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Usando la Estación Espacial Internacional para estudiar el clima de la Tierra y mantener nuestro planeta seguro

Usando la Estación Espacial Internacional para estudiar el clima de la Tierra y mantener nuestro planeta seguro

Tomada por el astronauta de la NASA Mike Hopkins, esta imagen muestra la punta de la Tierra, o el horizonte, desde la Estación Espacial Internacional.
Orbita sobre el Océano Pacífico frente a las costas de Chile. Crédito: NASA

A medida que cambia el clima de la Tierra, la Estación Espacial Internacional observa desde arriba, lo que ayuda a proporcionar información única sobre cómo mantener nuestro planeta seguro.

En la Tierra, a menudo miramos hacia el cielo deseando ver qué hay en el resto del universo; Mientras tanto, a 250 millas sobre nuestro planeta, la Estación Espacial Internacional mira hacia atrás.

Sobre nosotros, numerosos instrumentos de monitoreo terrestre están instalados en el exterior de muchas de las unidades de la estación, incluida una punta llena de cámaras, cajas e instrumentos que cuelgan del borde de la Unidad Experimental Japonesa (JEM) de la estación. Los satélites de cubo de observación de la Tierra se despliegan regularmente desde la esclusa de aire de la estación. Los astronautas capturan imágenes del planeta desde las ventanas del laboratorio en órbita. Este puesto de avanzada está realizando experimentos de ciencias de la tierra. Todo este trabajo proporciona información sobre el clima de nuestro hogar y cómo podemos prepararnos para los próximos cambios.

La unidad japonesa de experimentos para cargas útiles de observación de la Tierra

Un diagrama esquemático de las cargas útiles de observación de la Tierra actualmente montadas en el costado de la Unidad Experimental Japonesa. Crédito: NASA

William Stefanov, director de la Oficina de Ciencias de la Exploración en NASAJohnson Space Center en Houston.

Stefanov dice que el clima refleja las condiciones atmosféricas durante un corto período de tiempo, y el clima es la forma en que la atmósfera “se comporta” durante décadas, cientos de años o incluso períodos de tiempo geológicos.

Esto significa que los factores que afectan nuestro clima deben ser rastreados durante largos períodos. Más de 20 años en órbita hacen de la estación espacial un gran lugar para recopilar estos datos a largo plazo. La información recopilada crea un conjunto de datos único que nos ayuda a informar las decisiones climáticas y posiblemente a desarrollar soluciones a los problemas ambientales.

Ojos en el suelo

La estación espacial proporciona una perspectiva planetaria única a través de una trayectoria orbital que pasa por más del 90 por ciento de la población de la Tierra. Su inclinación orbital de 52 grados permite que los astronautas y las cargas útiles de observación de la Tierra vean el amanecer y el atardecer 16 veces al día en todo el mundo.

“Esta órbita permite que la estación espacial pase sobre diferentes áreas de la Tierra en diferentes momentos del día o de la noche y recopile datos. Es un conjunto de datos fundamentalmente diferente de la mayoría de las otras herramientas de detección remota que se recopilan en satélites que vuelan libremente”, dice Stefanov.

Cargas útiles de observación de la Tierra adjuntas a la Unidad Experimental Japonesa

La suite de carga útil de observación de la Tierra adjunta a la Unidad Experimental Japonesa se muestra como Espacio Internacional
La estación gira alrededor del Océano Pacífico Sur al este de Nueva Zelanda. Crédito: NASA

Las cargas útiles internacionales como ECOSTRESS, GEDI, OCO-3, DESIS, TSIS (también conocido como TSIS-1) e HISUI se instalan individualmente y se instalan en el exterior del laboratorio orbital. Dos comunidades proporcionan un conjunto único de métricas que podrían impulsar el liderazgo en la investigación ambiental.

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“El equipo de OCO-3 quiere comprender las plantas y su papel en el ciclo del carbono”, dice Anne-Marie Eldring, científica del proyecto OCO-3, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. “Resulta que nuestro vecino de la estación espacial, ECOSTRESS, está analizando cómo las plantas responden al estrés. Luego está GEDI, que analiza la cantidad de material vegetal que hay en la Tierra. Los científicos que piensan en las plantas y su papel en el ciclo del carbono están muy emocionados . Hemos escuchado muchas discusiones sobre cómo usar todos los datos. “Juntos para comprender mejor las plantas”.

