Por primera vez se ha medido directamente el oxígeno en una de las regiones menos comprendidas de la atmósfera superior de la Tierra, la mesosfera y la termosfera inferior, según un estudio publicado por el investigador alemán Heinz Hübers, que dirige un equipo para mejorar uno de los instrumentos infrarrojos del programa SOFIA.
SOFIA es un proyecto conjunto de la Nasa y el Centro Aeroespacial Alemán. El Centro de Investigación Ames de la Nasa en Silicon Valley de California gestiona el programa SOFIA, la ciencia y las operaciones de la misión en cooperación con la Asociación de Investigación Espacial de Universidades, con sede en Columbia, Maryland, y el Instituto Alemán SOFIA de la Universidad de Stuttgart. La aeronave es mantenida y operada por el Armstrong Flight Research Center Building 703 de la Nasa, en Palmdale, California.
El Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja, un proyecto conjunto de la Nasa y el Centro Aeroespacial Alemán, DLR, se ha utilizado ampliamente para observar muchos objetos en el universo, desde agujeros negros hasta galaxias e incluso la Luna.
Desde hace una década, Hübers dirige el equipo de SOFIA, el receptor alemán de astronomía en frecuencias de Terahertz, o GREAT, con una nueva tecnología láser. Se dio cuenta de que la actualización no solo ayudaría a estudiar el cosmos distante, sino que también podría usarse mucho más cerca de casa.
«SOFIA mira directamente a través de la atmósfera superior de la Tierra mientras observa el universo más allá, y pensé que sería fascinante recopilar algún día datos del Gran instrumento que podría beneficiar los estudios de nuestra propia atmósfera», dijo Hübers, director del Instituto de Óptica del DLR Sensor Systems y profesor de la Universidad Humboldt de Berlín. «Ciertamente, esto no es para lo que piensas sobre el uso de los instrumentos de SOFIA, pero guardé la idea hasta que tuve la oportunidad de probarla».
Concentración de oxígeno
Ahora, Hübers ha demostrado que se puede hacer. Recientemente publicó un artículo con grandes datos. Los resultados de SOFIA confirman más completamente lo que la teoría, las mediciones directas e indirectas habían predicho sobre la concentración de oxígeno en esta región atmosférica. Esto confirma aún más parte de la ciencia básica sobre cómo se intercambia la energía solar entre la superficie y el espacio. Los resultados se publicaron en Nature Communications Earth and Environment .
SOFIA observó una forma particular de oxígeno no enlazado, conocido como oxígeno atómico, que es distinto del O2 que da vida que se encuentra en la superficie de la Tierra. El oxígeno atómico juega un papel importante en el enfriamiento de la atmósfera superior y, por lo tanto, se utiliza para estimar las temperaturas en esta región. Los modelos climáticos predicen que el aumento de los gases de efecto invernadero elevará las temperaturas en la atmósfera inferior y, al mismo tiempo, reducirá las temperaturas en la mesosfera. Un monitoreo más preciso de la temperatura de la mesosfera puede ayudar a los investigadores a comprender mejor la relación entre la atmósfera inferior y superior. Las mediciones directas de SOFIA mejoran estas estimaciones de temperatura.
Comenzando a unos 50 kilómetros hacia arriba, la mesosfera y la termosfera han sido difíciles de estudiar. Los telescopios terrestres se ven obstaculizados por la distorsión del vapor de agua en la atmósfera inferior. Los satélites de alto vuelo dependen de otras sustancias para inferir niveles de oxígeno, pero no pudieron realizar mediciones directas. Los instrumentos que volaron en cohetes e incluso en el transbordador espacial en la década de 1990 ofrecieron una breve instantánea de estas regiones.
Volando a una altitud de unos 12 kilómetros, SOFIA, que utiliza un Boeing 747SP, se eleva por encima del 99,9% del vapor de agua en la atmósfera y es lo suficientemente grande como para transportar los instrumentos infrarrojos necesarios para medir directamente el oxígeno.
Más que «ruido»
Ya existe un tesoro de datos atmosféricos de la Tierra de muchas estaciones y ubicaciones en el archivo de datos sin procesar de SOFIA. Sin embargo, los astrónomos, interesados en las estrellas, siempre han tratado los datos atmosféricos como «ruido» de fondo y los han filtrado de los buscados datos celestes. Si bien Hübers vio que los datos atmosféricos en sí mismos podrían ser valiosos, llevó varios años desarrollar las herramientas y los procesos adecuados para calibrarlos y analizarlos.
“Dados nuestros éxitos anteriores y la fuerte señal de la Tierra, tenía sentido crear las herramientas necesarias para analizar el oxígeno atómico en la atmósfera de la Tierra”, dijo Hübers. «Aunque los datos atmosféricos son realmente un subproducto de nuestras observaciones astronómicas, estamos muy contentos de ver que SOFIA puede contribuir a comprender mejor nuestro planeta de origen».
El trabajo puede resultar valioso. Este resultado en particular provino de los datos recopilados en 2015 durante un vuelo científico de SOFIA que despegó de Palmdale, California. Mientras la aeronave se dirigía a la costa hacia Canadá, apuntó el telescopio hacia la nebulosa de las medusas de forma globular, a 5.000 años luz de distancia, recopilando datos atmosféricos de la Tierra en el proceso.
Más información sobre la atmósfera de la Tierra está por venir. Las mediciones tomadas durante las observaciones de SOFIA desde Nueva Zelanda, en los meses de invierno del hemisferio sur y durante vuelos recientes desde Colonia, Alemania, proporcionarán información sobre cómo esta región de la atmósfera cambia a lo largo de las estaciones y ubicaciones.
