Een NASA-team heeft een geminiaturiseerd instrument gebouwd dat de vlekjes van natuurlijk voorkomende en door de mens gemaakte materie in de lucht die de menselijke gezondheid en het klimaat nadelig kunnen beïnvloeden, uitgebreider dan bestaande instrumenten zal meten.

Voordat het instrument - de Multi-Angle Stratospheric Aerosol Radiometer (MASTAR) - klaar is voor primetime, echter, het zal eerst een ritje maken op een wetenschappelijke ballon op grote hoogte om zijn prestaties in een suborbitale omgeving te demonstreren, 19 mijl boven het aardoppervlak. Er wordt nog gezocht naar een vluchtmogelijkheid.

Zodra MASTAR klaar is met testen, het team dat het instrument bouwt, wil het aan boord van een constellatie van kleine, relatief goedkope CubeSats om gelijktijdig te verzamelen, meerpuntsmetingen van die alomtegenwoordige stofdeeltjes, ook wel aerosoldeeltjes of kortweg aerosolen genoemd, die in de lucht boven oceanen te vinden zijn, woestijnen, bergen, bossen, ijs en elk ecosysteem daartussenin.

"Weten waar [aërosolen] naartoe gaan, is economisch belangrijk. Metingen vanaf één plek op de grond geven je niet de informatie die je nodig hebt, " zei Matt De Land, een wetenschapper met wetenschappelijke systemen en toepassingen, Inc., die het team leidt dat MASTAR ontwikkelt in het Goddard Space Flight Center van NASA. "Het vliegen met deze instrumenten op meerdere ruimtevaartuigen zou ons de wereldwijde metingen geven die we nodig hebben."

Spuitbussen:de goede, het slechte en het lelijke

Ondanks hun kleine formaat, aerosolen hebben grote gevolgen, zowel slecht als goed, over het klimaat op aarde en de menselijke gezondheid.

Ongeveer 90 procent van de spuitbussen is van natuurlijke oorsprong. Vulkanen en bosbranden injecteren enorme hoeveelheden as en gedeeltelijk verbrande organische koolstof, respectievelijk, in de lucht. Eenmaal in de bovenste atmosferische laag van de aarde, de stratosfeer, deze spuitbussen kunnen maanden meegaan, problemen veroorzaken voor commerciële vliegtuigen, bijvoorbeeld, die cruisen op grote hoogte. IJslandse vulkaanuitbarsting Eyjafjallajökull in 2010, kostte de luchtvaartindustrie $ 2,6 miljard als gevolg van geannuleerde of omgeleide vluchten.

De overige 10 procent van de spuitbussen is afkomstig van auto's, verbrandingsovens, smelterijen en energiecentrales, evenals door ontbossing, overbegrazing, droogte en overmatige irrigatie. collectief, ze veroorzaken de vervuiling en de slechte luchtkwaliteit die bijzonder schadelijk zijn voor mensen met luchtwegaandoeningen.

Hoewel aërosolen een negatieve invloed kunnen hebben op de menselijke gezondheid en commerciële ondernemingen op lagere hoogten, ze bieden wel een voordeel op grotere hoogten. Ze reflecteren zonlicht terug in de ruimte, in wezen een verkoelende deken over de planeet gooien. Dit compenseert een deel van de opwarming van de aarde die wordt veroorzaakt door toenemende broeikasgassen die warmte vasthouden aan het oppervlak. Gezien hun vermogen om de planeet te koelen, geo-ingenieurs hebben gepostuleerd dat het injecteren van aerosolen in de atmosfeer een manier is om de opwarming van de aarde te minimaliseren.

MASTAR is geïnspireerd door de Ozone Mapping and Profiling Suite (OMPS) Limb Profiler, een van de drie instrumenten die een reeks instrumenten vormen die op het Suomi NPP-ruimtevaartuig vliegen, een gezamenlijke missie tussen NASA en de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Gelanceerd in 2011, Suomi NPP is de voorloper van een aardobservatiesysteem van de volgende generatie dat is ontworpen om klimaatverandering op de lange termijn te bestuderen.

MASTAR's voordelen:

MASTAR biedt twee duidelijke voordelen ten opzichte van zijn grotere verwanten:de meerdere kijkhoeken, die wetenschappers een uitgebreidere beschrijving zou geven van het type en de verspreiding van aërosolen in de stratosfeer zoals bekeken langs de horizon van de aarde; en zijn kleine formaat, ideaal om te vliegen op een klein CubeSat-platform, aldus De Land.

In tegenstelling tot de Limb Profiler, die observeert langs de horizon van de aarde door achteruit te kijken achter het Suomi NPP-ruimtevaartuig terwijl het om de aarde draait, MASTAR verzamelt metingen vanuit acht posities, of openingen, ergens naar uitkijken, naar achteren en langs de zijkanten. Het licht dat het uit deze acht openingen verzamelt, wordt via kleine lenzen en een kegelvormige spiegel naar de detector van het instrument geleid.

"We kijken in meerdere richtingen, "Zei DeLand. "Aerosolen reflecteren beter vanuit sommige hoeken."

Om het doel van het verzamelen van meerdere punten te bereiken, gelijktijdige metingen via CubeSats vaak niet groter dan een brood, DeLand en zijn team moesten de afmetingen van het instrument verkleinen. Hij past op een 3U CubeSat, die ongeveer 10,16 cm (4 inch) aan een kant en 1 voet (30,48 cm) lang is. Met extra ESTO-ondersteuning, het team ontwikkelt behuizing en koudebestendige software om het instrument tijdens de ballonvlucht in een bijna-ruimteomgeving te laten werken.

Andere applicaties

DeLand is van mening dat MASTAR uiteindelijk kan worden gebruikt voor ander wetenschappelijk onderzoek. "Met een kleine wijziging aan het instrument, we konden waterdamp en andere eigenschappen meten, " zei hij. "Er is meer dan één toepassing voor dit instrument."