Después de 20 años de presencia humana continua, la Estación Espacial Internacional (ISS) ha proporcionado a 241 visitantes una vista extraordinaria de la Tierra desde el espacio exterior, que han compartido con el resto del mundo.
La fotografía de astronautas, formalmente llamada Crew Earth Observations (CEO), ha dado como resultado más de 3,5 millones de fotografías del planeta azul en constante cambio. Pero los astronautas que empuñan una cámara no son los únicos que miran la Tierra desde su posición en el cielo. Un impresionante conjunto de instrumentos de Ciencias de la Tierra también ha visitado la estación para capturar grandes cantidades de datos sobre nuestro planeta.
Sin embargo, el espacio a bordo de la estación en sí es limitado y los lugares son muy codiciados. Los instrumentos pasan por un riguroso proceso de aprobación y pasan por un ciclo cada dos años, convirtiendo la estación en una virtual navaja suiza de herramientas de detección remota intercambiables. Un conjunto especialmente completo de instrumentos de observación de la Tierra se encuentra actualmente a bordo de la estación, con dos más aprobados y varios más que se proponen convertirse en futuros instrumentos de la ISS.
Estos instrumentos se complementan entre sí para proporcionar una imagen más completa de los sistemas terrestres, según William Stefanov, jefe de rama de la Oficina de Ciencias de la Exploración en NASAJohnson Space Center e investigador principal de la instalación de observación de la Tierra de la tripulación en la Estación Espacial Internacional. “Por eso es fortuitamente genial que todos estos instrumentos estén en la Estación Espacial Internacional y funcionen simultáneamente”, dijo Stefanov.
ECOSTRESS
La tripulación humana resultó especialmente útil para el instrumento Ecosystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ECOSTRESS), que registra la temperatura de las plantas en la superficie de la Tierra midiendo el calor que emiten. El instrumento requirió la adición de módulos Wi-Fi para transmitir sus datos a la estación, lo que a su vez requirió que los astronautas realizaran una caminata espacial para instalarlos.
Desde entonces, ECOSTRESS ha proporcionado nuevos conocimientos sobre la relación entre las temperaturas de la planta y el uso del agua. Puede identificar el estrés de las plantas hasta el campo de un agricultor individual, cuando la intervención y la gestión del agua aún pueden ser posibles para salvar los cultivos.
El investigador principal Simon Hook dice que los científicos apenas han comenzado a rascar la superficie de cómo se puede usar el instrumento en función de sus frecuentes mediciones de temperatura de alta resolución. Se está trabajando para utilizar los datos de temperatura para observar incendios forestales, sequías, volcanes y olas de calor, o incluso para identificar patrones de calor dentro de las ciudades urbanas.
GEDI
Desde los campos hasta los bosques, otro instrumento centrado en las plantas es la Investigación de la dinámica de los ecosistemas globales (GEDI). Usando lidar, un método para hacer rebotar un láser en el planeta y medir cuánto tiempo tarda la señal en regresar, GEDI está creando un registro de la estructura tridimensional de los bosques tropicales y templados del mundo para que las copas de los árboles de la Tierra puedan ser mapeadas y rastreadas. hora.
La estructura vertical de los bosques, que es esencialmente la altura de los árboles y la forma en que sus hojas y ramas están dispuestas verticalmente, puede ayudar a determinar cuánto almacenamiento de carbono se pierde por la deforestación o se obtiene de los bosques en crecimiento. El investigador principal de GEDI Ralph Dubayah, profesor de Ciencias Geográficas en la Universidad de Maryland, College Park, dice que esta es la mayor incertidumbre que tenemos sobre el ciclo global del carbono y por qué se presta tanta atención a comprender cómo la deforestación y el crecimiento de los árboles contribuyen a concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono. GEDI es un esfuerzo de colaboración entre la NASA y UMD.
Para suministrar su láser de alta potencia, GEDI aprovecha los enormes paneles solares de la estación. “En este momento en la Estación Espacial Internacional tenemos una confluencia asombrosa de instrumentos que juntos pueden observar la función, estructura y composición de las plantas del ecosistema”, dijo Dubayah. «Y fue completamente posible porque tenemos esta increíble plataforma científica en la ISS».
LIRIO
Estar muy por encima de las nubes también hace que la estación sea una buena plataforma para observar el clima. El sensor de imágenes de rayos (LIS) de la NASA registra el tiempo, la producción de energía y la ubicación de los eventos de rayos en todo el mundo en la atmósfera inferior. Puede proporcionar información sobre cuándo las tormentas están creciendo o decayendo, lo que ayuda a mejorar los modelos de pronóstico del tiempo y las precauciones de seguridad de aeronaves / naves espaciales.
Complementa al Geoestacionario Lightning Mapper (GLM) a bordo del satélite geoestacionario operacional ambiental (GOES-16), que es una colaboración entre la NASA, la Administración Nacional Atmosférica y Oceánica (NOAA) y socios de la industria, y el monitoreo de la Agencia Espacial Europea (ESA). de tormentas y relámpagos en la atmósfera superior a través del instrumento Atmosphere Space Interaction Monitor (ASIM) que se encuentra en la ISS.
Los datos de ASIM y LIS pueden capturar los impactos de las tormentas de polvo, la contaminación, los incendios y las erupciones volcánicas en la formación de nubes y la electrificación. Este es solo un ejemplo de cómo la ESA y otras agencias internacionales, incluido el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA), también están ayudando a avanzar en la comprensión global de nuestro planeta a través de instrumentos de la ISS con observaciones de la Tierra propias.
