Um novo instrumento com o olho na Lua está decolando a bordo de um avião da NASA de alta altitude para medir o brilho da Lua e, eventualmente, ajudar os sensores de observação da Terra a fazer medições mais precisas.

O instrumento aerotransportado de radiação espectral lunar (air-LUSI) está voando a bordo do avião ER-2 da NASA. O ER-2 é capaz de voar acima das nuvens, cerca de 70, 000 pés acima do solo. Os voos, que ocorrem à noite para evitar a dispersão da luz do Sol, começou em 13 de novembro e terminará em 17 de novembro no Armstrong Flight Research Center da NASA em Palmdale, Califórnia.

O instrumento financiado pela NASA está "medindo quanta luz solar é refletida pela Lua em várias fases, a fim de caracterizá-la com precisão e expandir como a Lua é usada para calibrar os sensores de observação da Terra", disse Kevin Turpie, um professor da Universidade de Maryland, Condado de Baltimore, liderando o esforço aéreo-LUSI. Turpie e sua equipe são financiados pela Divisão de Ciências da Terra da NASA e pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST).

Como a Lua ajuda os sensores da Terra

Sensores de observação da Terra, como o Visible Infrared Imaging Radiometric Suite (VIIRS) a bordo do satélite NASA / NOAA / DOD Suomi National Polar-orbiting Partnership e o satélite meteorológico NOAA-20, coletar imagens da cobertura de nuvens, cobertura da superfície da terra e cor do oceano. Enquanto esses sensores estão fazendo seu trabalho diligentemente, eles também precisam se proteger contra partículas de alta energia e resistir à luz ultravioleta, que degradam seus sensores com o tempo.

Para contabilizar quaisquer mudanças na sensibilidade, VIIRS e outros instrumentos de satélite calibram seus sensores observando uma referência conhecida e comparando como a aparência mais recente se compara às anteriores. Se o sensor vê a referência de forma diferente de antes, ele sabe que precisa recalibrar ou ajustar sua sensibilidade.

Atualmente, muitos instrumentos carregam um material opaco ou branco, chamado de difusor, que reflete a luz do sol e atua como uma referência para calibração do sensor. Contudo, embora o Sol forneça uma produção estável, seus raios fortes degradam o difusor com o tempo. A lua, por outro lado, é um difusor ideal, pois sua refletância da luz solar é estável e mais semelhante à da Terra em brilho.

Os cientistas sabem há muito tempo sobre o potencial da Lua. "Não muito depois do programa Apollo, um grupo do U.S. Geological Survey (USGS) desenvolveu uma forma de caracterizar a Lua para que os satélites de observação da Terra pudessem usá-la para calibração, "Turpie disse.

O USGS Robotic Lunar Observatory (ROLO) em Flagstaff, Arizona, mediu a Lua mensalmente de 1995 a 2003. Tom Stone, um cientista da USGS, junto com Hugh Kieffer, um ex-cientista da USGS, desenvolveu um modelo baseado em ROLO que foi e continua a ser usado para ajudar a calibrar sensores de observação da Terra em instrumentos, como SeaWiFS, que operou de 1997 a 2010 e mediu a cor do oceano para monitorar o fitoplâncton. O SeaWiFS olhou para a Lua regularmente para observar quaisquer mudanças na sensibilidade de seu instrumento.

Embora muitas equipes de calibração de missões de observação da Terra usem ROLO, pode haver grandes discrepâncias em seus dados de calibração lunar, Stone disse. A esperança é que as medições altamente precisas do air-LUSI caracterizem essas discrepâncias e determinem se elas são causadas por vieses internos no modelo ROLO ou qualquer outra coisa. "Não podemos validar as calibrações ROLO para algo melhor do que 5%, "Stone disse." Air-LUSI pode melhorar o ROLO ou determinar o que precisa ser melhorado. "

Os novos instrumentos da Air-LUSI são capazes de obter medições de irradiância espectral lunar altamente precisas que terão a menor incerteza de todos os tempos (menos de 1%), Turpie disse, que estabelece a Lua como uma referência de calibração absoluta e ajuda os cientistas de sensoriamento remoto a determinar se os sensores de observação da Terra, como VIIRS, estão gravando mudanças reais na Terra ou mudanças em seus instrumentos.

Embora as missões de observação da Terra possam olhar para a Lua ao mesmo tempo e fase a cada mês como uma forma de perceber as tendências na sensibilidade de seus instrumentos, eles ainda não foram capazes de usar a Lua como uma referência de calibração absoluta, Kurt Thome, um cientista do projeto para missões de observação da Terra no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, disse.

O que significa ser uma referência de calibração absoluta? Se você comparar duas pessoas próximas uma da outra, é fácil ver qual pessoa é mais alta. Contudo, se essas duas pessoas estão em extremos opostos do mundo, a única maneira de comparar suas alturas seria com uma referência absoluta, como uma régua. O objetivo da Air-LUSI é fazer da Lua uma referência de calibração absoluta, o que significa que um instrumento só precisa olhar para a Lua uma vez para determinar a sensibilidade absoluta do instrumento, ao comparar as aparências ao longo do tempo para ver se o instrumento está mudando, Disse Thome.

Um esforço colaborativo

Para coletar informações sobre a Lua, air-LUSI inclui três subsistemas, que requerem experiência de várias organizações, disse Turpie. Sua equipe inclui pessoas do NIST, o USGS, a Universidade de Guelph em Ontário, Canadá e NASA.

O primeiro componente é chamado IRIS, abreviação de Irradiance Instrument Subsystem, e foi projetado pelo NIST. Inclui um instrumento capaz de fazer medições precisas da Lua sentado em um gabinete com temperatura e pressão controladas.

O segundo componente é uma montagem de telescópio robótico chamada ARTEMIS (Autônomo, Robotic Telescope Mount Instrument Subsystem) projetado e construído pela Universidade de Guelph. A ARTEMIS tem uma câmera que rastreia o céu até encontrar a Lua e direciona o telescópio para apontá-la e mantê-la travada no lugar, independentemente do movimento da aeronave.

O componente final é a Adaptação ER-2 de alta altitude, ou HERA. HERA inclui todo o tecido conjuntivo, como cabos e equipamentos de montagem, que mantém o instrumento unido e ao avião, bem como os componentes de estabilização térmica. Air-LUSI é capaz de registrar dados durante o vôo e baixar os dados do avião para o solo.

Um pequeno passo para air-LUSI, um salto gigante para as ciências da Terra

No futuro próximo, um satélite meteorológico operacional se beneficiaria em ser capaz de olhar para a Lua como uma referência de calibração absoluta, Disse Thome. Isso inclui os satélites da Suomi National Polar-Orbiting Partnership (Suomi NPP) e Joint Polar Satellite System-20 (JPSS), bem como aqueles que virão no futuro da NOAA e de seus parceiros internacionais. Cada satélite pode calibrar seus instrumentos pela Lua para comparar como seus sensores estão se segurando aos sensores de outros satélites, Disse Thome.

O próximo Ocean Color Imager da NASA, a bordo do satélite Phytoplankton Aerosols Clouds and Ocean Ecology (PACE), também pretende usar a Lua para calibração, Disse Turpie.

"As medições da Lua do Air-LUSI tornam mais fácil para as pessoas justificarem o uso da Lua para calibrar seus instrumentos, "Thome disse.