НАСА использует лунный свет для повышения точности спутников

[VAOZ]

С 12 по 16 марта на борту самолета НАСА ER-2 совершался полет с целью точного измерения количества света, отраженного от Луны, - воздушного лунного спектрального излучения, или air-LUSI. Отраженный свет Луны является стабильным источником света, который исследователи используют для повышения точности и согласованности измерений спутников, наблюдающих за Землей.

"Луна чрезвычайно стабильна и не подвержена влиянию таких факторов на Земле, как климат, в какой-либо значительной степени. Она становится очень хорошим эталоном калибровки, независимым эталоном, по которому мы можем настроить наши приборы и посмотреть, что происходит с нашей планетой", - сказал главный исследователь проекта air-LUSI Кевин Терпи, профессор-исследователь Мэрилендского университета в Колледж-Парке.

Полеты Air-LUSI являются частью комплексных усилий НАСА по калибровке и проверке. Полученные результаты дополнят наземные площадки, такие как Railroad Valley Playa в Неваде, и вместе обеспечат орбитальные спутники надежным набором данных для калибровки.

НАСА располагает более чем 20 спутниками для наблюдения за Землей, которые дают исследователям глобальную перспективу взаимосвязанной системы Земли. Многие из них измеряют световые волны, отраженные, рассеянные, поглощенные или излучаемые поверхностью Земли, водой и атмосферой. Этот свет включает видимый свет, который видит человек, а также невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные волны и все, что между ними. Как музыкальные инструменты в оркестре, отдельные спутниковые приборы должны быть "в ладу" друг с другом, чтобы исследователи могли получить максимальную отдачу от своих данных. Используя Луну в качестве "вилки", ученые могут легче сравнивать данные с разных спутников, чтобы проследить глобальные изменения за длительные периоды времени.

Именно в этом и состоит задача Air-LUSI. Разработанный в партнерстве с Национальным институтом стандартов и технологий (NIST), Геологической службой США и Университетом Макмастера, air-LUSI - это телескоп, который измеряет, сколько света отражается от лунной поверхности, чтобы оценить количество энергии, получаемой спутниками, наблюдающими за Землей, от лунного света. Он был установлен на борту самолета ER-2, управляемого Центром исследования полетов имени Армстронга НАСА в Палмдейле, штат Калифорния. ER-2 - это высотный самолет, который летел на высоте 21 км, выше 95% атмосферы, которая может рассеивать или поглощать отраженный солнечный свет. Это позволило Air-LUSI собрать очень точные, отслеживаемые NIST измерения, которые аналогичны тем, которые делает спутник с орбиты. Для повышения точности моделей лунного отражения, измерения Air-LUSI являются точными с погрешностью менее 1%. Во время мартовских полетов Air-LUSI проводил измерения Луны в течение четырех ночей непосредственно перед полнолунием.

Преимущество такого воздушного подхода заключается в том, что можно изучать лунный свет во время различных фаз Луны и при этом возвращать прибор между полетами для оценки, обслуживания и, при необходимости, ремонта.

Усовершенствования для повышения точности

Спектрометр Air-LUSI герметично закрыт в корпусе, в котором прибор постоянно находится при температуре и давлении на уровне моря. Свет, собранный телескопом, попадает на интегрирующую сферу, которая направляет свет на спектрометр - прибор, измеряющий колебания световых волн. Впервые air-LUSI совершил подобный полет в ноябре 2019 года. С тех пор команда air-LUSI продолжала улучшать точность прибора.

Команда усовершенствовала внутренний монитор, чтобы иметь возможность лучше проверять точность прибора в большем диапазоне длин волн - от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного. Они также смогли изменить конструкцию интегрирующей сферы, чтобы устранить небольшие эффекты изменения температуры.

"Это поможет прибору проводить измерения с точностью более 99%, к которой мы стремимся", - сказал Турпи.

Внесение этих изменений было сложной задачей. Задержки, связанные с пандемией COVID-19, заставили главного инженера, который занимался обновлением и ремонтом прибора, разработать новый план удаленной работы. Он и главный исследователь получили специальное разрешение на доставку деталей прямо на дом, чтобы они могли работать над прибором и быть готовыми к полетам 2022 года.

Использование Луны в качестве общего стандарта

Данные 2019 и 2022 годов вместе могут помочь ученым сделать данные спутников наблюдения Земли в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазоне более согласованными. Кроме того, общий стандарт Луны облегчит сравнение и точную настройку текущих и будущих спутниковых наблюдений. Предстоящая миссия НАСА по изучению планктона, аэрозолей, облаков и океанических экосистем (PACE) планирует использовать Луну в качестве общего эталона, чтобы сделать свои наблюдения более точными и согласованными с другими спутниковыми измерениями Земли. В течение следующего десятилетия PACE и будущие орбитальные датчики Обсерватории системы Земли НАСА помогут создать более целостную картину нашей планеты.

"Наличие общего источника калибровки за пределами Земли поможет нам достичь этой цели", - сказал Турпи. "Как только измерения Air-LUSI будут использованы для повышения точности определения общего количества света, поступающего от Луны, мы сможем проводить значительно более точные измерения Земли с помощью нынешних и будущих космических обсерваторий".

Источник