Instrumento científico canadiense a bordo del satélite Terra de la NASA
MOPITT ( Mediciones de la contaminación en la troposfera ) es un instrumento astronómico en funcionamiento a bordo del satélite Terra de la NASA que mide los niveles globales de monóxido de carbono troposférico . Forma parte del Sistema de Observación de la Tierra (EOS) de la NASA y, en combinación con otros sensores remotos de carga útil en el satélite Terra, la nave espacial monitorea el medio ambiente de la Tierra y los cambios climáticos. Después de su construcción en Canadá, MOPITT fue lanzado a la órbita de la Tierra en 1999 y utiliza espectroscopia de correlación de gases para medir la presencia de diferentes gases en la troposfera. Las operaciones fundamentales ocurren en su sistema óptico compuesto por dos mesas ópticas que sostienen la mayor parte del aparato. Los resultados del MOPITT permiten a los científicos comprender mejor los efectos del monóxido de carbono a escala global, y se han realizado varios estudios basados en las mediciones del MOPITT. [1] [2] [3]
Fondo
El Consejo Nacional de Investigación de Canadá fundó el proyecto MOPITT tras su propuesta inicial en 1989. Tras la creación de la Agencia Espacial Canadiense (CSA) , MOPITT pasó a formar parte de la agencia, donde recibió apoyo financiero de la División de Ciencias Espaciales de la CSA. Se lanzó con éxito desde la Base Aérea Vandenberg el 18 de diciembre de 1999 y comenzó a realizar mediciones científicas en marzo de 2000. Antes de su ejecución, el único conjunto de datos mundiales de monóxido de carbono existente se medía con el instrumento MAPS a bordo de los transbordadores espaciales. MOPITT es la primera herramienta que mide las concentraciones y variaciones mundiales de monóxido de carbono. Forma parte de una serie de cinco cargas útiles en el satélite Terra que supervisa los cambios ambientales globales: [1] [4]
ASTER (Radiómetro espacial avanzado de emisión y reflexión térmica)
CERES (Sistema de energía radiante de las nubes y la Tierra)
MISR (Espectrorradiómetro de imágenes multiángulo)
MODIS (espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada)
MOPITT (Medidas de la contaminación en la troposfera) [5]
A pesar del plan inicial de cinco años, el satélite ha seguido funcionando durante más de 20 años, y los investigadores esperan que los cinco instrumentos mantengan su funcionalidad y transmitan información y datos después de 2026. [5] [6]
Tecnología
Metodología del instrumento
MOPITT es un instrumento de sondeo nadir (que apunta verticalmente hacia abajo) que mide la radiación infrarroja ascendente y utiliza espectroscopia de correlación (comparación de longitudes de onda o absorción entre una muestra conocida y una desconocida) para medir las concentraciones de monóxido de carbono. Básicamente, MOPITT toma el monóxido de carbono como un filtro óptico para medir la señal del mismo gas en la troposfera. El sensor cuantifica la radiancia emitida y reflejada desde la Tierra a través de tres bandas espectrales :
Los canales de 4,7 μm se denominan canales térmicos de monóxido de carbono porque las señales provienen de las emisiones térmicas de la superficie de la Tierra y la atmósfera.
Los canales de 2,3 μm se denominan canales solares de monóxido de carbono porque absorben la señal dominante de la luz solar reflejada.
Los canales de 2,2 μm se refieren a los canales solares de metano porque la luz solar reflejada es la señal principal, similar a los canales de 2,3 μm [6].
