Depois de quase duas décadas, o Sol se pôs para o Experimento de Radiação e Clima SOlar da NASA (SORCE), uma missão que continuou e avançou o recorde de 40 anos da agência de medição da irradiância solar e estudo de sua influência no clima da Terra.

A equipe SORCE desligou a espaçonave em 25 de fevereiro, 2020, concluindo 17 anos medindo o valor, espectro e flutuações da energia solar entrando na atmosfera da Terra - informações vitais para a compreensão do clima e do equilíbrio energético do planeta. O legado da missão é continuado pelo sensor de radiação solar total e espectral (TSIS-1), lançado na Estação Espacial Internacional em dezembro de 2017, e TSIS-2, que será lançado a bordo de sua própria espaçonave em 2023.

Monitorando a "bateria" da Terra

O Sol é a principal fonte de energia da Terra. Energia do Sol, chamado de irradiância solar, impulsiona o clima da Terra, temperatura, clima, química atmosférica, os ciclos do oceano, balanço de energia e muito mais. Os cientistas precisam de medições precisas de energia solar para modelar esses processos, e os avanços tecnológicos nos instrumentos da SORCE permitiram medições de irradiância solar mais precisas do que as missões anteriores.

"Essas medições são importantes por dois motivos, "disse Dong Wu, cientista do projeto para SORCE e TSIS-1 no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Os cientistas do clima precisam saber quanto varia o Sol, então eles sabem quanta mudança no clima da Terra é devido à variação solar. Em segundo lugar, debatemos por anos, O Sol está ficando mais brilhante ou mais escuro ao longo de centenas de anos? Vivemos apenas um curto período, mas uma tendência precisa se tornará muito importante. Se você sabe como o Sol está variando e pode estender esse conhecimento para o futuro, você pode então colocar a entrada solar futura prevista em modelos climáticos, juntamente com outras informações, como concentrações de gases traço, para estimar qual será o nosso clima futuro. "

Os quatro instrumentos da SORCE mediram a irradiância solar de duas maneiras complementares:Total e espectral.

Irradiância solar total, ou TSI, é a quantidade total de energia solar que atinge a atmosfera externa da Terra em um determinado momento. As manchas solares (áreas escurecidas na superfície do Sol) e faculae (áreas iluminadas) criam pequenas variações do TSI que aparecem como mudanças mensuráveis ​​no clima e nos sistemas da Terra. Do espaço, SORCE e outras missões de irradiância solar medem o TSI sem interferência da atmosfera da Terra.

Os valores do TSI da SORCE foram ligeiramente, mas significativamente mais baixos do que aqueles medidos por missões anteriores. Isso não foi um erro - seu Monitor de Irradiance Total era dez vezes mais preciso do que os instrumentos anteriores. Essas entradas melhoradas de irradiância solar no clima da Terra e nos modelos meteorológicos a partir do que estava disponível anteriormente.

"A grande surpresa com o TSI foi que a quantidade de irradiância que mediu foi 4,6 watts por metro quadrado menor do que o esperado, "disse Tom Woods, Pesquisador principal da SORCE e associado de pesquisa sênior do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado (LASP) em Boulder, Colorado. “Isso deu início a toda uma discussão científica e ao desenvolvimento de um novo laboratório de calibração para instrumentos TSI. Descobriu-se que o TIM estava correto, e todas as medições de irradiância anteriores foram erroneamente altas. "

"Não é sempre em estudos climáticos que você dá um salto quântico na capacidade de medição, mas a melhoria dez vezes maior na precisão pela SORCE / TIM foi exatamente isso, "disse Greg Kopp, Cientista de instrumentos TIM para SORCE e TSIS no LASP.

As outras medições da SORCE focaram na irradiância solar espectralmente resolvida (SSI):A variação da irradiância solar com o comprimento de onda em todo o espectro solar, cobrindo as principais regiões de comprimento de onda importantes para o clima da Terra e a composição atmosférica.

Além do conhecido arco-íris de cores na luz visível, a energia solar também contém comprimentos de onda ultravioleta mais curtos e comprimentos de onda infravermelhos mais longos, ambos desempenham papéis importantes em afetar a atmosfera da Terra. As camadas atmosféricas e a superfície da Terra absorvem diferentes comprimentos de onda de energia, por exemplo, ozônio atmosférico absorve radiação ultravioleta prejudicial, enquanto o vapor de água atmosférico e o dióxido de carbono absorvem a radiação infravermelha de comprimento de onda mais longo, o que mantém a superfície quente. SORCE foi a primeira missão de satélite a registrar um amplo espectro de SSI por um longo período, rastreando comprimentos de onda de 1 a 2.400 nanômetros em seus três instrumentos SSI.

