El equipo JPL de la NASA espera proporcionar información “sin precedentes” al satélite de monitoreo de gases de efecto invernadero

Hace unos 10 años, cuando Andrew Thorpe recibió un mensaje de texto de la tripulación de un pequeño avión que sobrevolaba: había observado un nuevo punto caliente de metano.

Thorpe conducía una camioneta alquilada por caminos sinuosos de tierra y montaña cerca del área de Four Corners en el suroeste de Estados Unidos. Cuando llegó al lugar de donde había venido desde el avión, sacó la cámara termográfica para buscar la cortina. Por supuesto, el metano salía del suelo, probablemente debido a una fuga en un oleoducto.

Encontró un marcador en el desierto que mostraba el número de teléfono de la compañía de gas y los llamó. “Yo era la persona más confundida al otro lado del teléfono”, dijo Thorpe. “Traté de explicarles por qué los llamé, pero eso fue hace años cuando realmente no había ninguna tecnología para hacer eso”.

Con el paso de los años, el trabajo atrajo una atención no deseada de Thorpe. “Hice un par de encuestas de manejo en California… Un policía de alquiler sospechaba mucho de mí y trató de intimidarme”, dijo Thorpe. “Si instalas una cámara térmica en una vía pública y la apuntas a un tanque fuera de una pared, la gente se pone nerviosa. “Algunos trabajadores del petróleo y el gas me cabrearon, pero eso es normal”.

Hoy, Thorpe es parte de un equipo a la vanguardia del monitoreo de gases de efecto invernadero en la NASA. Laboratorio de propulsión a chorro. en La Cañada Flintridge. Durante más de 40 años, Laboratorio de microdispositivos en JPL desarrolló instrumentos especiales para medir el gas metano y el dióxido de carbono con extrema precisión.

Unos instrumentos llamados espectrómetros identifican los gases según los colores de la luz solar que absorben. A principios de este año, un grupo de investigadores del JPL, Caltech y la organización de investigación sin fines de lucro Carnegie Science fue seleccionado como finalista para recibir un premio de la NASA por poner tecnología en órbita.

Si se selecciona para una misión satelital, la sonda de carbono, llamada Carbon-I, comenzaría a principios de la década de 2030. Durante tres años, Carbon-I mapeará continuamente las emisiones globales de gases de efecto invernadero y tomará instantáneas diarias de áreas de interés, lo que permitirá a los científicos identificar fuentes de contaminación climática como plantas de energía, fugas de tuberías, granjas y vertederos.

Si bien hay muchos satélites que monitorean estos gases, la resolución de Carbon-I no tiene precedentes y elimina cualquier conjetura a la hora de determinar dónde se libera el gas. “Ya no se puede negar: cuando vemos agua, no hay otra fuente posible”, dice Christian Frankenberg, investigador principal de Carbon-I y profesor de ciencias e ingeniería ambientales en Caltech.

El profesor de Caltech Christian Frankenberg, investigador principal del sistema propuesto para monitorear las emisiones de carbono-I en el espacio, construirá un monitor AVIRIS en el laboratorio del JPL.

(Myung J. Chun/Los Angeles Times)

La mejor resolución de 100 pies de Carbon-I es “una imagen de muy alta resolución desde el espacio. Es una decisión increíble”, dijo Debra Wunch, profesora de la Universidad de Toronto que estudia el ciclo del carbono de la Tierra y no participó en la propuesta Carbon-I. “Podría darnos más información sobre la fuente de las emisiones… será un gran avance. Se podían ver estantes separados, partes separadas de los contenedores de basura. “

Históricamente, monitorear las emisiones de gases de efecto invernadero de emisores individuales ha sido difícil: tanto el dióxido de carbono como el metano son incoloros e inodoros. Por lo tanto, los académicos a menudo han tenido que confiar en la suma de los valores autoinformados de las empresas y las estimaciones de las encuestas. Por ejemplo, para calcular la cantidad de metano producido por las vacas, los científicos deben determinar cuánto metano emite una vaca y multiplicarlo por el número total de vacas en la Tierra.

“Si nos fijamos en las políticas internacionales… en este momento todas se basan en inventarios ascendentes”, dijo Anna Michalak, investigadora principal de Carbon-I y directora fundadora del Centro Carnegie para el Clima y la Sostenibilidad de Carnegie Science. “Necesitamos llegar a un punto en el que… realmente tengamos una forma independiente de rastrear los residuos”.

La resolución Carbon-I también brinda a los científicos un nuevo acceso a la atmósfera tropical, donde las nubes actualmente oscurecen la mayoría de las formas de vigilancia satelital. “Ese es su talón de Aquiles”, dijo Frankenberg.

Porque los bosques tropicales y subtropicales absorber alrededor de una cuarta parte de CO2 la humanidad produce Con la quema de combustibles fósiles, se necesitan datos precisos de esta región del mundo.

