June 20, 2021
Teleskop NASA di Pesawat – SOFIA – Menawarkan Cara Baru Mempelajari Atmosfer Bumi

Teleskop NASA di Pesawat – SOFIA – Menawarkan Cara Baru Mempelajari Atmosfer Bumi

Awan noctilucent atau “malam bersinar” terbentuk di mesosfer seperti yang terlihat dari Stasiun Luar Angkasa Internasional pada 29 Mei 2016. Awan ini terbentuk antara 47 hingga 53 mil (76 hingga 85 kilometer) di atas permukaan bumi, dekat batas mesosfer dan termosfer , sebuah wilayah yang dikenal sebagai mesopause. SOFIA melakukan pengukuran langsung atom oksigen di wilayah ini, memperkuat beberapa ilmu dasar tentang bagaimana energi matahari dipertukarkan antara permukaan dan ruang angkasa. Kredit: ESA/NASA/Tim Peake

Observatorium Stratosfer untuk Astronomi Inframerah, sebuah proyek bersama dari NASA dan Pusat Dirgantara Jerman, DLR, telah digunakan secara luas untuk melihat banyak objek di alam semesta, dari lubang hitam hingga galaksi dan bahkan Bulan.

Satu dekade yang lalu, peneliti Jerman Heinz Hübers memimpin tim untuk meningkatkan salah satu dari SOFIAinstrumen inframerah – Penerima Jerman untuk Astronomi di Terahertz Frequencies, atau GREAT – dengan teknologi laser baru. Dia menyadari bahwa peningkatan tidak hanya akan membantu mempelajari kosmos yang jauh, tetapi juga dapat digunakan lebih dekat ke rumah.

“SOFIA melihat menembus atmosfer atas Bumi saat mengamati alam semesta di luarnya, dan saya pikir akan sangat menarik untuk suatu hari nanti mengumpulkan data dari instrumen HEBAT yang dapat bermanfaat untuk mempelajari atmosfer kita sendiri,” kata Hübers, direktur Institut Optik DLR Sistem Sensor dan profesor di Universitas Humboldt di Berlin. “Ini tentu bukan apa yang Anda pikirkan tentang penggunaan instrumen SOFIA, tetapi saya menyimpan ide itu sampai saya memiliki kesempatan untuk mengujinya.”

SOFIA 747 NASA

Keamanan terbang Armstrong F/A-18 dan pengejaran foto untuk SOFIA 747 NASA. Kredit: NASA / Jim Ross

Sekarang, Hübers telah membuktikan hal itu bisa dilakukan. Dia baru-baru ini menerbitkan sebuah makalah dengan data GREAT yang untuk pertama kalinya mengukur oksigen secara langsung di salah satu wilayah yang paling tidak dipahami di atmosfer atas bumi, mesosfer, dan termosfer bawah.

Hasil SOFIA lebih lengkap mengkonfirmasi teori, pengukuran langsung, dan tidak langsung apa yang telah diprediksi tentang konsentrasi oksigen di wilayah atmosfer ini. Ini semakin memperkuat beberapa ilmu dasar seputar bagaimana energi matahari dipertukarkan antara permukaan dan ruang angkasa. Hasilnya dipublikasikan di Komunikasi Alam Bumi dan Lingkungan.

SOFIA mengamati bentuk tertentu dari oksigen tidak terikat, yang dikenal sebagai oksigen atom, yang berbeda dari O . yang memberi kehidupan2 ditemukan di permukaan bumi. Oksigen atom memainkan peran penting dalam mendinginkan atmosfer bagian atas dan oleh karena itu digunakan untuk memperkirakan suhu di wilayah ini. Model iklim memprediksi bahwa peningkatan gas rumah kaca akan meningkatkan suhu di atmosfer yang lebih rendah namun menurunkan suhu di mesosfer. Pemantauan suhu mesosfer yang lebih akurat dapat membantu para peneliti lebih memahami hubungan antara atmosfer bagian bawah dan atas. Pengukuran langsung SOFIA meningkatkan perkiraan suhu ini.

