Ongeveer 17 kilometer boven het aardoppervlak, de eerste laag van de atmosfeer ontmoet de tweede. Op een grens die de tropopauze wordt genoemd, de troposfeer eindigt en de stratosfeer begint. Over deze interface heen, ongeveer vijf kilometer aan weerszijden, is een band van de atmosfeer gelabeld, zakelijk, de "bovenste troposfeer/onderste stratosfeer" - de UTLS.

Dit kille plakje stof en gassen krijgt niet veel pers. Maar de materialen die erin ronddwarrelen, hebben een krachtige invloed op het klimaat dat we op aarde ervaren, en goede gegevens over wat er gaande is in de UTLS zullen veel nauwkeurigere modellen opleveren van hoe we kunnen verwachten dat het klimaat zal veranderen, en wanneer. Tot dusver, echter, we weten heel weinig.

"Het is letterlijk hoe moeilijk dit ook te geloven is, een onontgonnen gebied in de atmosfeer, " zei Scott Bailey, een professor in de Bradley Department of Electrical and Computer Engineering. "En het is cruciaal voor de voorspelling van klimaatverandering."

Het inperken van klimaatverandering is een centrale pijler geworden van de benadering van de regering Biden van economisch en openbaar beleid; initiatieven voor schone energie, emissielimieten, en andere op het klimaat gerichte voorzieningen zijn goed voor miljarden aan uitgaven in rekeningen die momenteel door het Congres worden verwerkt.

Effectieve mitigaties vereisen nauwkeurige voorspellingen, legde Bailey uit, die tevens directeur is van Space@VT, het universitaire centrum voor ruimtewetenschap en technisch onderzoek.

"Stel je voor dat je de burgemeester bent van een grote kuststad, "zei hij. "Je weet dat de zeespiegel de komende 50 jaar zal stijgen en overstromingen zal veroorzaken, dus wat doe je? Wilt u de stranden versterken? Moet u de bouwvoorschriften bijwerken om u voor te bereiden op zwaardere stormen? Moet je de stad letterlijk landinwaarts gaan verhuizen? En wanneer? Is dat een probleem van 20 jaar of een probleem van 40 jaar? Je zult die vragen hebben voor elke stad aan de kust, in het hele land."

Het basisverhaal over klimaatverandering is dat broeikasgassen warmte vasthouden, het verhogen van de temperatuur en het veroorzaken van extreme weersomstandigheden.

"Maar er is veel meer aan het verhaal, " zei Bailey, verklaren dat menselijke activiteit daadwerkelijk bijdraagt ​​aan twee concurrerende processen. Opwarming is er een van, maar de andere, minder intuïtief, koelt af:aërosolen die in de atmosfeer zweven, werken als een hitteschild, binnenkomend zonlicht weer de ruimte in verstrooien en de temperatuur verlagen. (Dit was het fenomeen dat de schijnbare pauze in de opwarming van de aarde veroorzaakte tijdens de 2010s.)

Veel van deze aerosolen zijn op de een of andere manier antropogeen, en de UTLS, waar de temperatuur en luchtdruk gunstige voorwaarden scheppen om zich op te hopen, is waar veel van het drama zich afspeelt. Onderzoekers weten wat sommige van die verbindingen zijn, maar heel weinig over hun relatieve overvloed of hoe ze met de tijd veranderen. Bailey, met een keihard team van medewerkers bij onderzoeksinstellingen door het hele land, heeft een plan uitgestippeld dat eindelijk enig licht kan werpen op dit mysterieuze deel van de atmosfeer.

Hun voorstel omvat een vloot van zes kleine satellieten, elk ongeveer zo groot als een picknickkoeler, die niet binnen de UTLS zou draaien, maar honderden kilometers erboven.

Het technologische hart van het project is de lading van de satellieten. Elk zal unieke sensoren dragen, bedacht door het in Newport News gevestigde bedrijf GATS Inc. en ontwikkeld in de Remote Sensing Division van het Naval Research Laboratory, die meten hoeveel van het licht van de zon wordt geabsorbeerd op precieze golflengten. Tweemaal elke baan, wanneer elke satelliet precies de juiste positie heeft om door de UTLS naar de zon te kijken, de sensoren vangen zonlicht op dat door de UTLS-aerosolen wordt gefilterd. De resulterende absorptiepatronen zullen functioneren als chemische vingerafdrukken die het team kan gebruiken om de componenten van die aerosolen te identificeren en te volgen hoe ze in de loop van de tijd veranderen - met een grotere resolutie en precisie dan voorheen beschikbaar was.

"Het unieke aan dit instrument is dat het atmosferische eigenschappen kan terugdraaien in zeer kleine hoogtestappen, ' zei Bailey.

De meeste atmosferische sensoren kunnen de hoogte bepalen van wat ze meten binnen een straal van vijf kilometer. In de UTLS, slechts 10 kilometer dik, die resolutie is vrijwel nutteloos. De sensoren die het team van Bailey zal gebruiken, kunnen de hoogte tot op minder dan een kilometer nauwkeurig bepalen - genoeg om eindelijk te identificeren waar deze verbindingen vandaan komen en hoe ze reizen.

De aerosolen die in de UTLS drijven, zijn afkomstig van aarde. Ze komen van zeezout, biologisch materiaal, pluimen van bosbrandas, smog boerde uit fabrieksschoorstenen, en vulkanisch stof, door stormen en luchtstromingen en andere turbulentie omhoog de atmosfeer in gekarnd.

Een deel van deze aërosolen zou op natuurlijke wijze in de UTLS filteren. Maar menselijke activiteit heeft genoeg in de atmosfeer gepompt om de balans van warmte die in- en uitgaat weg te gooien.

"We verstoren de atmosfeer op manieren die we niet kunnen voorspellen, en veranderingen zien die we moeilijk kunnen begrijpen, Bailey zei. "Als je op een dag vervuiling ziet veroorzaakt door een natuurbrand, bijvoorbeeld, u de beweging ervan in de loop van de tijd wilt volgen. Daarvoor heb je een gedetailleerd profiel nodig, en dat is wat dit instrument kan doen."

Het team ontwikkelde een werkend prototype van het instrument met een subsidie ​​van $ 4 miljoen van NASA in 2017. Nu, ze vragen de veel zwaardere infusie van financiering aan die nodig is om de echte versie te bouwen en de ruimte in te sturen.

Als ze succesvol zijn, de gegevens die terugstromen van die satellieten zullen helpen om de punten tussen menselijk gedrag en veranderingen in het klimaat te verbinden, om ontbrekende stukjes van het beeld in te vullen, moeten we robuuste klimaatmodellen bouwen.

"Hoeveel het wanneer zal opwarmen is cruciaal, en er zijn nog steeds grote foutbalken wanneer we bepaalde temperaturen gaan bereiken, ' zei Bailey. 'Zonder deze missie komen we er niet. Dit is geen kleine stap voorwaarts, dit is een grote stap voorwaarts."