A luz pode ser dividida em vários comprimentos de onda e um arco-íris ilustra isso na luz visível. Cada cor é um comprimento de onda de luz diferente. O TSIS-1 da NASA verá mais de 1, 000 bandas de comprimento de onda da luz solar atingindo o topo da atmosfera, incluindo a luz, não podemos sentir com nossos olhos. Crédito:Matthew Almon Roth (via Creative Commons)
Alto na atmosfera, acima dos sistemas meteorológicos, é uma camada de gás ozônio. O ozônio é o protetor solar natural da Terra, absorvendo a radiação ultravioleta mais prejudicial do sol e protegendo os seres vivos abaixo. Mas o ozônio é vulnerável a certos gases produzidos pelos humanos que atingem a alta atmosfera. Uma vez lá, eles reagem na presença da luz solar para destruir as moléculas de ozônio.
Atualmente, vários satélites da NASA e da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA) rastreiam a quantidade de ozônio na alta atmosfera e a energia solar que impulsiona a fotoquímica que cria e destrói o ozônio. A NASA está agora pronta para lançar um novo instrumento para a Estação Espacial Internacional que fornecerá as medições mais precisas já feitas da luz do sol vista de cima da atmosfera da Terra - um componente importante para avaliar os efeitos de longo prazo da química destruidora do ozônio. O sensor de radiação solar total e espectral (TSIS-1) medirá a quantidade total de luz solar que atinge o topo da atmosfera da Terra e como essa luz é distribuída entre os diferentes comprimentos de onda, incluindo comprimentos de onda ultravioleta que não podemos sentir com nossos olhos, mas são sentidos por nossa pele e prejudiciais ao nosso DNA.
Esta não é a primeira vez que a NASA mede a energia total da luz do sol. TSIS-1 é bem-sucedido em missões anteriores e atuais da NASA para monitorar a luz solar que entra com atualizações tecnológicas que devem melhorar a estabilidade, fornecem precisão três vezes melhor e menor interferência de outras fontes de luz, de acordo com Candace Carlisle, Gerente de projeto TSIS-1 no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.
"Precisamos medir todo o espectro da luz solar e os comprimentos de onda individuais para avaliar como o sol afeta a atmosfera da Terra, "disse Dong Wu, Cientista do projeto TSIS-1 em Goddard.
Buraco de ozônio antártico, 10 de outubro, 2017:Roxo e azul representam áreas de baixas concentrações de ozônio na atmosfera; amarelo e vermelho são áreas de maiores concentrações. Tetracloreto de carbono (CCl4), que já foi usado em aplicações como lavagem a seco e como agente extintor de incêndio, foi regulamentado em 1987 pelo Protocolo de Montreal junto com outros clorofluorcarbonos que destroem o ozônio e contribuem para o buraco de ozônio na Antártica. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA
TSIS - verá mais de 1, 000 bandas de comprimento de onda de 200 a 2400 nanômetros. A parte visível do espectro que nossos olhos veem vai de cerca de 390 nanômetros (azul) a 700 nanômetros (vermelho). Um nanômetro é um bilionésimo de um metro.
"Cada cor ou comprimento de onda da luz afeta a atmosfera da Terra de maneira diferente, "Wu disse.
TSIS-1 verá diferentes tipos de luz ultravioleta (UV), incluindo UV-B e UV-C. Cada um desempenha um papel diferente na camada de ozônio. Os raios UV-C são essenciais para a criação de ozônio. Os raios UV-B e alguns produtos químicos naturais regulam a abundância de ozônio na alta atmosfera. A quantidade de ozônio é um equilíbrio entre esses processos naturais de produção e perda. No curso desses processos, Os raios UV-C e UV-B são absorvidos, impedindo-os de alcançar a superfície da Terra e prejudicar os organismos vivos. O estreitamento da camada de ozônio permitiu que alguns raios UV-B atingissem o solo.
Na década de 1970, cientistas teorizaram que certos produtos químicos feitos pelo homem encontrados em latas de spray, condicionadores de ar e refrigeradores podem prejudicar o equilíbrio natural da criação e redução do ozônio e causar uma redução não natural do ozônio protetor. Nos anos 1980, os cientistas observaram a perda de ozônio consistente com as concentrações desses produtos químicos e confirmaram essa teoria.
A imagem à esquerda mostra um sol calmo de outubro de 2010. Do lado direito, a partir de outubro de 2012, mostra uma atmosfera solar muito mais ativa e variada conforme o sol se aproxima do pico da atividade solar, ou máximo solar. O Solar Dynamics Observatory (SDO) da NASA capturou ambas as imagens. Crédito:Goddard Space Flight Center / SDO da NASA
A perda de ozônio foi muito mais severa do que o esperado no Pólo Sul durante a primavera da Antártica (outono nos Estados Unidos), um fenômeno que foi chamado de "buraco de ozônio na Antártica". A descoberta de que os produtos químicos feitos pelo homem podem ter um efeito tão grande na atmosfera da Terra uniu os líderes mundiais. Eles criaram um compromisso internacional para eliminar os produtos químicos que destroem a camada de ozônio, chamado Protocolo de Montreal, que foi universalmente ratificado em 1987 por todos os países que participam das Nações Unidas, e foi atualizado para restringir as restrições e levar em conta os produtos químicos que destroem a camada de ozônio.
Uma década após a ratificação do Protocolo de Montreal, a quantidade de substâncias químicas destruidoras de ozônio de fabricação humana na atmosfera atingiu o pico e começou um lento declínio. Contudo, leva décadas para que esses produtos químicos saiam completamente da atmosfera superior, e as concentrações dessas moléculas produzidas industrialmente não estão diminuindo como esperado, enquanto adicional, novos compostos estão sendo criados e lançados.
Mais de três décadas após a ratificação, Os satélites da NASA verificaram que as perdas de ozônio se estabilizaram e, em alguns locais específicos, até começaram a se recuperar devido às reduções nos produtos químicos destruidores da camada de ozônio regulamentados pelo Protocolo de Montreal.
Como parte de seu trabalho de monitoramento da recuperação do buraco na camada de ozônio, cientistas usam modelos de computador da atmosfera que simulam o físico, processos químicos e climáticos na atmosfera. Esses modelos atmosféricos podem, então, obter dados de observações terrestres e de satélite de vários gases atmosféricos, tanto naturais quanto produzidos pelo homem, para ajudar a prever a recuperação da camada de ozônio. Eles testam os modelos simulando mudanças anteriores e, em seguida, comparam os resultados com medições de satélite para ver se as simulações correspondem aos resultados anteriores. Para executar a melhor simulação possível, os modelos também precisam de medições precisas da luz solar em todo o espectro.
TSIS-1 será afixado na Estação Espacial Internacional em dezembro de 2017 TSIS-1 opera como uma flor do sol:segue o Sol, do nascer ao pôr do sol da ISS, que acontece a cada 90 minutos. No pôr-do-sol, retrocede, recalibra e aguarda o próximo pôr do sol. Crédito:NASA / LASP
"Os modelos atmosféricos precisam de medições precisas da luz solar em todo o mundo para modelar a camada de ozônio corretamente, "disse Peter Pilewskie, Cientista líder do TSIS-1 no Laboratório de Física Atmosférica e Espacial em Boulder, Colorado. Os cientistas aprenderam que variações na radiação ultravioleta produzem mudanças significativas nos resultados das simulações de computador.
Geral, a produção de energia solar varia em aproximadamente 0,1 por cento - ou cerca de 1 watt por metro quadrado entre a parte mais e menos ativa de um ciclo solar de 11 anos. O ciclo solar é marcado pela alternância de períodos de alta e baixa atividade das manchas solares, regiões escuras de atividade magnética complexa na superfície do sol. Enquanto a luz ultravioleta representa uma pequena fração da luz solar total que atinge o topo da atmosfera da Terra, flutua muito mais, em qualquer lugar de 3 a 10 por cento, uma mudança que, por sua vez, causa pequenas mudanças na composição química e na estrutura térmica da alta atmosfera.
É aí que entra o TSIS-1. "As medições [TSIS] do espectro solar são três vezes mais precisas do que os instrumentos anteriores, "disse Pilewskie. Suas medições de alta qualidade permitirão aos cientistas ajustar seus modelos de computador e produzir melhores simulações do comportamento da camada de ozônio, bem como outros processos atmosféricos influenciados pela luz solar, como o movimento dos ventos e do clima.
TSIS-1 se junta a uma frota de missões de observação da Terra da NASA que monitoram quase todos os aspectos do sistema terrestre, observando quaisquer mudanças em nosso ambiente que possam prejudicar a vida.
