Desde la década de 1960, los instrumentos satelitales han medido la radiación solar reflejada por la Tierra y la radiación emitida en longitudes de onda infrarrojas. Estas mediciones son fundamentales para estimar el «balance energético» de nuestro planeta, que se define como la diferencia entre la cantidad de irradiancia solar absorbida por el sistema terrestre y la cantidad de radiación terrestre emitida al espacio.
Recientemente, el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado Boulder ha diseñado y construido un nuevo instrumento en formato CubeSat. Este avance se considera un paso significativo hacia la observación del balance energético con un detalle y una precisión sin precedentes, lo que podría acelerar nuevos descubrimientos científicos. Según la doctora Odele Coddington, investigadora principal del proyecto, este instrumento permitirá desentrañar misterios sobre las nubes y la energía que fluye en la atmósfera.
La importancia de las nubes en el equilibrio climático
Las nubes juegan un papel crucial en la modulación de la radiación atmosférica, y persisten importantes incertidumbres en la comprensión de sus relaciones con la radiación y la temperatura. Se estima que las nubes duplican la reflexión de la radiación solar de onda corta hacia el espacio, lo que provoca un efecto de enfriamiento, pero también redirigen aproximadamente un 20% más de radiación de vuelta a la superficie terrestre, contribuyendo a un efecto de calentamiento. A nivel de un kilómetro de escala espacial, se considera que se puede resolver el comportamiento de las nubes.
El Imager de Radiación Absoluta de Banda Ancha Black Array (BABAR-ERI) es un dispositivo que apunta hacia abajo y utiliza una técnica de escaneo para medir la radiación que deja la Tierra. Este instrumento compacto, que encaja en una plataforma CubeSat de 12U, posee una suite de tres instrumentos. Los canales científicos principales son dos telescopios que miden simultáneamente la radiación en un canal de onda corta y en un canal de radiación total, siendo la radiación de onda larga derivada de la resta de la radiación corta de la total.
El segundo instrumento es un monitor de calibración dual que permite rastrear y corregir cualquier degradación que pueda ocurrir en los canales científicos durante la operación en órbita. Además, cuenta con una cámara de onda visible que proporciona contexto visual y ayuda a determinar con precisión la posición del satélite.
Los avances clave de BABAR-ERI en la medición de la radiación de banda ancha saliente, con baja incertidumbre y alta resolución espacial, provienen de novedosas matrices de detectores microfabricadas en el laboratorio del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder. Estas matrices presentan propiedades de absorción casi perfectas gracias a la incorporación de nanotubos de carbono verticalmente alineados, que son conocidos por su excepcional capacidad de absorción. Cada píxel de las matrices de 32 elementos mide aproximadamente 125 µm de lado y responde a la radiación incidente en menos de 10 milisegundos.
En el artículo que describe este proyecto, el equipo expone los requisitos científicos que guiaron el diseño y construcción del instrumento BABAR-ERI, así como métricas de rendimiento y un concepto de operación para su vuelo. Un paso crucial para el equipo será asegurar un vuelo espacial que demuestre la tecnología de BABAR-ERI, con el objetivo de mejorar el conocimiento actual sobre las nubes y la radiación, y facilitar nuevos descubrimientos en el campo de la ciencia atmosférica.
