vierkante meter tussen het meest en minst actieve deel van een 11-jarige zonnecyclus. De zonnecyclus wordt gekenmerkt door de afwisselende perioden van hoge en lage activiteit van zonnevlekken, donkere gebieden met complexe magnetische activiteit op het oppervlak van de zon. Terwijl UV-licht een kleine fractie vertegenwoordigt van het totale zonlicht dat de top van de aardatmosfeer bereikt, het fluctueert veel meer, overal van 3 tot 10 procent, een verandering die op zijn beurt kleine veranderingen veroorzaakt in de chemische samenstelling en thermische structuur van de bovenste atmosfeer.

Dat is waar TSIS-1 om de hoek komt kijken. "[TSIS]-metingen van het zonnespectrum zijn drie keer nauwkeuriger dan eerdere instrumenten, "zei Pilewskie. Dankzij de hoogwaardige metingen kunnen wetenschappers hun computermodellen verfijnen en betere simulaties produceren van het gedrag van de ozonlaag - evenals van andere atmosferische processen die worden beïnvloed door zonlicht, zoals de beweging van wind en weer die zijn.

TSIS-1 voegt zich bij een vloot van NASA's aardobservatiemissies die bijna elk aspect van het aardsysteem bewaken, letten op eventuele veranderingen in onze omgeving die het leven kunnen schaden.