SOFIA Aurora Glow Green Selandia Baru

Foto diambil melalui jendela SOFIA selama penerbangan pengamatan dari Selandia Baru. Aurora bersinar hijau tinggi di atmosfer bumi di wilayah yang disebut termosfer. Bima Sakti (kiri) dan Mars (kanan) bersinar terang di atasnya. Kredit: Ian Griffin

Mulai sekitar 30 mil ke atas, mesosfer dan termosfer sulit dipelajari. Teleskop berbasis darat terhambat oleh distorsi uap air di atmosfer yang lebih rendah. Satelit terbang tinggi bergantung pada zat lain untuk menyimpulkan tingkat oksigen tetapi tidak dapat melakukan pengukuran langsung. Instrumen yang terbang dengan roket dan bahkan di Pesawat Ulang-alik pada 1990-an menawarkan gambaran singkat tentang wilayah ini.

Terbang di ketinggian sekitar 40.000 kaki (atau 7 mil), SOFIA, yang menggunakan Boeing 747SP, membubung di atas 99,9% uap air di atmosfer dan cukup besar untuk membawa instrumen inframerah yang diperlukan untuk mengukur oksigen secara langsung.

Lebih dari “Kebisingan”

Sejumlah besar data atmosfer Bumi dari berbagai musim dan lokasi sudah ada di arsip data mentah SOFIA. Namun, para astronom, yang tertarik pada bintang-bintang, selalu memperlakukan data atmosfer sebagai “kebisingan” latar belakang dan menyaringnya dari data langit yang dicari. Sementara Hübers melihat bahwa data atmosfer itu sendiri bisa berharga, butuh beberapa tahun untuk mengembangkan alat dan proses yang tepat untuk mengkalibrasi dan menganalisisnya.

“Mengingat keberhasilan kami sebelumnya, dan sinyal kuat dari Bumi, masuk akal untuk menciptakan alat yang diperlukan untuk menganalisis oksigen atom di atmosfer Bumi,” kata Hübers. “Meskipun data atmosfer benar-benar merupakan produk sampingan dari pengamatan astronomi kami, kami sangat senang melihat bahwa SOFIA dapat berkontribusi untuk lebih memahami planet asal kita.”

Pekerjaan itu mungkin terbukti berharga. Hasil khusus ini berasal dari data yang dikumpulkan pada tahun 2015 selama penerbangan sains SOFIA yang lepas landas dari Palmdale, California. Saat pesawat menuju pantai menuju Kanada, ia mengarahkan teleskop ke arah nebula Ubur-ubur berbentuk bola, 5.000 tahun cahaya, mengumpulkan data atmosfer Bumi dalam prosesnya.

Lebih banyak wawasan tentang atmosfer bumi akan datang. Pengukuran yang diambil selama pengamatan SOFIA dari Selandia Baru, di bulan-bulan musim dingin Belahan Bumi Selatan, dan selama penerbangan baru-baru ini dari Cologne, Jerman, akan memberikan informasi tentang bagaimana wilayah atmosfer ini berubah sepanjang musim dan lokasi.

Referensi: “Pengukuran langsung atom oksigen di mesosfer dan termosfer bawah menggunakan spektroskopi terahertz heterodyne” oleh Heiko Richter, Christof Buchbender, Rolf Güsten, Ronan Higgins, Bernd Klein, Jürgen Stutzki, Helmut Wiesemeyer dan Heinz-Wilhelm Hübers, 26 Januari 2021, Komunikasi Alam Bumi dan Lingkungan.
DOI: 10.1038/s43247-020-00084-5

SOFIA adalah proyek bersama NASA dan German Aerospace Center. Pusat Penelitian Ames NASA di Lembah Silikon California mengelola program SOFIA, ilmu pengetahuan, dan operasi misi bekerja sama dengan Asosiasi Penelitian Antariksa Universitas, yang berkantor pusat di Columbia, Maryland, dan Institut SOFIA Jerman di Universitas Stuttgart. Pesawat ini dirawat dan dioperasikan oleh NASA’s Armstrong Flight Research Center Building 703, di Palmdale, California.