Velmi malý přístroj čeká velký úkol – bude měřit celkové množství energie, které k Zemi míří od Slunce. Pomůže tak vědcům porozumět tomu, jak sluneční záření ovlivňuje Zemi a její počasí, změnu klimatu a další globální jevy. Jak NASA sama uvádí, CTIM (Compact Total Irradiance Monitor) se díky velikosti krabice na boty či herní konzole stane nejmenší družicí, která byla kdy vyslána za účelem sledování celkového množství energie, kterou Země přijme ze Slunce – takzvané „celkové sluneční ozáření“. Tento faktor je přitom jednou z hlavních položek vyzařovacího rozpočtu naší planety. Vědci se snaží sledovat rovnováhu mezi přijatým a vyzářeným množstvím energie. Zvýšené koncentrace skleníkových plynů z lidských činností jako je spalování fosilních paliv zvyšuje množství sluneční energie, která se zachytí v zemské atmosféře. Tato nadbytečná energie pak zvyšuje celosvětové teploty a mění zemské klima, což zase vede k vzestupu mořské hladiny a nebezpečným projevům počasí.

„Drtivá většina energetického příjmu zemského klimatu pochází ze Slunce,“ vysvětluje Dave Harber, výzkumník z laboratoře pro atmosférickou a kosmickou fyziku LASP (Laboratory for Atmospheric and Space Physics) na University of Colorado v Boulderu, který je hlavním vědeckým pracovníkem mise CTIM a dodává: „Jde o klíčovou vstupní hodnotu pro předpovědní modely, které předvídají, jak by se v průběhu času mohlo zemské klima měnit.“ Mise jako Earth Radiation Budget Experiment či přístroje jako CERES umožnily vědcům nasbírat nepřerušenou sérii záznamů celkového slunečního ozáření, která trvá už přes 40 let. Díky tomu mohli výzkumníci vyloučit, že by příčinou klimatické změny mohlo být zvýšené množství přijímané sluneční energie, což umožnilo identifikovat úlohu skleníkových plynů na globálním oteplování.

Zajištění toho, že tato měření nebudou přerušena, má pro výzkumníky nedocenitelný význam. Díky nepřerušeným záznamům celkového slunečního ozáření mohou experti detekovat drobné výkyvy množství slunečního záření, které Země přijímá během slunečního cyklu. Mohou také lépe porozumět dopadům emisí skleníkových plynů na zemské klima. Například minulý rok výzkumníci agentur NASA a NOAA využili právě nepřerušenou sérii měření celkového slunečního ozáření ke zjištění, že mezi roky 2005 a 2019 se množství slunečního záření, které zůstává v zemské atmosféře, téměř zdvojnásobilo.

„Abychom měli jistotu, že budeme moci pokračovat ve sběru těchto měření, potřebujeme vytvořit přístroje tak účinné a cenově dostupné, jak to jen jde,“ vysvětluje Harber. CTIM můžeme považovat za prototyp – jeho letová demonstrace má pomoci vědcům zjistit, zda mohou malé družice být při měření celkového slunečního ozáření stejně efektivní jako větší přístroje – třeba TIM (Total Irradiance Monitor) na palubě již skončené mise SORCE či probíhající mise TSIS-1 na palubě Mezinárodní kosmické stanice. Pokud bude tato zkouška úspěšná, zajistí prototyp pokrok v přístupu k budoucím přístrojům tohoto typu.

Radiační detektor na CTIM využívá výhod nového materiálu z uhlíkových nanotrubiček, který pohltí 99,995 % přicházejícího světla. Tato vlastnost jej předurčuje k využití na měření celkového slunečního ozáření. Zmenšením velikosti družice se snižují náklady a komplexnost vypuštění takové družice na nízkou oběžnou dráhu Země. To umožňuje vědcům připravit záložní exempláře přístrojů, které budou pokračovat ve sběru dat celkového slunečního ozáření v případě selhání jiného kusu. Inovativní detektor (označovaný též jako bolometr) využívá nového materiálu, který vyvinuli výzkumníci z Národního institutu standardů a technologií. „Tak trochu to vypadá jako tmavý, ale opravdu velmi tmavý huňatý koberec. V době, kdy poprvé vznikl, to byla nejčernější věc, jakou kdy lidstvo stvořilo. Ukazuje se, že jde o mimořádně užitečný materiál pro pozorování celkového slunečního ozáření,“ zmiňuje Harber.

Materiál tvoří mikroskopicky drobné uhlíkové nanotrubičky uspořádané vertikálně na křemíkové destičce. Vědce fascinuje, že pohlcuje prakticky veškeré záření v celé šíři elektromagnetického spektra. Společně zabírají oba bolometry na CTIM méně místa než je plocha jedné strany mince. Díky tomu mohl Harber a jeho tým vyvinout drobný přístroj určený ke sběru dat o celkovém slunečním ozáření pro použití na platformě CubeSatu. Sesterské zařízení CSIM (Compact Spectral Irradiance Monitor), které používalo stejné bolometry v roce 2019, úspěšně prozkoumalo variabilitu ve vlnových délkách přítomných ve slunečním záření. Budoucí mise mohou využít data z pokračovatelů CTIM a CSIM, čímž by vznikl kompaktní nástroj jak pro měření, tak i rozbor slunečního záření.

„Teď se ptáme sami sebe – jak využít to, co jsme vyvinuli, abychom CSIM a CTIM integrovali dohromady,“ říká Harber. Sám očekává, že CTIM začne sbírat data přibližně měsíc po startu. Ten proběhl 2. července na raketě LauncherOne od firmy Virgin Orbit. Jakmile CubeSat rozložil své fotovoltaické panely, začaly kontroly jeho systémů. Jedná se o pečlivý proces, který vyžaduje extrémní péči a opatrnost. Teprve až budou kontroly subsystémů dokončeny, dojde k aktivaci měření. „Než přejdeme k dalšímu kroku, chceme si věnovat dost času a ujištění se, že tyto kroky provádíme důsledně a že každá součást tohoto zařízení funguje správně,“ říká Harber a dodává: „Už jen samotná ukázka toho, že tato měření můžeme provádět pomocí CubeSatu, by bylo velkým přínosem. Bylo by to velmi potěšující.“

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/ctim_fingerprints.jpeg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/img_3109.jpg
https://www.nist.gov/sites/default/files/images/2021/10/08/CSIM%20illus.png
https://www.nist.gov/…/2800_x_2800_limit/public/images/2021/11/16/CTIM%20NIST.jpg