Em 31 de janeiro, A NASA encerrou a carreira de quase 14 anos de descobertas do Tropospheric Emission Spectrometer (TES). Lançado em 2004 na espaçonave Aura da NASA, TES foi o primeiro instrumento projetado para monitorar o ozônio nas camadas mais baixas da atmosfera diretamente do espaço. Suas observações de alta resolução levaram a novas medições de gases atmosféricos que alteraram nossa compreensão do sistema terrestre.

O TES foi planejado para uma missão de cinco anos, mas durou muito mais que esse mandato. Um braço mecânico do instrumento começou a travar intermitentemente em 2010, afetando a capacidade do TES de coletar dados continuamente. A equipe de operações TES adaptou-se operando o instrumento para maximizar as operações científicas ao longo do tempo, tentando estender o conjunto de dados o maior tempo possível. Contudo, a paralisação aumentou a ponto de a TES perder operações em cerca de metade do ano passado. As lacunas de dados dificultaram o uso de dados TES para pesquisa, levando à decisão da NASA de desativar o instrumento. Ele permanecerá no satélite Aura, recebendo energia suficiente para evitar que fique tão frio que pode quebrar e afetar os dois instrumentos restantes em funcionamento.

"O fato de o instrumento durar tanto tempo é uma prova da tenacidade das equipes de instrumentos responsáveis ​​pelo projeto, construir e operar o instrumento, "disse Kevin Bowman do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, o investigador principal do TES.

Uma sonda True Earth System

O TES foi originalmente concebido para medir o ozônio na troposfera, a camada de atmosfera entre a superfície e a altitude onde os jatos intercontinentais voam, usando observações de alta resolução espectral de radiação infravermelha térmica. Contudo, TES lançou uma rede mais ampla, captura de assinaturas de uma ampla gama de outros gases atmosféricos, bem como do ozônio. Essa flexibilidade permitiu que o instrumento contribuísse para uma ampla gama de estudos - não apenas a química atmosférica e os impactos das mudanças climáticas, mas estudos dos ciclos da água, nitrogênio e carbono.

Uma das surpresas da missão foi a medição da água pesada:moléculas de água compostas por deutério, um isótopo de hidrogênio que possui mais nêutrons do que o hidrogênio normal. A proporção de deutério para água "normal" no vapor d'água dá pistas sobre a história do vapor - como ele evaporou e caiu como precipitação no passado - o que por sua vez ajuda os cientistas a discernir o que controla a quantidade na atmosfera.

Dados de água pesada levaram a avanços fundamentais em nossa compreensão do ciclo da água que não eram possíveis antes, por exemplo, como tempestades tropicais mantêm a troposfera hidratada, quanta água na atmosfera é evaporada das plantas e do solo em comparação com a água superficial, e como a água "exalada" da vegetação do sul da Amazônia dá início à estação chuvosa da floresta tropical. JPL cientista John Worden, o pioneiro desta medição, disse, "Tornou-se uma das aplicações mais importantes do TES. Ele nos dá uma janela única para o ciclo hidrológico da Terra."

Embora o ciclo do nitrogênio não seja tão bem medido ou entendido como o ciclo da água, o nitrogênio compõe 78 por cento da atmosfera, e sua conversão em outros compostos químicos é essencial para a vida. O TES demonstrou a primeira medição espacial de um composto chave de nitrogênio, amônia. Este composto é um fertilizante amplamente utilizado para a agricultura na forma sólida, mas como um gás, ele reage com outros compostos na atmosfera para formar poluentes prejudiciais.

Outro composto de nitrogênio, nitrato de peroxiacetil (PAN), pode ser elevado à troposfera a partir de incêndios e emissões humanas. Em grande parte invisível nos dados coletados no nível do solo, este poluente pode viajar grandes distâncias antes de voltar à superfície, onde pode formar ozônio. O TES mostrou como o PAN variou globalmente, incluindo como os incêndios influenciaram sua distribuição. "O TES realmente abriu o caminho em nosso entendimento global do PAN e da [amônia], duas espécies-chave no ciclo do nitrogênio atmosférico, "disse Emily Fischer, professor assistente no departamento de ciências atmosféricas da Colorado State University, Fort Collins.

As Três Faces do Ozônio

Ozônio, um gás de origem natural e humana, é conhecido por suas múltiplas "personalidades". Na estratosfera, o ozônio é benigno, protegendo a Terra da radiação ultravioleta de entrada. Na troposfera, tem duas funções prejudiciais distintas, dependendo da altitude. No nível do solo, é um poluente que prejudica plantas e animais vivos, incluindo humanos. Mais alto na troposfera, é o terceiro gás de efeito estufa mais importante produzido pelo homem, capturando a radiação térmica de saída e aquecendo a atmosfera.