“Para a saúde pública, a química do ozônio e a radiação ultravioleta são muito importantes, e a luz visível é importante para a modelagem climática, "Wu disse." Precisamos saber a variabilidade solar em diferentes comprimentos de onda e comparar essas medições com nossos modelos. "

SORCE observou o Sol em dois mínimos solares (períodos de baixa atividade de manchas solares), fornecendo informações valiosas sobre a variabilidade em um período relativamente curto de 11 anos. Mas um registro mais longo é necessário para melhorar as previsões de longo prazo, Disse Wu.

Comprando tempo para uma missão de envelhecimento

SORCE foi originalmente projetado para coletar dados por apenas cinco anos. Estendendo sua vida útil para 17 exigia engenharia criativa e engenhosa, disse Eric Moyer, Diretor da missão da SORCE em Goddard.

A bateria da SORCE começou a degradar em seu oitavo ano de operação, não fornecendo mais energia suficiente para oferecer suporte à coleta de dados consistente. Infelizmente, o instrumento da NASA projetado para realizar suas medições TSI, Glória, foi perdida logo após seu lançamento em 2011, e o próximo instrumento, o Experimento de transferência de calibração de irradiância solar total da Força Aérea dos EUA / NOAA (TCTE), não seria lançado até 2013. Se SORCE não pudesse mais operar, o registro de irradiância solar em andamento pode ser interrompido. Porque o Sol muda muito lentamente - suas manchas solares e fáculas seguem um ciclo de 11 anos, e algumas mudanças duram décadas ou mesmo séculos - um longo, o registro contínuo é essencial para entender como o Sol se comporta.

A equipe de engenharia mudou para a coleta de dados solares apenas durante o dia, desligando os instrumentos e parte da espaçonave durante a noite, parte da órbita SORCE. Este plano efetivamente permitiu que o satélite funcionasse sem bateria funcionando, Woods disse - uma conquista de engenharia inovadora.

"As equipes de operação e ciência em nossas organizações parceiras desenvolveram e implementaram uma maneira completamente nova de operar esta missão quando ela parecia ter acabado por causa da perda de capacidade da bateria, "disse Moyer. LASP e Northrup Grumman Space Systems lideraram o desenvolvimento de um novo software operacional para continuar a missão SORCE." equipe altamente dedicada perseverou e se destacou ao enfrentar os desafios operacionais. Estou muito orgulhoso de sua excelente realização e honrado por ter tido a oportunidade de participar da gestão da missão SORCE. "

Continuando um legado brilhante

Quando o tempo de SORCE no Sol termina, O registro de irradiância solar da NASA continua com o TSIS-1. Os dois instrumentos da missão medem o TSI e o SSI com instrumentos ainda mais avançados que se baseiam no legado da SORCE, disse Wu. Eles já permitiram avanços como estabelecer uma nova referência para o Sol "tranquilo" quando não havia manchas solares em 2019, e para comparar isso com as observações SORCE do mínimo do ciclo solar anterior em 2008.

O TSIS-2 está programado para ser lançado em 2023 com instrumentos idênticos ao TSIS-1. Seu ponto de vantagem a bordo de sua própria espaçonave lhe dará mais flexibilidade do que a coleta de dados do TSIS-1 a bordo da ISS.

"Estamos ansiosos para continuar a ciência inovadora introduzida pela SORCE, e manter o registro de dados de irradiância solar ao longo desta década e além com TSIS-1 e 2, "disse Peter Pilewskie do LASP, investigador principal das missões TSIS. "SORCE definiu o padrão de precisão de medição e cobertura espectral, dois atributos da missão que foram essenciais para compreender o papel do Sol no sistema climático. O TSIS fez melhorias adicionais que devem aprimorar ainda mais os estudos de clima solar. "

"As medições de irradiância solar são muito desafiadoras, e a equipe SORCE propôs uma maneira diferente, uma nova tecnologia, para medi-los, "disse Wu." Usando tecnologia avançada para avançar nossa capacidade científica, SORCE é um ótimo exemplo do espírito da NASA. "