Modelo atmosférico OCO-2

OCO-2, el predecesor de OCO-3, los datos incorporados en el modelo atmosférico muestran los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera sobre la Tierra. Crédito: NASA

El sensor OCO-3 utiliza reflejos de la luz solar a través de la atmósfera para medir las diferencias de dióxido de carbono en la atmósfera, notando cambios de menos de una parte por millón.

“La mayoría de los gases como el ozono, el monóxido de carbono o el vapor de agua triplican o triplican la concentración de la atmósfera cuando están contaminados, por lo que es muy fácil de detectar. Pero para el dióxido de carbono, es excepcionalmente difícil ver los cambios”, dice Eldring.

Medir estos pequeños cambios podría ser clave para responder preguntas de larga data sobre el dióxido de carbono en la atmósfera.

“Afortunadamente para nosotros, las plantas y los océanos absorben aproximadamente la mitad de las emisiones de dióxido de carbono generadas por el hombre cada año. Pero todavía hay misterios sobre cómo hacer esto, por qué la cantidad varía cada año y cómo se producirá la absorción en el futuro”, dice Eldring. “Nuestros datos apuntan a ayudar a responder este tipo de preguntas”.

También se ha examinado y eliminado el almacenamiento de carbono tanto dentro como fuera de la planta. El fotobiorreactor examinó si las microalgas podrían ayudar a cerrar el anillo de carbono en los sistemas de soporte vital y el experimento de Kuwait: Coli C5 estudió el efecto de la microgravedad en Coli Bacterias que han sido modificadas para consumir dióxido de carbono como fuente de alimento. Las imágenes capturadas por la carga útil de una antigua estación espacial, HICO, ayudaron a desarrollar un algoritmo para detectar la proliferación de algas nocivas. Las algas juegan un papel importante en el ciclo global del carbono y las flores son responsables de gran parte de la absorción de carbono del océano.

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Con otros dispositivos como los rastreadores de ozono SAGE-III, ISS-LIS y ASIM para el monitoreo de rayos, y TSIS para rastrear la energía total que fluye a la Tierra desde el sol, los experimentos de la estación proporcionan muchos registros y modelos climáticos.

“El cambio climático representa lo que puede ser el mayor desafío ambiental de la humanidad”, dice el ex investigador principal de TSIS y profesor de la Universidad de Colorado en Boulder, Peter Belowsky. “Observar la energía que entra, entra y sale del sistema respalda nuestra capacidad para comprender cómo funciona el sistema climático, reconocer que está cambiando e identificar los mecanismos responsables del cambio climático”.

La estación ofrece una plataforma unificada y capaz para albergar experimentos de observación de la Tierra como TSIS. El tamaño del campo de fútbol y equipado con muchos puntos de conexión, una gran capacidad de datos y una gran fuente de alimentación (debido a que se agrandará con la próxima instalación de paneles solares iROSA, la estación espacial puede albergar una variedad de instrumentos simultáneamente.

La disponibilidad de estos recursos convirtió a la estación en una excelente opción de último minuto para que el equipo de TSIS mueva rápidamente su carga útil a la órbita. Después de algunos retrasos, el equipo se enfrentaba a posibles fallas de sus rastreadores anteriores antes del lanzamiento de TSIS.

“Está empezando a ponerse bastante impresionante, porque Salud El registro climático se mantiene lo más alto posible cuando el registro de datos es continuo “, dice Belosky.” Gracias a la estación espacial, pudimos seguir ese registro “.

Una vez que los investigadores aprenden los conceptos básicos de la creación de una carga útil de una estación espacial, pueden aplicar este conocimiento a futuros proyectos de estaciones. Pilewskie ya está trabajando en su próxima prueba, CLARREO Pathfinder, cuyo lanzamiento está previsto para los próximos años.

