Uma nova câmera infravermelha de alta resolução equipada com uma variedade de filtros leves poderia sondar a luz solar refletida na atmosfera superior e na superfície da Terra, melhorar os alertas de incêndios florestais e revelar a composição molecular de outros planetas.



As câmeras usam sensores de superrede de camada tensa sensíveis e de alta resolução, inicialmente desenvolvidos no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.

Sua construção compacta, baixa massa e adaptabilidade permitem que engenheiros como Tilak Hewagama os adaptem às necessidades de diversas ciências.

“Anexar filtros diretamente ao detector elimina a massa substancial dos sistemas tradicionais de lentes e filtros”, disse Hewagama. "Isso permite um instrumento de baixa massa com um plano focal compacto que agora pode ser resfriado para detecção infravermelha usando refrigeradores menores e mais eficientes. Satélites e missões menores podem se beneficiar de sua resolução e precisão."

O engenheiro Murzy Jhabvala liderou o desenvolvimento inicial do sensor no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, além de liderar os esforços atuais de integração de filtros.

Jhabvala também liderou o experimento Compact Thermal Imager na Estação Espacial Internacional, que demonstrou como a nova tecnologia de sensores poderia sobreviver no espaço e, ao mesmo tempo, provar ser um grande sucesso para as ciências da Terra. Mais de 15 milhões de imagens capturadas em duas bandas infravermelhas renderam aos inventores, Jhabvala, e aos colegas de Goddard da NASA, Don Jennings e Compton Tucker, o prêmio de Invenção do Ano da agência para 2021.

Os dados do teste forneceram informações detalhadas sobre incêndios florestais, melhor compreensão da estrutura vertical das nuvens e da atmosfera da Terra e capturaram uma corrente ascendente causada pelo vento que levanta as características terrestres da Terra, chamada onda gravitacional.

Os inovadores sensores infravermelhos usam camadas de estruturas moleculares repetidas para interagir com fótons individuais ou unidades de luz. Os sensores resolvem mais comprimentos de onda de infravermelho em uma resolução mais alta:260 pés (80 metros) por pixel da órbita, em comparação com 1.000 a 3.000 pés (375 a 1.000 metros) possíveis com as câmeras térmicas atuais.

O sucesso dessas câmeras de medição de calor atraiu investimentos do Earth Science Technology Office (ESTO) da NASA, da Inovação e Pesquisa para Pequenas Empresas e de outros programas para personalizar ainda mais seu alcance e aplicações.

Jhabvala e a equipe Advanced Land Imaging Thermal IR Sensor (ALTIRS) da NASA estão desenvolvendo uma versão de seis bandas para o projeto aerotransportado LiDAR, Hyperspectral e Thermal Imager (G-LiHT) deste ano. Esta câmera inédita medirá o calor da superfície e permitirá o monitoramento da poluição e observações de incêndios em altas taxas de quadros, disse ele.

O cientista Goddard Earth da NASA, Doug Morton, lidera um projeto ESTO desenvolvendo um Compact Fire Imager para detecção e previsão de incêndios florestais.

“Não veremos menos incêndios, por isso estamos tentando entender como os incêndios liberam energia ao longo do seu ciclo de vida”, disse Morton. “Isso nos ajudará a compreender melhor a nova natureza dos incêndios em um mundo cada vez mais inflamável”.

O CFI monitorará tanto os incêndios mais quentes, que liberam mais gases de efeito estufa, quanto os carvões e cinzas mais frios e fumegantes, que produzem mais monóxido de carbono e partículas transportadas pelo ar, como fumaça e cinzas.

“Esses são ingredientes essenciais quando se trata de segurança e compreensão dos gases de efeito estufa liberados pelas queimadas”, disse Morton.

Depois de testar o gerador de imagens de incêndios em campanhas aéreas, a equipe de Morton prevê equipar uma frota de 10 pequenos satélites para fornecer informações globais sobre incêndios com mais imagens por dia.

Combinada com modelos de computador da próxima geração, disse ele, “esta informação pode ajudar o serviço florestal e outras agências de combate a incêndios a prevenir incêndios, melhorar a segurança dos bombeiros na linha de frente e proteger a vida e a propriedade daqueles que vivem no caminho dos incêndios”.

Investigando nuvens na Terra e além

Equipado com filtros de polarização, o sensor pode medir como as partículas de gelo nas nuvens da atmosfera superior da Terra se espalham e polarizam a luz, disse Dong Wu, cientista da NASA Goddard Earth.

Essas aplicações complementariam a missão PACE – Plâncton, Aerossol, Nuvem, Ecossistema oceânico da NASA, disse Wu, que revelou suas primeiras imagens de luz no início deste mês. Ambos medem a polarização da orientação das ondas de luz em relação à direção de deslocamento de diferentes partes do espectro infravermelho.

“Os polarímetros PACE monitoram a luz visível e infravermelha de ondas curtas”, explicou ele. "A missão se concentrará nas ciências dos aerossóis e das cores dos oceanos a partir de observações diurnas. Nos comprimentos de onda do infravermelho médio e longo, o novo polarímetro infravermelho capturaria as propriedades das nuvens e da superfície das observações diurnas e noturnas."

Num outro esforço, Hewagama está a trabalhar com Jhabvala e Jennings para incorporar filtros lineares variáveis ​​que fornecem detalhes ainda maiores no espectro infravermelho. Os filtros revelam a rotação e vibração das moléculas atmosféricas, bem como a composição da superfície da Terra.

Essa tecnologia também poderia beneficiar missões a planetas rochosos, cometas e asteróides, disse a cientista planetária Carrie Anderson. Ela disse que eles poderiam identificar gelo e compostos voláteis emitidos em enormes plumas da lua de Saturno, Encélado.

"Eles são essencialmente gêiseres de gelo", disse ela, "que obviamente são frios, mas emitem luz dentro dos limites de detecção do novo sensor infravermelho. Observar as plumas contra o sol como pano de fundo nos permitiria identificar sua composição e distribuição vertical muito claro."

Fornecido pela NASA