Estos canales absorben distintas cantidades de energía, lo que genera diferencias en las señales resultantes que se correlacionan con la muestra espectral de monóxido de carbono. Para analizar más a fondo los niveles de monóxido de carbono, MOPITT ajusta la longitud del recorrido o la presión gaseosa de la muestra de gas, lo que hace que varíe la frecuencia de estas líneas espectrales , lo que dará una diferencia y una transmisión media. La diferencia especifica los gases medidos, mientras que la señal media indica la radiación total menos el gas inicial medido. [2]
La resolución espacial de MOPITT es de 22 km en horizontal y unos 5 km en vertical y escanea la Tierra en una amplia área de 640 km de ancho. Los perfiles de medición de monóxido de carbono se crean a través del afloramiento de radiación térmica en una absorción de 4,6 μm. MOPITT puede ver diferentes capas de la troposfera mediante la variación de celdas moduladas: las celdas moduladas por presión (PMC) se utilizan para observar las capas superiores, mientras que las celdas moduladas por longitud (LMC) pueden ver las capas inferiores de la troposfera. [7]
Descripción del instrumento
En el corazón de MOPITT se encuentra el sistema óptico, que se compone de dos mesas ópticas idénticas "con imagen especular" que incluyen las fuentes de calibración, los espejos de escaneo, los choppers , los LMC, los PMC, los moduladores y los conjuntos de enfriadores de dewar que contienen ópticas frías y detectores térmicos y solares. Un par de enfriadores de ciclo Stirling de baja vibración enfrían el dewar. Las unidades que emiten calor considerables, como el enfriador, se colocan intencionalmente en la placa fría, y otras piezas electrónicas críticas también se colocan cerca de ella. La placa fría, ubicada debajo de la placa base de MOPITT, proporciona un entorno térmico estable para el instrumento. Utiliza la acción capilar con amoníaco como fluido de trabajo . [6] [7]
En los dos sistemas ópticos mencionados anteriormente, ocho canales miden el monóxido de carbono o el metano. Los canales uno, dos, tres, cinco, seis y siete se centran en el monóxido de carbono. Los seis canales para el monóxido de carbono varían en presiones de celda de 25 a 800 mb, y sus longitudes de celda varían de 2 a 10 mm. Su longitud de onda central también difiere entre canales, y los tipos de modulador son LMC o PMC. En cambio, los canales cuatro y ocho miden el metano, y su única diferencia es los diferentes LMC utilizados. Todos los canales funcionan a 300 K. [8]
Aplicaciones
Antes de la publicación de MOPITT, los datos sobre el monóxido de carbono eran limitados. Con las mediciones exhaustivas de monóxido de carbono realizadas por MOPITT durante las últimas dos décadas, los científicos están mejor preparados para predecir las posibles consecuencias de la contaminación por monóxido de carbono. Sus aplicaciones incluyen:
Una mejor comprensión del aumento de la concentración de ozono en la troposfera permite a los científicos realizar métodos provisionales de contaminación.
El estudio de la climatología estacional del monóxido de carbono en el hemisferio norte [11]
La observación de grandes gradientes horizontales en monóxido de carbono a escala sinóptica [12]
El estudio de la variabilidad del monóxido de carbono en el hemisferio sur [13]
Observación de aumento de monóxido de carbono sobre los montes Zagros en Irán [14]
Detección y análisis del monóxido de carbono emitido por ciudades y áreas urbanas para demostrar la creciente contaminación por monóxido de carbono [15]
Desglose de las tendencias de monóxido de carbono en diferentes regiones [16]
Solo en el año 2022, más de 250 estudios han utilizado mediciones de MOPITT. [6]
Referencias
^ ab "Medidas de contaminación en la troposfera (MOPITT) | Observaciones y modelado de la química atmosférica". www2.acom.ucar.edu . Consultado el 24 de octubre de 2023 .
^ ab Thome, Kurtis. "MOPITT | Terra". terra.nasa.gov . Consultado el 24 de octubre de 2023 .
^ "Terra (satélite)", Wikipedia , 18 de septiembre de 2023 , consultado el 24 de octubre de 2023
^ "ASDC | MOP03JM_8". asdc.larc.nasa.gov . Consultado el 24 de octubre de 2023 .
^ abc SCMO, Boletín CMOS (2019-12-21). "MOPITT - 20 años de medición de la contaminación atmosférica - Boletín CMOS". BOLETÍN CMOS SCMO . Consultado el 24 de octubre de 2023 .
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^ "Conceptos de instrumentos | Observaciones y modelado de la química atmosférica". www2.acom.ucar.edu . Consultado el 7 de noviembre de 2023 .
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Enlaces externos
Sitio web oficial del equipo de desarrollo de productos y ciencia de MOPITT
Sitio web del instrumento MOPITT en la Universidad de Toronto
Sistema de archivo de datos WIST de la NASA
Datos de MOPITT disponibles a través de NASA-Langley