“El valor que obtuvimos al operar un instrumento en la estación que necesitaba ser apuntado con mucha precisión no puede subestimarse”, dice Pelosky. “Tenemos que hacer lo mismo con CLARREO Pathfinder, por lo que estamos usando algunos de los mismos motores que usamos para impulsar las herramientas TSIS”.

CLARREO planea estudiar el clima de la Tierra tomando medidas de la luz solar reflejada desde la Tierra y la Luna con una incertidumbre de cinco a diez veces menor que las medidas de los sensores existentes.

Huracán Dorian desde la cúpula de la Estación Espacial Internacional

Los miembros de la tripulación de la Expedición 60 se turnan para tomar fotografías del huracán Dorian, que se intensifica rápidamente desde el domo dentro de la Estación Espacial Internacional el 30 de agosto a medida que avanza sobre el Océano Atlántico. Crédito: NASA

El elemento humano

No son solo los sensores los que monitorean nuestro planeta desde arriba. La gente también lo hace.

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Las ventanas de la estación espacial brindan la oportunidad de fotografiar astronautas y recopilar manualmente datos climáticos. Los astronautas han capturado más de 4 millones de imágenes de la Tierra desde el espacio (más de 3,5 millones de imágenes de la estación espacial), lo que contribuye a uno de los registros más antiguos de cómo ha cambiado la Tierra a lo largo del tiempo. Crew Earth Observations actualmente respalda una serie de estudios de iluminación nocturna urbana, glaciares y monitoreo volcánico, y estudios de procesos atmosféricos afectados por poderosas erupciones volcánicas. Las imágenes también se utilizan en investigaciones ambientales, incluido un proyecto colaborativo llamado AMASS, que está rastreando las rutas de migración de aves y los efectos de los cambios que ocurren a lo largo de esas rutas.

Estas imágenes también apoyan los esfuerzos de socorro en casos de desastre para eventos como huracanes e incendios forestales. Después de recibir la notificación de un desastre natural, los científicos en tierra determinan si la tripulación podrá ver esa área mientras orbita en el cielo. Si es así, la tripulación tomaría fotografías y las enviaría de regreso a la Tierra. Las imágenes se etiquetan geográficamente para que las utilicen los equipos de riesgo en el terreno. Las fotos de los astronautas fueron útiles en eventos de incendios forestales, por ejemplo, al mostrar a los socorristas hacia dónde se dirigía la columna de humo.

Difundir fuera de la estación

La estación amplía su impacto en la ciencia del clima mediante el despliegue de CubeSats en órbita terrestre baja. Estos dispositivos del tamaño de una caja de zapatos, que contienen demostraciones de tecnología o prueban nuevos tipos de ciencia climática, se lanzan a la terminal junto con miles de libras de otras investigaciones de investigación y suministros de envío. Los astronautas lo descargan, lo preparan en la estación y luego lo despliegan fuera de la esclusa de aire de la estación.

“Muchos de nuestros satélites pequeños, CubeSats, están recibiendo viajes debido a la estación espacial. Este ha sido un gran recurso para programas pequeños, especialmente universidades o centros de la NASA que intentan poner en marcha algunos proyectos pequeños. CubeSats podría ser el primer trampolín para cosas más grandes ”, dice Tom Woods, investigador principal de TSIS y NanoRacks-MinXSS. “La estación espacial ofrece muchas oportunidades para llevar estas pequeñas cosas al espacio”.

Se han lanzado más de 250 CubeSats desde la estación, incluidas varias cargas útiles centradas en el clima. por ejemplo:

  • El NanoRacks-MinXSS CubeSat diseñado por los estudiantes tenía como objetivo comprender mejor la energía de los rayos X solares y cómo afecta a las capas de la atmósfera superior de la Tierra.
  • El satélite DIWATA-1 proporciona información de teledetección a Filipinas mediante el seguimiento de desastres meteorológicos como tornados y lluvias torrenciales localizadas.
  • HARP CubeSat nos ayuda a comprender mejor cómo las nubes y los aerosoles afectan el tiempo, el clima y la calidad del aire.

A medida que cambia el clima de la Tierra, la Estación Espacial Internacional estará observando desde arriba, lo que ayudará a proporcionar los conocimientos únicos necesarios para mantener nuestro planeta seguro.