Dados TES, em conjunto com dados de outros instrumentos no Aura, foram usados ​​para desembaraçar essas personalidades, levando a uma compreensão significativamente melhor do ozônio e seu impacto na saúde humana, clima e outras partes do sistema terrestre.

As correntes de ar na troposfera média e alta transportam ozônio não apenas através dos continentes, mas através dos oceanos para outros continentes. Um estudo de 2015 usando medições TES descobriu que os níveis de ozônio troposférico da costa oeste dos EUA eram mais altos do que o esperado, dada a diminuição das emissões dos EUA, em parte por causa do ozônio que se espalhou pelo Oceano Pacífico vindo da China. O rápido crescimento das emissões asiáticas de gases precursores - gases que interagem para criar ozônio, incluindo monóxido de carbono e dióxido de nitrogênio - mudou a paisagem global do ozônio.

"O TES testemunhou mudanças dramáticas nas quais os gases que criam o ozônio são produzidos. As medições notavelmente estáveis ​​do TES e a capacidade de resolver as camadas da troposfera nos permitiram separar as mudanças naturais daquelas impulsionadas pelas atividades humanas, "disse a cientista do JPL Jessica Neu, coautor do estudo.

Mudanças regionais nas emissões de gases precursores de ozônio alteram não apenas a quantidade de ozônio na troposfera, mas sua eficiência como um gás de efeito estufa. Os cientistas usaram medições TES do efeito estufa do ozônio, combinado com modelos de clima químico, quantificar como os padrões globais dessas emissões alteraram o clima. “Para melhorar a qualidade do ar e mitigar as mudanças climáticas, precisamos entender como as emissões de poluentes humanos afetam o clima nas escalas em que as políticas são promulgadas [isto é, na escala de uma cidade, estado ou país]. Os dados do TES abriram caminho para que os satélites pudessem desempenhar um papel central, "disse Daven Henze, professor associado do departamento de engenharia mecânica da Universidade do Colorado em Boulder.

Uma missão de desbravador

"TES foi um pioneiro, coletar um novo conjunto de medições com novas técnicas, que agora estão sendo usados ​​por uma nova geração de instrumentos, "Bowman disse. Seus instrumentos sucessores são usados ​​para monitoramento atmosférico e previsão do tempo. Entre eles estão o instrumento Cross-track Infrared Sounder (CrIS) da National Oceanic and Atmospheric Administration no satélite NOAA-NASA Suomi-NPP e o interferômetro de sondagem atmosférica infravermelha (IASI) série, desenvolvido pela agência espacial francesa em parceria com EUMETSAT, a organização europeia de satélites meteorológicos.

Cathy Clerbaux, um cientista sênior do French Centre National de la Recherche Scientifique, que é o principal cientista da série IASI, disse, "A influência do TES em missões posteriores como a nossa foi muito importante. O TES demonstrou a possibilidade de derivar a concentração de gases atmosféricos usando interferometria para observar suas propriedades moleculares. Embora instrumentos semelhantes existissem para sondar a atmosfera superior, O TES foi especial ao permitir medições mais próximas da superfície, onde reside a poluição. Os resultados científicos obtidos com a IASI se beneficiaram muito da estreita colaboração que desenvolvemos com os cientistas do TES. "

Os cientistas do TES foram pioneiros em outra maneira:combinando as medições do instrumento com as de outros instrumentos para produzir conjuntos de dados aprimorados, revelando mais do que qualquer conjunto original de observações. Por exemplo, combinar o instrumento de monitoramento de ozônio nas medições do Aura em comprimentos de onda ultravioleta com as medições de infravermelho térmico do TES fornece um conjunto de dados com sensibilidade aprimorada aos poluentes do ar próximos à superfície.

A equipe agora está aplicando essa capacidade a medições por outros pares de instrumentos - por exemplo, monóxido de carbono (CO) aprimorado de CrIS com CO e outras medições do Instrumento de Monitoramento TROPOspheric (TROPOMI) no satélite Copernicus Sentinel-5 Precursor da Agência Espacial Europeia. "A aplicação dos algoritmos TES aos dados CrIS e TROPOMI continuará o registro de 18 anos de medições exclusivas de monóxido de carbono próximas à superfície do instrumento de medição de poluição na troposfera do satélite Terra da NASA, ou MOPITT] na próxima década, "disse Helen Worden, um cientista do National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, que é o investigador principal do MOPITT e um membro da equipe científica do TES.

Essas novas técnicas desenvolvidas para o TES, juntamente com amplas aplicações em todo o Sistema Terrestre, garantem que o legado da missão continuará por muito tempo após a despedida final do TES.