NASA ser på solformørkelse for å forstå jordens energisystem

Anonim

Det var midt på ettermiddagen, men det var mørkt i et område i Boulder, Colorado den 3. august 1998. En tykk sky viste seg overhead og dimmet landet under i mer enn 30 minutter. Godkalibrerte radiometre viste at det var svært lave nivåer av lys som nådde bakken, tilstrekkelig lavt at forskerne bestemte seg for å simulere denne interessante hendelsen med datamodeller. Nå i 2017, inspirert av hendelsen i Boulder, vil NASA-forskerne utforske månens solformørkelse for å lære mer om jordens energisystem.

21. august 2017 ser forskerne på årets totale solformørkelse som går over hele Amerika for å forbedre våre modelleringsegenskaper av jordens energi. Guoyong Wen, en NASA-forsker som jobber for Morgan State University i Baltimore, leder et team for å samle data fra bakken og satellittene før, under og etter formørkelsen, slik at de kan simulere årets formørkelse ved hjelp av en avansert datamodell, kalt en 3- D radiative overføringsmodell. Hvis vellykket, vil Wen og hans team bidra til å utvikle nye beregninger som forbedrer våre estimater av mengden solenergi som når bakken, og vår forståelse av en av de viktigste aktørene i regulering av jordens energisystem, skyer.

Jordens energisystem er i konstant dans for å opprettholde en balanse mellom innkommende stråling fra solen og utgående stråling fra jord til rom, hvilke forskere kaller jordens energibudget. Rolle av skyer, både tykk og tynn, er viktig i deres effekt på energibalanse.

Som en gigantisk sky, vil månen i 2017 total solformørkelse kaste en stor skygge over en sverige i USA. Wen og hans team kjenner allerede dimensjonene og lysblokkende egenskapene til månen, men vil bruke jord- og rominstrumenter for å lære hvordan denne store skyggen påvirker mengden av sollys som når jordens overflate, spesielt rundt kantene på skyggen.

"Dette er første gang vi kan bruke målinger fra bakken og fra rommet for å simulere månens skygge som går over jordens overflate i USA og beregne energi som når jorden, " sa Wen. Forskere har gjort omfattende atmosfæriske målinger i løpet av formørkelser før, men dette er den første muligheten til å samle koordinert data fra bakken og fra et romfartøy som observerer hele solbelyst jord under en formørkelse, takket være Nasjonal Havs og Atmosfærisk Administrasjons Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) i februar 2015.

Selv om månen blokkerer solen under en solformørkelse og skyer som blokkerer sollys til jordens overflate, er to forskjellige fenomener, begge krever liknende matematiske beregninger for å forstå effekten effektivt. Wen forventer at dette eksperimentet vil bidra til å forbedre dagens modellberegninger og vår kunnskap om skyer, spesielt tykkere, lavtliggende skyer som kan dekke om lag 30 prosent av planeten til enhver tid.

I dette eksperimentet vil Wen og hans team simulere total solformørkelse i en 3-D radiativ overføringsmodell, som hjelper forskere til å forstå hvordan energi spres på jorden. For tiden har modeller en tendens til å skildre skyer i en dimensjon. I mange tilfeller kan disse endimensjonale beregningene skape nyttige vitenskapsmodeller for å forstå atmosfæren. Noen ganger er det imidlertid nødvendig med en tredimensjonal beregning for å gi mer nøyaktige resultater. Den store forskjellen er at 3-D-skyer reflekterer eller sprer solenergi i mange retninger, fra toppen og bunnen, og også ut av skyens sider. Denne 3-D-opplæringen resulterer i ulike mengder energi som når bakken enn en en-dimensjonal modell kunne forutse.

"Vi tester muligheten til å gjøre en bestemt type kompleks beregning, en test av en 3-D matematisk teknikk, for å se om dette er en forbedring i forhold til den forrige teknikken, " sa Jay Herman, forsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og medforsker av prosjektet. "Hvis dette lykkes, vil vi få et bedre verktøy for å implementere i klimamodeller, og kan bruke det til å svare på spørsmål og jordens energibudget og klima." For den kommende formørkelsen vil Wen og hans lagmedlemmer bli stasjonert i Casper, Wyoming og Columbia, Missouri for å samle inn informasjon om mengden energi som overføres til og fra jorden før, under og rett etter formørkelsen med flere jordinstrumenter.

Et jordbasert, NASA-utviklet Pandora Spectrometer Instrument vil gi informasjon om hvor mye av en gitt bølgelengde lys er til stede, og et pyranometer måler total solenergi fra alle retninger som kommer ned mot overflaten. Umiddelbart før og etter formørkelsen vil forskere måle annen informasjon som mengden av absorberende sporgasser i atmosfæren, for eksempel ozon, nitrogendioxyd og små aerosolpartikler som også kan brukes i 3-D-modellen.

I mellomtiden vil NASAs Earth Polychromatic Imaging Camera, eller EPIC, instrument ombord på DSCOVR-romfartøyet, observere lyset som forlater jorden og tillate forskere å estimere mengden lys som når jordens overflate. I tillegg vil NASAs to MODIS satellittinstrumenter, ombord agenturets Terra og Aqua satellitter, lansert i henholdsvis 1999 og 2002, gi observasjoner av atmosfæriske og overflateforhold til og med før og etter formørkelsen. Forskerne vil da kombinere jordmålinger med de som observeres av romskipet.

Dette eksperimentet utfyller NASAs tiår lange forpliktelse til å observere og forstå bidrag til jordens energibudget. I mer enn 30 år har NASA målt og beregnet mengden solenergi som rammer toppen av atmosfæren, mengden av solens energi reflekteres tilbake til verdensrommet og hvor mye termisk energi som utgis av planeten vår til verdensrommet. Disse målingene har vært mulige takket være instrumenter og oppdrag som ACRIMSAT og SOLSTICE (lansert i 1991), og SORCE, lansert i 2003, samt serien CERES-instrumenter fløyet ombord Terra, Aqua og Suomi-NPP (lansert i 2011) .

I høst vil NASA fortsette å overvåke forholdet mellom sol og jord ved å lansere Total og Spectral Solar Irradiance Sensor-1, eller TSIS-1, til den internasjonale romstasjonen og CERES-instrumentets 6th Clouds og Earth's Radiant Energy System CERES-instrument, CERES FM6, å bane senere i år. Fem CERES-instrumenter er for tiden på bane om bord på tre satellitter.

menu
menu