Era meio da tarde, mas estava escuro em uma área em Boulder, Colorado em 3 de agosto, 1998. Uma nuvem espessa apareceu acima e obscureceu a terra abaixo por mais de 30 minutos. Radiômetros bem calibrados mostraram que havia níveis muito baixos de luz atingindo o solo, suficientemente baixo para que os pesquisadores decidissem simular este evento interessante com modelos de computador. Agora em 2017, inspirado pelo evento em Boulder, Os cientistas da NASA irão explorar o eclipse solar da lua para aprender mais sobre o sistema de energia da Terra.

Em 21 de agosto, 2017, os cientistas estão olhando para o eclipse solar total deste ano passando pela América para melhorar nossas capacidades de modelagem da energia da Terra. Guoyong Wen, um cientista da NASA que trabalha para a Morgan State University em Baltimore, está liderando uma equipe para coletar dados terrestres e de satélites antes, durante e após o eclipse para que possam simular o eclipse deste ano usando um modelo de computador avançado, chamado de modelo de transferência radiativa 3-D. Se for bem sucedido, Wen e sua equipe ajudarão a desenvolver novos cálculos que melhorem nossas estimativas da quantidade de energia solar que chega ao solo, e nossa compreensão de um dos principais atores na regulação do sistema de energia da Terra, nuvens.

O sistema de energia da Terra está em uma dança constante para manter um equilíbrio entre a radiação que chega do sol e a radiação que sai da Terra para o espaço, que os cientistas chamam de orçamento de energia da Terra. O papel das nuvens, grosso e fino, é importante em seu efeito no balanço de energia.

Como uma nuvem gigante, a lua durante o eclipse solar total de 2017 lançará uma grande sombra em uma faixa dos Estados Unidos. Wen e sua equipe já conhecem as dimensões e propriedades de bloqueio da luz da lua, mas usará instrumentos terrestres e espaciais para aprender como essa grande sombra afeta a quantidade de luz solar que atinge a superfície da Terra, especialmente em torno das bordas da sombra.

"Esta é a primeira vez que podemos usar medições do solo e do espaço para simular a sombra da lua passando pela face da Terra nos Estados Unidos e calculando a energia que chega à Terra, "disse Wen. Os cientistas já fizeram extensas medições atmosféricas durante eclipses antes, mas esta é a primeira oportunidade de coletar dados coordenados do solo e de uma espaçonave que observa toda a Terra iluminada pelo sol durante um eclipse, graças ao Observatório do Clima do Espaço Profundo da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional lançado (DSCOVR) em fevereiro de 2015.

Mesmo que a lua bloqueando o sol durante um eclipse solar e as nuvens bloqueando a luz do sol na superfície da Terra sejam dois fenômenos diferentes, ambos requerem cálculos matemáticos semelhantes para compreender com precisão seus efeitos. Wen antecipa que este experimento ajudará a melhorar os cálculos do modelo atual e nosso conhecimento sobre nuvens, especificamente mais espesso, nuvens de baixa altitude que podem cobrir cerca de 30 por cento do planeta a qualquer momento.

Neste experimento, Wen e sua equipe vão simular o eclipse solar total em um modelo de transferência radiativa 3-D, que ajuda os cientistas a entender como a energia é propagada na Terra. Atualmente, os modelos tendem a representar nuvens em uma dimensão. Em muitos casos, esses cálculos unidimensionais podem criar modelos científicos úteis para a compreensão da atmosfera. Porém, às vezes, um cálculo tridimensional é necessário para fornecer resultados mais precisos. A grande diferença é que as nuvens 3-D refletem ou espalham a energia solar em muitas direções, de cima para baixo, e também fora dos lados das nuvens. Este comportamento 3-D resulta em diferentes quantidades de energia atingindo o solo do que um modelo unidimensional poderia prever.

"Estamos testando a capacidade de fazer um certo tipo de cálculo complexo, um teste de uma técnica matemática 3-D, para ver se isso é uma melhoria em relação à técnica anterior, "disse Jay Herman, cientista do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e co-investigadora do projeto. "Se tiver sucesso, então teremos uma ferramenta melhor para implementar em modelos climáticos e poderemos usá-la para responder a perguntas e ao orçamento de energia e clima da Terra. "Para o próximo eclipse, Wen e os membros de sua equipe ficarão estacionados em Casper, Wyoming, e Columbia, Missouri para coletar informações sobre a quantidade de energia sendo transmitida de e para a Terra antes, durante e logo após o eclipse com vários instrumentos de solo.

Com base no solo, O instrumento espectrômetro Pandora desenvolvido pela NASA fornecerá informações sobre quanto de qualquer comprimento de onda de luz está presente, e um piranômetro medirá a energia solar total de todas as direções descendo em direção à superfície. Imediatamente antes e depois do eclipse, os cientistas medirão outras informações, como a quantidade de gases residuais absorventes na atmosfera, como o ozônio, dióxido de nitrogênio e pequenas partículas de aerossol para uso também no modelo 3-D.

Enquanto isso no espaço, Câmera de imagem policromática da Terra da NASA, ou EPIC, instrumento a bordo da espaçonave DSCOVR, irá observar a luz que sai da Terra e permitir aos cientistas estimar a quantidade de luz que chega à superfície da Terra. Adicionalmente, Dois instrumentos de satélite MODIS da NASA, a bordo dos satélites Terra e Aqua da agência, lançado em 1999 e 2002, respectivamente, fornecerá observações das condições atmosféricas e de superfície às vezes antes e depois do eclipse. Os cientistas irão então combinar as medições do solo com as observadas pela espaçonave.

Este experimento complementa o compromisso de décadas da NASA em observar e compreender as contribuições para o orçamento de energia da Terra. Por mais de 30 anos, A NASA mediu e calculou a quantidade de energia solar que atinge o topo da nossa atmosfera, a quantidade de energia solar refletida de volta para o espaço e quanta energia térmica é emitida por nosso planeta para o espaço. Essas medições foram possíveis graças a instrumentos e missões como ACRIMSAT e SOLSTICE (lançado em 1991), e SORCE, lançado em 2003, bem como a série de instrumentos CERES voados a bordo do Terra, Aqua, e Suomi-NPP (lançado em 2011).

Esta queda, A NASA continuará a monitorar a relação sol-Terra lançando o Sensor-1 de radiação solar total e espectral, ou TSIS-1, para a Estação Espacial Internacional e as sextas Nuvens e o instrumento CERES do Sistema de Energia Radiante da Terra, CERES FM6, para orbitar ainda este ano. Cinco instrumentos CERES estão atualmente em órbita a bordo de três satélites.