OCO-3
Varios instrumentos actualmente a bordo de la estación no son los primeros de su tipo. Como sugiere el nombre, el Observatorio Orbital de Carbono-3 (OCO-3) es un tercer instrumento de iteración para el monitoreo a largo plazo de las distribuciones de dióxido de carbono atmosférico en todo el mundo, que complementa las observaciones terrestres a largo plazo. Proporciona información sobre las fuentes y sumideros de carbono regionales y supervisa los cambios en el ciclo del carbono relacionados con la actividad humana.
Junto con GEDI y ECOSTRESS, OCO-3 contribuye a una imagen más completa de los ecosistemas terrestres. Mientras que su predecesor, el satélite OCO-2, siguió una órbita polar, la ruta de OCO-3 a bordo de la estación ofrece un conjunto de datos más denso para áreas con grandes flujos de carbono, incluidas las regiones con mayor diversidad biológica de la Tierra como la selva amazónica.
La órbita también permite realizar mediciones en diferentes momentos del día, lo que beneficia especialmente a ECOSTRESS y OCO-3 ya que las plantas y su contribución al ciclo del carbono fluctúan con la hora del día debido a las variaciones de sol, temperatura y disponibilidad de agua.
SABIO III
Al igual que OCO-3, el Experimento de gas y aerosol estratosférico (SAGE) III es un instrumento de tercera generación. Los sucesivos instrumentos SAGE han proporcionado un registro continuo del vapor de agua, aerosoles y ozono de la atmósfera superior de la Tierra, que constituyen la capa protectora de «protección solar» del planeta.
Cuando la luz del sol atraviesa la atmósfera superior, su mezcla única de partículas y gases crea los pintorescos colores de espectaculares puestas de sol y amaneceres. Para replicar una vista del atardecer o del amanecer desde la estación espacial, SAGE III mira a la Tierra desde un ángulo lateral, capturando una vista similar de la atmósfera en su borde como alguien que mira el atardecer desde el suelo. Pero desde su punto de vista del espacio, SAGE III puede ver la totalidad de estas capas atmosféricas según el científico del proyecto Dave Flittner, y ve 15 amaneceres y atardeceres todos los días.
La directora científica Marilee Roell dice que la longevidad de estas observaciones ha sido crucial para monitorear y mantener la capa protectora de ozono en la atmósfera superior. SAGE II monitoreó de cerca la última disminución del ozono de los aerosoles comunes en lacas para el cabello y retardadores de fuego que degradaron la capa, y sus datos informaron el Tratado del Protocolo de Montreal, que eliminó el uso de estos químicos dañinos.
“Es una de las historias de mayor éxito de la ciencia que informa las políticas”, dijo Roell. “Y no solo es un instrumento científico de primer nivel, sino que también se encuentra en la Estación Espacial Internacional, una plataforma tripulada. Estamos obteniendo lo mejor de la ciencia y logrando ser parte del programa de vuelos espaciales tripulados de una manera periférica «.
TSIS-1
Las mediciones atmosféricas adicionales del sol provienen del sensor de irradiancia solar total y espectral (TSIS-1), que en realidad está compuesto por dos instrumentos: el monitor de irradiancia total (TIM) y el monitor de irradiancia espectral (SIM).
TSIS-1 continúa el trabajo del satélite Experimento de Radiación Solar y Clima de la NASA midiendo la cantidad de luz solar que llega a la Tierra y cómo se distribuye en longitud de onda.
Estas mediciones de la energía solar, junto con los cálculos basados en modelos de su absorción y reflexión por la atmósfera y la superficie de la Tierra, brindan información sobre la influencia del sol en el clima, la capa de ozono, la circulación atmosférica y los ecosistemas. Los datos son insumos críticos para el modelado del clima y los sistemas atmosféricos de la Tierra.
PRÓXIMAMENTE: EMIT Y CLARREO-PF
Todavía hay más que aprender sobre la Tierra, y los nuevos instrumentos que pueden contribuir aún más a nuestra comprensión, como el Pathfinder del Observatorio de Refractividad y Radiancia Absoluta del Clima (CLARREO) y la Investigación de la Fuente de Polvo Mineral de la Superficie de la Tierra (EMIT) ya están programados para llegar a la estación dentro de los próximos dos años.
El CLARREO Pathfinder medirá la luz solar reflejada en la Tierra y tomará medidas directas del Sol, con incomparables exactitud. Los datos pueden ayudar a calibrar otros sensores a partir de 2021. Está programado que EMIT se lance el año siguiente en 2022 para mapear las regiones de origen de polvo en la superficie de la Tierra y evaluar el impacto del polvo en el calentamiento y enfriamiento de la atmósfera.
“Ha sido realmente satisfactorio ver la variedad de cosas que hemos tenido en la estación espacial”, dijo Stefanov. Desde sistemas de imágenes hasta láseres y radares, y más recientemente instrumentos hiperespectrales, Stefanov cree que el límite de lo que pueden hacer en el futuro está realmente limitado solo por lo que los científicos e ingenieros pueden diseñar y el número de puertos de instrumentos disponibles.
“Habrá oportunidades para que nuevos sensores lleguen a la estación”, dijo. «Y creo que seguirá desarrollándose como una plataforma de detección remota muy útil para las observaciones de la Tierra en el futuro».