Uma nova missão de ciências da Terra da NASA nos estágios iniciais de projeto pode alcançar um avanço transformacional em nossa compreensão do ciclo global do carbono, mapeando as concentrações dos principais gases de carbono a partir de um novo ponto de vista:a órbita geoestacionária. Os satélites em órbita geoestacionária viajam na mesma velocidade da rotação da Terra, permitindo que permaneçam no mesmo lugar na superfície da Terra o tempo todo.

O Observatório Geoestacionário de Carbono (GeoCarb), planejado para lançamento no início de 2020, terá como base o sucesso da missão Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) da NASA, colocando um instrumento semelhante em um satélite comercial de comunicações SES-Government Solutions voando em órbita geoestacionária. Sua longitude permitirá observações de "parede a parede" sobre as Américas entre 55 graus de latitude norte e sul - da ponta sul da Baía de Hudson até a ponta sul da América do Sul. Empoleirado 22, 236 milhas (35, 800 quilômetros) acima das Américas, GeoCarb irá coletar 10 milhões de observações diárias das concentrações de dióxido de carbono, metano, monóxido de carbono e fluorescência induzida pelo sol (SIF) em uma resolução espacial de cerca de 3 a 6 milhas (5 a 10 quilômetros).

A abundância e distribuição de gases portadores de carbono na atmosfera são determinadas pela troca de carbono entre as áreas terrestres da Terra, oceanos e a atmosfera, e seu transporte pelos ventos predominantes. Essas trocas são mais bem compreendidas tornando-se frequentes, observações densamente espaçadas. Enquanto os satélites estão sincronizados com o sol, órbitas polares baixas da Terra, como OCO-2, fornecem cobertura global, eles têm longos tempos de revisita, grandes lacunas na cobertura, e sempre olhar para a paisagem no mesmo horário do dia. Como o clima afeta os ecossistemas em escalas de tempo de dias a semanas, Os satélites em órbita polar podem perder essas mudanças e como eles se interconectam com as atividades dos organismos vivos - informações que são cruciais para o desenvolvimento de melhores modelos de processos do sistema terrestre.

"O GeoCarb complementará as medições do OCO-2 e de outros satélites em órbita baixa da Terra preenchendo as lacunas de dados no tempo e no espaço, "disse o investigador principal Berrien Moore, da Universidade de Oklahoma em Norman." Será mais uma missão de mapeamento regional do que uma missão de amostragem global. "

Moore disse que assim como os satélites meteorológicos geoestacionários podem sentar e observar tempestades e mapeá-las, O GeoCarb nos permitirá ver como os diferentes padrões climáticos influenciam as concentrações de dióxido de carbono e metano. "Esse é o poder que uma órbita geoestacionária traz, "disse ele." Os dados do OCO-2 já mostraram que os padrões climáticos de grande escala, como El Niño e La Niña, afetam o padrão de grande escala das concentrações de dióxido de carbono na atmosfera, e isso é extremamente importante. "

GeoCarb irá abordar uma série de questões não respondidas na ciência do ciclo do carbono, com foco nas Américas. Por exemplo, em que medida a bacia amazônica remove o dióxido de carbono da atmosfera e o armazena nas florestas, e as estimativas de emissão de metano no território continental dos Estados Unidos estão subestimadas?

GeoCarb também será o primeiro satélite dos EUA a medir metano perto da superfície da Terra, informações que serão úteis para o setor de energia. O vazamento de metano da produção de gás natural custa à indústria dos EUA de US $ 5 bilhões a US $ 10 bilhões por ano.

Como OCO-2, Banda espectral de oxigênio do GeoCarb, que é necessário para converter a abundância de gases de carbono em concentrações, também medirá SIF. Este brilho fraco, emitida pelas moléculas de clorofila nas folhas das plantas, é um indicador de que a fotossíntese - o processo pelo qual as plantas convertem a luz solar em energia química e capturam carbono da atmosfera - está ocorrendo. GeoCarb fará diariamente, perto de medições de parede a parede de SIF sob todas as condições meteorológicas, permitindo que cientistas e outros rastreiem os efeitos da seca na fotossíntese nas florestas, colheitas e pastagens.

GeoCarb está na base estabelecida por OCO-2, que foi construído pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia. Como OCO-2, GeoCarb usa um espectrômetro de grade, mas adiciona uma quarta banda espectral para medir o monóxido de carbono e o metano. Ele usará a mesma tecnologia de detector, algoritmos e técnicas de calibração como OCO-2.

"Nunca seríamos capazes de fazer GeoCarb sem OCO-2, "disse Moore." Ao projetar nosso instrumento, dissemos:vamos fazer OCO, mas em órbita geoestacionária. Estamos aproveitando o trabalho do JPL para projetar e construir OCO-2 e processar seus dados. Na verdade, muitos membros de nossa equipe científica também estão trabalhando na missão OCO-2. "

As visualizações do instrumento GeoCarb refletiam a luz da Terra através de uma fenda estreita. Quando a fenda é projetada na superfície da Terra, ele vê uma área medindo cerca de 1, 740 milhas (2, 800 quilômetros) de norte a sul e cerca de 3,7 milhas (6 quilômetros) de leste a oeste. Em comparação, A faixa do OCO-2 tem cerca de 10 quilômetros de largura. GeoCarb encara essa área por cerca de 4-1 / 2 segundos, em seguida, a fenda é movida para meia largura de fenda - 1,9 milhas, ou 3 quilômetros - para o oeste, permitindo amostragem dupla. Com esta técnica, GeoCarb pode escanear todo o território continental dos Estados Unidos em cerca de 2-1 / 4 horas, e do Brasil à costa oeste da América do Sul em cerca de 2-3 / 4 horas. Não foi projetado para observar os oceanos, já que a refletividade sobre os oceanos é muito baixa para fornecer dados úteis.

O slot orbital exato do GeoCarb será atribuído pela SES-Government Solutions. Uma fenda mais a oeste favorecerá as observações dos EUA sobre a América do Sul, e vice-versa para um slot mais a leste. No futuro, Moore diz que mais dois ou três instrumentos semelhantes ao GeoCarb colocados em órbita geoestacionária em diferentes longitudes podem fornecer uma cobertura quase global da paisagem terrestre da Terra fora dos pólos.

Moore diz GeoCarb e TEMPO, outra missão de química atmosférica / qualidade do ar da NASA atualmente em desenvolvimento, estão servindo como desbravadores para geoestacionários, missões de observação da Terra patrocinadas comercialmente pela NASA. "Se pudermos resolver as questões jurídicas e práticas do dia a dia, Eu posso ver essas missões mudando a face das ciências da Terra do espaço. Você não precisa pagar por uma espaçonave ou lançador separado. Você está essencialmente comprando espaço em um condomínio em uma espaçonave e pagando pelo downlink de dados. O futuro aqui é muito emocionante. "