21 августа 2017 года ученые ожидают, что полное солнечное затмение в этом году пройдет через Америку, чтобы улучшить наши возможности моделирования энергии Земли. Гойонг Вэнь, ученый НАСА, работающий в Государственном университете Моргана в Балтиморе, возглавляет команду по сбору данных с земли и спутников до, во время и после затмения, чтобы они могли смоделировать затмение в этом году, используя продвинутую компьютерную модель, называемую 3- Модель переноса излучения D. В случае успеха Вен и его команда помогут разработать новые расчеты, которые улучшат наши оценки количества солнечной энергии, достигающей земли, и наше понимание одного из ключевых игроков в регулировании энергетической системы Земли — облаков.Энергетическая система Земли находится в постоянном танце, чтобы поддерживать баланс между поступающей радиацией от Солнца и исходящей радиацией от Земли в космос, что ученые называют энергетическим бюджетом Земли.
Роль облаков, как толстых, так и тонких, важна в их влиянии на энергетический баланс.Подобно гигантскому облаку, Луна во время полного солнечного затмения 2017 года отбрасывает большую тень на территорию Соединенных Штатов. Вен и его команда уже знают размеры и светозащитные свойства Луны, но будут использовать наземные и космические инструменты, чтобы узнать, как эта большая тень влияет на количество солнечного света, достигающего поверхности Земли, особенно по краям тени.«Это первый раз, когда мы можем использовать измерения с земли и из космоса для моделирования тени Луны, проходящей по поверхности Земли в Соединенных Штатах, и расчета энергии, достигающей Земли», — сказал Вен.
Ученые и раньше проводили обширные атмосферные измерения во время затмений, но это первая возможность собрать скоординированные данные с земли и с космического корабля, который наблюдает за всей залитой солнцем Землей во время затмения, благодаря запуску обсерватории глубокого космоса Национального управления океанических и атмосферных исследований. (DSCOVR) в феврале 2015 года.Несмотря на то, что луна, блокирующая солнце во время солнечного затмения, и облака, блокирующие солнечный свет на поверхности Земли, — это два разных явления, оба требуют аналогичных математических расчетов, чтобы точно понять их влияние. Вен полагает, что этот эксперимент поможет улучшить текущие расчеты модели и наши знания об облаках, особенно о более толстых облаках на малой высоте, которые могут покрывать около 30 процентов планеты в любой момент времени.В этом эксперименте Вэнь и его команда будут моделировать полное солнечное затмение в трехмерной модели переноса излучения, которая поможет ученым понять, как энергия распространяется на Земле.
В настоящее время модели, как правило, изображают облака в одном измерении. Во многих случаях эти одномерные вычисления могут создавать полезные научные модели для понимания атмосферы. Однако иногда для получения более точных результатов требуется трехмерный расчет. Большая разница в том, что трехмерные облака отражают или рассеивают солнечную энергию во многих направлениях, сверху и снизу, а также по сторонам облаков.
Такое трехмерное поведение приводит к тому, что количество энергии, достигающей земли, отличается от того, которое можно было бы предсказать с помощью одномерной модели.«Мы тестируем способность выполнять определенный вид сложных вычислений, тест трехмерной математической техники, чтобы увидеть, является ли это улучшением по сравнению с предыдущей техникой», — сказал Джей Герман, ученый из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. в Гринбелте, штат Мэриленд, и со-исследователем проекта. «Если это удастся, то у нас будет лучший инструмент для реализации в климатических моделях, и мы сможем использовать его, чтобы отвечать на вопросы, а также об энергетическом балансе Земли и климате». В связи с приближающимся затмением Вен и члены его команды будут размещены в Каспере, Вайоминг, и Колумбии, штат Миссури, для сбора информации о количестве энергии, передаваемой на Землю и от Земли до, во время и сразу после затмения с помощью нескольких наземных инструментов.Наземный прибор Pandora Spectrometer, разработанный НАСА, предоставит информацию о том, сколько присутствует световая волна любой заданной длины, а пиранометр будет измерять общую солнечную энергию со всех направлений, спускающихся к поверхности.
Непосредственно до и после затмения ученые будут измерять другую информацию, такую ??как количество поглощаемых газовых примесей в атмосфере, таких как озон, диоксид азота и мелкие аэрозольные частицы, чтобы также использовать их в трехмерной модели.Тем временем в космосе камера NASA Polychromatic Imaging Camera, или EPIC, инструмент на борту космического корабля DSCOVR будет наблюдать свет, покидающий Землю, и позволит ученым оценить количество света, достигающего поверхности Земли. Кроме того, два спутниковых прибора НАСА MODIS на борту спутников агентства Terra и Aqua, запущенных в 1999 и 2002 годах, соответственно, будут обеспечивать наблюдения за атмосферными и приземными условиями до и после затмения. Затем ученые объединят наземные измерения с данными, наблюдаемыми космическим кораблем.
Этот эксперимент дополняет многолетнюю приверженность НАСА наблюдению и пониманию вклада в энергетический бюджет Земли. Более 30 лет НАСА измеряет и рассчитывает количество солнечной энергии, попадающей в верхнюю часть нашей атмосферы, количество солнечной энергии, отраженной обратно в космос, и количество тепловой энергии, излучаемой нашей планетой в космос. Эти измерения стали возможны благодаря таким приборам и миссиям, как ACRIMSAT и SOLSTICE (запущен в 1991 г.) и SORCE, запущен в 2003 г., а также серии приборов CERES, установленных на борту Terra, Aqua и Suomi-NPP (запущен в 2011 г.) .Этой осенью НАСА продолжит наблюдение за взаимоотношениями Солнца и Земли, запустив Датчик полного и спектрального солнечного излучения-1, или TSIS-1, на Международную космическую станцию ??и инструмент CERES системы шестой Облака и системы радиантной энергии Земли, CERES FM6. , чтобы выйти на орбиту в конце этого года.
Пять приборов CERES в настоящее время находятся на орбите трех спутников.