Um instrumento muito pequeno tem um grande trabalho pela frente:medir toda a energia direcionada à Terra vinda do sol e ajudar os cientistas a entender como essa energia influencia o clima severo do nosso planeta, as mudanças climáticas e outras forças globais.
Do tamanho de uma caixa de sapatos ou console de jogos, o Compact Total Irradiance Monitor (CTIM) é o menor satélite já enviado para observar a soma de toda a energia solar que a Terra recebe do sol - também conhecida como "irradiância solar total".

A irradiância solar total é um componente importante do balanço de radiação da Terra, que rastreia o equilíbrio entre a entrada e a saída de energia solar. Quantidades crescentes de gases de efeito estufa emitidos por atividades humanas, como a queima de combustíveis fósseis, retêm quantidades crescentes de energia solar na atmosfera da Terra.

Esse aumento de energia aumenta as temperaturas globais e muda o clima da Terra, o que, por sua vez, impulsiona coisas como o aumento do nível do mar e o clima severo.

"De longe, a entrada de energia dominante para o clima da Terra vem do sol", disse Dave Harber, pesquisador sênior da Universidade do Colorado, Boulder, Laboratório de Física Atmosférica e Espacial (LASP) e investigador principal do CTIM. “É uma entrada chave para modelos preditivos que preveem como o clima da Terra pode mudar ao longo do tempo”.

Missões da NASA como o Earth Radiation Budget Experiment e instrumentos da NASA como o CERES permitiram que os cientistas climáticos mantivessem um recorde ininterrupto de irradiância solar total que remonta a 40 anos. Isso permitiu que os pesquisadores descartassem o aumento da energia solar como culpado pelas mudanças climáticas e reconhecessem o papel que os gases de efeito estufa desempenham no aquecimento global.

Garantir que o registro permaneça ininterrupto é de suma importância para os cientistas da Terra. Com um registro ininterrupto de irradiação solar total, os pesquisadores podem detectar pequenas flutuações na quantidade de radiação solar que a Terra recebe durante o ciclo solar, bem como enfatizar o impacto das emissões de gases de efeito estufa no clima da Terra.

Por exemplo, no ano passado, pesquisadores da NASA e da NOAA se basearam no registro ininterrupto de irradiação solar total para determinar que, entre 2005 e 2019, a quantidade de radiação solar que permanece na atmosfera da Terra quase dobrou.

"Para garantir que possamos continuar a coletar essas medições, precisamos tornar os instrumentos tão eficientes e econômicos quanto possível", disse Harber.

O CTIM é um protótipo:sua demonstração de voo ajudará os cientistas a determinar se pequenos satélites podem ser tão eficazes na medição da irradiância solar total quanto instrumentos maiores, como o instrumento Total Irradiance Monitor (TIM) usado a bordo da missão SORCE concluída e o TSIS-1 em andamento missão na Estação Espacial Internacional. Se for bem-sucedido, o protótipo avançará nas abordagens usadas para instrumentos futuros.

O detector de radiação da CTIM tira proveito de um novo material de nanotubos de carbono que absorve 99,995% da luz recebida. Isso o torna excepcionalmente adequado para medir a irradiância solar total.

Reduzir o tamanho de um satélite reduz o custo e a complexidade da implantação desse satélite em órbita terrestre baixa. Isso permite que os cientistas preparem instrumentos sobressalentes que podem preservar o registro de dados da TSI caso um instrumento existente funcione mal.

O novo detector de radiação da CTIM - também conhecido como bolômetro - aproveita um novo material desenvolvido em conjunto com pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia.

"Parece um tapete felpudo muito, muito escuro. Era a substância mais preta que os humanos já haviam fabricado quando foi criada, e continua a ser um material excepcionalmente útil para observar TSI", disse Harber.

Feito de minúsculos nanotubos de carbono dispostos verticalmente em uma pastilha de silício, o material absorve quase toda a luz ao longo do espectro eletromagnético.

Juntos, os dois bolômetros da CTIM ocupam menos espaço do que a face de um quarto. Isso permitiu que Harber e sua equipe desenvolvessem um pequeno instrumento adequado para coletar dados totais de irradiância de uma pequena plataforma CubeSat.

Um instrumento irmão, o Compact Spectral Irradiance Monitor (CSIM), usou os mesmos bolômetros em 2019 para explorar com sucesso a variabilidade nas faixas de luz presentes na luz solar. Futuras missões da NASA podem mesclar CTIM e CSIM em uma única ferramenta compacta para medir e dissecar a radiação solar.

"Agora estamos nos perguntando:'Como podemos pegar o que desenvolvemos com CSIM e CTIM e integrá-los juntos'", disse Harber.

Harber espera que o CTIM comece a coletar dados cerca de um mês após o lançamento, atualmente programado para 30 de junho de 2022, a bordo do STP-28A, uma missão da Força Espacial executada pela Virgin Orbit. Assim que Harber e seus colegas do LASP desdobrarem os painéis solares do CTIM e verificarem cada um de seus subsistemas, eles ativarão o CTIM. É um processo delicado, que exige diligência e extremo cuidado.

"Queremos tomar nosso tempo e garantir que estamos realizando essas etapas com rigor e que cada componente deste instrumento esteja funcionando corretamente antes de passarmos para a próxima etapa", disse Harber. "Apenas demonstrar que podemos reunir essas medidas com um CubeSat seria um grande negócio. Isso seria muito gratificante."

Financiado através do programa InVEST no Earth Science Technology Office da NASA, o CTIM é lançado do Mojave Air and Space Port, na Califórnia, a bordo do foguete LauncherOne da Virgin Orbit como parte da missão STP-S28A da Força Espacial dos Estados Unidos.

Outro graduado da NASA pelo programa de tecnologia InVEST, o NACHOS-2, também estará a bordo. Um gêmeo NACHOS, NACHOS-2, ajudará o Departamento de Energia a monitorar gases-traço na atmosfera da Terra. + Explorar mais

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