Los satélites de baja resolución que actualmente orbitan la Tierra no pueden ver a través de pequeños espacios en la cobertura de nubes. Solo ven el número promedio borroso de puntos nublados y despejados en el cielo para cada píxel. Carbon-I, cuyo área por píxel es aproximadamente 50 veces más pequeña que la mayoría de los otros satélites, puede ver la luz y tomar medidas a través de ella. En uno Número de abril de 2024Frankenberg, Michalak y sus colegas estimaron que el Carbono-I puede verse entre 10 y 100 veces más abundante en las nubes tropicales que sus predecesores.

Carbon-I “va a ver algo que la gente no sabe que está sucediendo”, dijo Thorpe, quien ha apuntado cámaras térmicas a fugas de gas desde sus días de escuela de posgrado y ahora trabaja como tecnólogo en el Laboratorio de Microdispositivos. “Abre un campo científico completamente nuevo”.

El programa de monitoreo de gases de efecto invernadero del JPL se remonta a décadas atrás, pero el campo del monitoreo espacial es todavía muy nuevo. A principios de 2016, la sede de la NASA se puso en contacto con el equipo del JPL. Había una misa Explosión en el almacenamiento de gas de Aliso Canyon cerca de Porter Ranch, y la NASA quería que el equipo lo comprobara.

El equipo sobrevoló el lugar durante un mes en una versión de un avión espía de los años 60, mientras que Southern California Gas Co. Luchó para evitar la explosión. Al mismo tiempo, el Centro de Vuelo Goddard de la NASA en Maryland señaló la fuga al espectrómetro Hyperion de NASA Earth Observing.

Hyperion está diseñado para realizar observaciones de la superficie de la Tierra y filtrar el ruido atmosférico. Ahora estaban tratando de observar la atmósfera y filtrar su superficie y por a primera vezLos científicos han observado una fuente puntual de metano desde la órbita.

“El resultado de Hyperion fue muy ruidoso, pero todavía se ve el chorro”, dijo Thorpe. “Fue realmente una prueba de concepto de que podíamos hacerlo desde el espacio”.

Incluso si Carbon-I se lanza, eso no significa que el equipo dejará de poner herramientas en los aviones. Desde el avión, el equipo puede monitorear áreas de interés con una resolución aún más rápida y en días consecutivos a la vez. Actualmente, una versión más delgada y pequeña de los espectrómetros que observaron la fuga de Four Corners y la explosión de Aliso Canyon está realizando una serie de misiones para monitorear las emisiones de las plataformas petrolíferas marinas en el Golfo de México.

Un King Air bimotor utilizado por JPL para realizar vuelos de monitoreo de gases de efecto invernadero en el aeropuerto Hollywood Burbank.

(Noah Haggerty/Los Ángeles Times)

Las misiones de la nave espacial también permiten al equipo probar y mejorar nuevos espectrómetros. “Se pueden arreglar y actualizar”, dijo el ingeniero del JPL Michael Eastwood, que ha trabajado con espectrómetros durante más de tres décadas y los utiliza regularmente. “Se pueden correr muchos más riesgos que las naves espaciales, que deben ser muy maduras, muy conocidas y muy fiables; no tenemos ese tipo de limitación”.

La fuerza aérea también es ágil. Normalmente, dos miembros de la tripulación se sientan en la segunda fila de un King Air bimotor, mirando una pila de computadoras portátiles y dispositivos con suficientes botones como para rivalizar con la cabina de un avión. En las pantallas, pueden ver datos de GPS y resultados del espectrómetro en tiempo real y coordinar planes de vuelo con los pilotos. Se llama espectrómetro. AVIRISabreviatura de Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer: se encuentra en la tercera fila, mirando hacia abajo a través de una ventana cortada en el suelo.

El programa de la NASA, para el cual Carbon-I fue seleccionado como finalista, tiene como objetivo financiar ciencia espacial en la Tierra que beneficie a la sociedad. El equipo recibió 5 millones de dólares para perfeccionar su propuesta de proyecto antes de la revisión final de la NASA en 2025. Hay otros tres y dos serán los elegidos para empezar.

Este proceso de dos pasos para seleccionar misiones para los programas de ciencias de la Tierra de la NASA es nuevo y requiere que JPL compita con el resto de la comunidad científica, independientemente de su afiliación con la agencia espacial.

“Si hablamos de dinero para alimentos, [$5 million] Parece mucho dinero, pero en realidad es una ganga”, afirmó Michalak. “Si crees que vas a gastar 300 millones de dólares en una misión, gasta el 1,5% de esa cantidad para asegurarte de que será fantástica y exitosa”.

Mientras tanto, el equipo de Carbon-I se centra en demostrar a la NASA que tiene los conocimientos técnicos para entregar el proyecto a tiempo y por debajo del presupuesto.

“Creo que las cuatro misiones son misiones científicas absolutamente valiosas en esta etapa”, dijo Michalak, “y una probabilidad del 50 por ciento no es una mala posibilidad para una misión satelital”.