NASA išče sončno mrk, da pomaga razumeti energetski sistem Zemlje

Anonim

Bilo je middingnoon, vendar je bilo temno na območju v Boulderju, Colorado, 3. avgusta 1998. Gusto oblak se je pojavil nad glavo in zatemnil zemljo za več kot 30 minut. Dobro umerjeni radiometri so pokazali, da je bilo zelo nizko raven svetlobe, ki je dosegla tla, dovolj nizka, da so se raziskovalci odločili za simulacijo tega zanimivega dogodka z računalniškimi modeli. Zdaj bodo leta 2017, navdihnjeni s prireditvijo v Boulderju, znanstveniki NASA preučili luninsko mrkavo sonce, da bi izvedeli več o energijskem sistemu Zemlje.

21. avgusta 2017 znanstveniki pričakujejo letošnje popolno sončno mrčenje, ki poteka po Ameriki, da bi izboljšali naše sposobnosti modeliranja energije Zemlje. Guoyong Wen, znanstvenik iz NASA, ki dela na Univerzi Morgan State University v Baltimoru, vodi skupino, ki zbira podatke iz tal in satelitov pred, med in po mrkm, da lahko simulirajo letošnje mrkle z naprednim računalniškim modelom, imenovanim 3- D radiacijski prenosni model. Če bo uspešen, Wen in njegova ekipa pomagata razviti nove izračune, ki izboljšujejo naše ocene o količini sončne energije, ki doseže tla, in našemu razumevanju enega ključnih akterjev pri urejanju zemeljskega energetskega sistema, oblakov.

Zemeljski energetski sistem je v stalnem plesu, da ohranja ravnovesje med dohodnim sevanjem iz sonca in izhodnim sevanjem iz Zemlje v vesolje, ki ga znanstveniki imenujejo energijski proračun Zemlje. Vloga oblakov, debela in tanka, je pomembna v njihovem vplivu na energetsko ravnotežje.

Kot ogromen oblak, bo luna med popolnim sončnim mrkom leta 2017 odnela veliko senco čez državo Združenih držav. Wen in njegova ekipa že poznata dimenzije in svetlobne lastnosti lune, vendar bodo uporabljali zemeljske in vesoljske instrumente, da se naučijo, kako ta velika senca vpliva na količino sončne svetlobe, ki doseže Zemljino površino, še posebej okoli robov sence.

"To je prvič, da lahko uporabimo meritve iz tal in iz vesolja, da simulira senco lune, ki poteka po Zemlji v Združenih državah in izračunava energijo, ki doseže Zemljo", je dejal Wen. Znanstveniki so v preteklosti opazili obsežne atmosferske meritve, toda to je prva priložnost za zbiranje usklajenih podatkov s tal in vesoljskih plovil, ki opazujejo celotno sončno svetlobo v času mrkanja, zahvaljujoč opazovalcu Deep Ocean Climate Observatory za opazovanje oceanov in atmosfere (DSCOVR) februarja 2015.

Čeprav luna, ki blokira sonce med sončnim mrkom in oblaki, ki blokirajo sončno svetlobo na Zemljino površino, sta dva različna fenomena, obe zahtevata podobne matematične izračune, ki natančno razumejo njihove učinke. Wen predvideva, da bo ta poskus pomagal izboljšati trenutne izračune modelov in naše znanje o oblakih, še posebej debelejših oblakih nizkih nadmorskih višin, ki lahko v vsakem trenutku pokrijejo približno 30 odstotkov planeta.

V tem poskusu bodo Wen in njegova ekipa simulirali popolno sončno mrčenje v 3-D modelu radiacijskega prenosa, ki znanstvenikom pomaga razumeti, kako se energija razprostira na Zemlji. Trenutno modeli modelirajo oblake v eni dimenziji. V mnogih primerih lahko ti enodimenzionalni izračuni ustvarijo uporabne naravoslovne modele za razumevanje atmosfere. Včasih pa je potreben tridimenzionalni izračun, ki zagotavlja natančnejše rezultate. Velika razlika je v tem, da 3-D oblaki odražajo ali razpršijo sončno energijo v mnogih smereh, od vrha in dna, pa tudi od strani oblakov. To 3-D vedenje povzroča različne količine energije, ki dosežejo tla, kot bi lahko enodimenzionalni model napovedal.

"Preizkušamo sposobnost, da naredimo določen kompleksni izračun, test matematične tehnike 3-D, da ugotovimo, ali je to izboljšanje v primerjavi s prejšnjo tehniko, " je povedal Jay Herman, znanstvenik na NASA-ju Goddard Space Flight Center v Greenbelt, Maryland, in so-raziskovalec projekta. "Če bo to uspelo, bomo imeli boljše orodje za izvajanje v klimatskih modelih in ga lahko uporabimo za odgovor na vprašanja in energetski proračun ter podnebje v zemlji". Za prihajajoče mrk, bodo Wen in njegovi člani ekipe stacionirani v Casperju, Wyomingu in Columbiji v Missouriju, da bi zbrali podatke o količini energije, ki se prenaša na Zemljo in iz nje, pred, med in takoj po pomiritvi z več zemeljskimi instrumenti.

Zemeljski, NASA-razvit Pandora spektrometer instrument bo zagotovil informacije o tem, koliko je katera koli valovna dolžina svetlobe prisotna, in piranometer bo izmeril skupno sončno energijo iz vseh smeri, ki prihajajo navzdol proti površini. Takoj pred in po pomiritvi bodo znanstveniki izmerili tudi druge podatke, kot je količina absorbirajočih plinov v ozračju, kot so ozon, dušikov dioksid in majhni aerosolni delci, ki se uporabljajo tudi v 3-D modelu.

Medtem v vesolju bo NASA-ov polikromatični snemalni kamer ali EPIC instrument na krovu DSCOVR opazoval svetlobo, ki zapusti Zemljo, in omogoči znanstvenikom, da ocenijo količino svetlobe, ki doseže zemeljsko površino. Poleg tega bodo NASA dva satelitska instrumenta MODIS, na krovu satelitov agencije Terra in Aqua, ki sta se začela leta 1999 in 2002, zagotovila opazovanje atmosferskih in površinskih pogojev v času pred in po mrkvanju. Znanstveniki nato združijo zemeljske meritve s tistimi, ki jih opazujejo vesoljska plovila.

Ta eksperiment dopolnjuje desetletno zavezanost NASA k opazovanju in razumevanju prispevkov k energetskemu planetu Zemlje. Več kot 30 let je NASA izmerila in izračunala količino sončne energije, ki je prizadela vrh naše atmosfere, količino sončne energije, ki se odraža nazaj v vesolje, in koliko toplote oddaja naš planet v vesolje. Te meritve so bile možne zahvaljujoč instrumentom in misijam, kot so ACRIMSAT in SOLSTICE (uveden leta 1991), in SORCE, ki se je začel leta 2003, pa tudi vrsto instrumentov CERES, ki so jih leteli na krovu Terra, Aqua in Suomi-NPP (leta 2011).

Ta jesen bo NASA še naprej spremljala razmerje med sončno in zemeljsko sondo, tako da bi senzorjem celovitosti in spektra za sončno sevanje 1. ali TSIS-1 na mednarodno vesoljsko postajo in šestimi oblaki ter CERES-om instrumenta CERES FM6, da bi letos okrasili. Pet instrumentov CERES je trenutno na orbiti na krovu treh satelitov.

menu
menu