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Ejemplo de un arcoíris de nubes, tomado a última hora de una tarde de invierno en Santa Cruz, California. En este caso, la nube era una ligera niebla costera, por lo que también podría llamarse arcoíris de niebla. En la escena, el Sol se encontraba bajo en el cielo directamente detrás del espectador de modo que podía observarse la retrodispersión de la luz. Si bien esta geometría de observación es algo raro desde la superficie de la Tierra, ahora será común para el instrumento HARP2 de PACE.
Créditos: NASA/Kirk Knobelspiesse
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Algunas de las mismas propiedades de la luz y la óptica que hacen que el cielo sea azul y causan los arcoíris también pueden ayudar a los científicos a descubrir los misterios acerca de la formación de las nubes y el efecto de las partículas diminutas que están en el aire de nuestro planeta.
La próxima misión Plancton, Aerosoles, Nubes y Ecosistemas oceánicos (PACE, por sus siglas en inglés) de la NASA ofrecerá información importante sobre las partículas de sal marina, humo, contaminantes artificiales y polvo en el aire —denominadas colectivamente aerosoles— mediante la observación de cómo interactúan con la luz. Con los datos de la misión PACE, los científicos proporcionarán mejores respuestas a preguntas clave como, por ejemplo, qué efecto tienen los aerosoles en la formación de las nubes o en qué se diferencian las nubes de hielo y las nubes de líquido. Comprender la naturaleza de las partículas atmosféricas y las nubes es crucial para descifrar cómo están cambiando el clima y la calidad del aire.
Dos instrumentos a bordo de la próxima misión PACE de la NASA observarán los aerosoles y las nubes. Después de su lanzamiento, a principios de 2024, la misión PACE explorará la Tierra y recopilará datos sobre la composición química de los aerosoles y las nubes, su movimiento y la interacción entre ambos. Para eso usará dos innovadores polarímetros, los cuales son instrumentos que miden las propiedades de la luz.
Existen características de la luz que podemos ver con nuestros ojos, como el color. Otras características son invisibles para el ojo humano, como lo que los científicos llaman polarización.
“La polarización es algo para lo que no tenemos un sentido intuitivo porque nuestros ojos no la ven”, dijo Kirk Knobelspiesse, jefe de polarimetría para la misión PACE en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Si viéramos el mundo a través de ojos que pudieran ver la polarización, como lo hacen nuestros sensores, veríamos arcoíris por todas partes”.
La luz que sale del Sol se mueve en diferentes direcciones como una onda: esto se llama luz no polarizada, según explicó Brian Cairns, científico adjunto del proyecto PACE. Sin embargo, cuando interactúa con algo como una nube o una partícula de aerosol, la luz puede oscilar más en una dirección que en otras: ahora es luz polarizada. Esta peculiaridad del comportamiento de la luz puede ayudar a los científicos a aprender más sobre las características y las interacciones entre los aerosoles y las gotículas de agua en el cielo.
Los polarímetros miden el ángulo en el que se polariza la luz, lo que revela características específicas de aquello en lo que rebotó la luz. Con estos instrumentos, los científicos pueden reconstruir el tamaño, la composición, la abundancia y otras características de las partículas que se encuentran en la atmósfera.
Los dos polarímetros a bordo del satélite PACE, HARP2 y SPEXone, forman una gran pareja debido a las diferencias complementarias en lo que miden. HARP2, construido en la Universidad de Maryland, condado de Baltimore, observará cuatro longitudes de ondas de luz desde hasta 60 ángulos diferentes. SPEXone, construido en el Instituto Holandés de Investigación Espacial (SRON, por sus siglas en inglés) y la empresa Airbus Netherlands B.V., mirará hacia abajo en una franja más estrecha, utilizando cinco ángulos de visión pero observando la luz con una resolución hiperespectral, esto es, la gama completa de colores de un arcoíris. Juntos, los polarímetros ofrecerán una imagen de la atmósfera de la Tierra con detalles sin precedentes.
Los científicos han estado observando los aerosoles desde el espacio durante décadas, aunque la comunidad no ha tenido datos de polarimetría desde hace una década, señaló Otto Hasekamp, científico principal de SRON. PACE proporcionará datos polarimétricos desde múltiples puntos de vista y, debido a los avances tecnológicos en los instrumentos, los datos serán de mejor calidad que nunca.
“Es emocionante ver la culminación del trabajo activo en modelos y prototipos de un instrumento”, dijo Jeroen Rietjens, científico de instrumentos de SRON, “y finalmente verlo formar parte de un satélite real”.
Jeroen Rietjens con PACE en la sala limpia del centro Goddard. “Estoy muy orgulloso de estar en la sala limpia de Goddard y de posar con el satélite PACE completamente ensamblado y comprobado. PACE alberga nuestro pequeño instrumento SPEXone. El instrumento está cuidadosamente envuelto en mantas térmicas grises y todavía tiene colocada la cubierta roja del radiador. Es algo surrealista darse cuenta de que en unos meses estará observando la Tierra y recopilando datos espectropolarimétricos desde múltiples ángulos que permitirán a los científicos deducir la cantidad y el tipo de aerosoles que se encuentran en la atmósfera terrestre y contribuir a una mejor comprensión de los efectos de los aerosoles en el clima”, dijo Rietjens.
NASA/Denny Henry
Después del lanzamiento de PACE, a principios de 2024, el satélite explorará la Tierra cada dos días, recopilando inmensas cantidades de datos sobre la composición química de los aerosoles y las nubes, su movimiento y la interacción entre ambos.
“Deseamos medir las propiedades de los aerosoles porque los aerosoles tienen un efecto sobre el clima”, dijo Hasekamp. Los aerosoles reflejan la luz hacia el espacio y también pueden absorberla, lo cual influye en la cantidad de energía del Sol que llega a la superficie de la Tierra. Los aerosoles también afectan la formación y las propiedades de las nubes; pero los científicos no conocen completamente los detalles de estas relaciones. Los datos recopilados por PACE ayudarán a despejar algunas de estas incógnitas.
Los nuevos datos de polarimetría también ofrecerán información sobre la contaminación del aire en tiempo real. “Las mediciones de PACE no solo responderán preguntas científicas fundamentales, sino que también mejorarán la calidad de vida de la gente”, dijo Marcela Loría-Salazar, profesora asistente en la Escuela de Meteorología de la Universidad de Oklahoma y pionera en la adopción de PACE. El programa Primeros Usuarios de PACE promueve la integración de los datos de esta misión en aplicaciones prácticas de la ciencia.
Loría-Salazar tiene interés particular en cómo los aerosoles cambian a lo largo del tiempo y según su ubicación, con un énfasis especial en la altitud de los aerosoles en la zona central de Estados Unidos. Allí, PACE permitirá a los científicos identificar los aerosoles, al tiempo que descifrará lo que representan para la calidad del aire.
Las mediciones de los polarímetros de PACE también ayudarán a mejorar nuestra comprensión del clima de la Tierra. Al agregar los datos atmosféricos de PACE a los modelos, los científicos podrán reemplazar con datos de las mediciones actuales las estimaciones que en este momento se utilizan en esos modelos para llenar los vacíos de datos.
“Espero ayudar a recopilar datos que reducirán la incertidumbre de los modelos y nos ayudarán a hacer mejores predicciones sobre cómo esperamos que evolucione nuestro clima en las próximas décadas y en los próximos siglos”, dijo Knobelspiesse.
Por Erica McNamee
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland