Una nuova fotocamera a infrarossi ad alta risoluzione, dotata di una varietà di filtri leggeri, potrebbe sondare la luce solare riflessa dall’atmosfera superiore e dalla superficie terrestre, migliorare gli allarmi sugli incendi e rivelare la composizione molecolare di altri pianeti. Le telecamere utilizzano sensori superreticolo a strati deformati sensibili e ad alta risoluzione, inizialmente sviluppati presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, utilizzando fondi IRAD (Internal Research and Development).
La loro struttura compatta, la massa ridotta e l’adattabilità consentono a ingegneri come Tilak Hewagama di adattarli alle esigenze di una varietà di scienze. “Collegare i filtri direttamente al rilevatore elimina la massa sostanziale dei tradizionali sistemi di lenti e filtri”, ha affermato Hewagama. “Questo ci consente di creare a Strumento di piccola massa con piano focale compatto che ora possono essere raffreddati per il rilevamento a infrarossi utilizzando frigoriferi più piccoli ed efficienti. “I satelliti e le missioni più piccoli possono trarre vantaggio dalla sua risoluzione e precisione”.
L’ingegnere Murzy Jhabvala ha guidato lo sviluppo iniziale del sensore presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, oltre a guidare gli attuali sforzi di integrazione dei filtri. Jhabvala ha anche condotto l’esperimento con una termocamera compatta sulla Stazione Spaziale Internazionale che ha dimostrato come farlo la nuova tecnologia dei sensori potrebbe sopravvivere nello spazio e allo stesso tempo si rivelò un grande successo per le scienze della Terra. Oltre 15 milioni di immagini catturate in due bande infrarosse hanno valso agli inventori Jhabvala e ai colleghi della NASA Goddard Don Jennings e Compton Tucker il premio Invenzione dell’anno dell’agenzia per il 2021.
Dati di test ha fornito informazioni dettagliate sugli incendi boschiviuna migliore comprensione della struttura verticale delle nuvole e dell’atmosfera della Terra e ha catturato una corrente ascensionale causata dal vento che si alza dalle caratteristiche terrestri della Terra chiamata onda gravitazionale.
Gli innovativi sensori a infrarossi utilizzano strati di strutture molecolari ripetitive per interagire con singoli fotoni o unità di luce. I sensori risolvono più lunghezze d’onda infrarosse con una risoluzione più elevata: 80 metri per pixel dall’orbita rispetto ai 375-1.000 metri possibili con le attuali termocamere.
Il successo di queste termocamere per la misurazione del calore ha attirato investimenti dall’Earth Sciences Technology Office (ESTO) della NASA, Small Business Innovation and Research e altri programmi per personalizzare ulteriormente la loro portata e le loro applicazioni.
Jhabvala e il team ALTIRS (Advanced Terrestrial Imaging Thermal Infrared Sensor) della NASA stanno sviluppando una versione a sei bande per il progetto Airborne LiDAR, Hyperspectral e Thermal Imaging (G-LiHT) di quest’anno. Questa telecamera, la prima nel suo genere, misurerà il calore superficiale e consentirà di monitorare l’inquinamento e osservare gli incendi a frame rate elevati, ha affermato.
Doug Morton, scienziato della NASA Goddard Earth, guida un progetto ESTO sviluppando un imager compatto per il rilevamento e la previsione degli incendi. “Non vedremo meno incendi, quindi stiamo cercando di capire come gli incendi rilasciano energia durante tutto il loro ciclo di vita”, ha detto Morton. «“Questo ci aiuterà a comprendere meglio la nuova natura degli incendi in un mondo sempre più infiammabile.”
Il CFI monitorerà sia gli incendi più caldi che rilasciano più gas serra, sia i carboni e le ceneri più freddi e caldi che producono più monossido di carbonio e particelle sospese nell’aria come fumo e cenere. “Questi sono gli ingredienti chiave quando si tratta di sicurezza e di comprensione dei gas serra rilasciati dal flaring”, ha affermato Morton.
Dopo aver testato la termocamera in campagne aeree, il team di Morton anticipa equipaggiare una flotta di 10 piccoli satelliti per fornire informazioni globali sugli incendi con più immagini al giorno. Combinate con modelli computerizzati di prossima generazione, ha affermato, “queste informazioni possono aiutare il servizio forestale e altre agenzie antincendio a prevenire gli incendi, migliorare la sicurezza dei vigili del fuoco in prima linea e proteggere le vite e le proprietà di coloro che vivono nell’area”. gli incendi.”
Dotato di filtri di polarizzazione, il sensore potrebbe misurare il modo in cui le particelle di ghiaccio nelle nuvole nell’atmosfera superiore della Terra si diffondono e polarizzano la luce, ha affermato Dong Wu, uno scienziato del Goddard Earth della NASA.
Queste applicazioni completerebbero la missione PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem) della NASA, ha affermato Wu, che ha rivelato le sue prime immagini luminose all’inizio di questo mese. Entrambi misurano la polarizzazione dell’orientamento delle onde luminose rispetto alla direzione del viaggio da diverse parti dello spettro infrarosso.
“I polarimetri PACE monitoreranno la luce visibile e gli infrarossi a onde corte”, ha spiegato. “La missione si concentrerà sulla scienza degli aerosol e sul colore dell’oceano dalle osservazioni diurne. Alle lunghezze d’onda dell’infrarosso medio e lungo, il nuovo polarimetro a infrarossi catturerebbe le proprietà delle nuvole e della superficie sia dalle osservazioni diurne che notturne”.
In un altro sforzo, Hewagama sta lavorando con Jhabvala e Jennings incorporare filtri variabili lineari fornendo dettagli ancora maggiori nello spettro infrarosso. I filtri rivelano la rotazione e la vibrazione delle molecole atmosferiche, nonché la composizione della superficie terrestre.
Questa tecnologia potrebbe anche favorire le missioni su pianeti rocciosi, comete e asteroidi, ha affermato la scienziata planetaria Carrie Anderson. Ha detto che potrebbero identificare il ghiaccio e i composti volatili emessi in enormi pennacchi dalla luna di Saturno Encelado. “Sono essenzialmente geyser di ghiaccio che sono, ovviamente, freddi, ma emettono luce entro i limiti di rilevamento del nuovo sensore a infrarossi. Osservare le colonne con il Sole come sfondo ci permetterebbe di identificare molto chiaramente la loro composizione e distribuzione verticale”, ha concluso.
