September 24, 2022

Ketika NASA meluncurkan misi pasokan Stasiun Luar Angkasa Internasional Kamis malam, roket itu membawa instrumen tidak hanya untuk mempelajari kehidupan di luar angkasa, atau bintang-bintang yang jauh, tetapi untuk menunjuk kembali ke Bumi. Di antaranya adalah seperangkat sensor cahaya ultra-sensitif yang dirancang untuk mempelajari sifat pusaran debu di atmosfer kita.

Debu atmosfer adalah kekuatan yang kuat, tetapi tidak sepenuhnya dipahami dalam siklus nutrisi Bumi. Sama seperti bagaimana air menguap, membentuk awan, dan turun hujan, debu memiliki polanya sendiri. Debu terus-menerus disapu dari gurun dunia, dan ketika mengendap, debu itu menyuburkan hutan hujan Amazon, memberi makan ledakan kehidupan laut di laut dalam, dan menghangatkan salju di pegunungan California.

Semua debu itu mengubah iklim. Sedimen berwarna terang dapat memantulkan panas kembali ke angkasa, sementara debu gelap yang kaya zat besi menyerap panas. Ketika segumpal debu Sahara melintasi Amerika Serikat bagian selatan musim panas ini, langit berwarna oranye, sangat mirip dengan kabut asap kebakaran hutan. Tetapi hasil kumulatif dari efek debu adalah sebuah misteri.

Atas perkenan NASA/JPL-Caltech

“Kami tidak benar-benar tahu apakah debu mineral memanaskan atau mendinginkan planet kita,” Robert Green, seorang ilmuwan senior di Laboratorium Propulsi Bersama NASA, dan penyelidik utama proyek Investigasi Sumber Debu Mineral Permukaan Bumi (EMIT), Rabu.

Ketika sensor baru EMIT dipasang di ISS dan siap dalam beberapa minggu, mereka akan mengirim kembali lebih dari satu miliar pengukuran, yang akan memberi ilmuwan iklim pandangan komprehensif pertama mereka pada siklus debu planet. Data ini dapat menyempurnakan alat penting yang digunakan peneliti untuk memahami planet kita: Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim percaya bahwa dampak debu yang tidak diketahui bertanggung jawab atas perbedaan antara model iklim dan kenyataan.

See also  Mengapa megalodon suka mengemil moncong paus sperma

Dalam wawancara lanjutan dengan Ilmu pengetahuan populerGreen menjelaskan bagaimana sensor akan bekerja.

Celah debu yang besar

Saat ini, ketika para ilmuwan ingin mempelajari grit atmosfer, mereka harus mengandalkan alat yang cukup kasar. Satelit dapat menangkap beberapa potret badai pasir, tetapi mereka tidak dapat mengambil gambar global. Pemodel juga menggunakan tampilan debu yang disederhanakan. Banyak model iklim berasumsi bahwa semua debu—baik dari dataran garam berkapur di Utah atau Sahara oker—berwarna kuning, hanya menyerap sebagian energi matahari.

Pada 2015, sebuah tim di Cornell University mencoba mentabulasi debu dengan menggabungkan dua set data yang ada. Di satu sisi, ada database 5.000 sampel tanah, dianalisis kandungan mineralnya; dan di sisi lain, sebuah atlas tanah global yang diproduksi oleh Organisasi Pangan dan Pertanian PBB yang mengkategorikan kotoran hanya berdasarkan warna dan teksturnya. Idenya adalah, idealnya, ahli mineralogi dapat mencocokkan warna dan tekstur debu dengan mineral sebenarnya di dalam tanah. “Ini, menurut saya, semacam kualitatif, tetapi mereka harus memulai di suatu tempat,” kata Green.

Ini ternyata merupakan perkiraan yang tidak sempurna dari apa yang sebenarnya ada di udara. Untuk satu hal, sebagian besar dari 5.000 sampel dikumpulkan dari lahan pertanian, bukan gurun yang sebenarnya bertanggung jawab atas debu. Alasan lain, ternyata sangat sulit untuk mengetahui apa yang ada di dalam tanah hanya berdasarkan bentuk dan naungannya. Tetapi ketika mereka membandingkan prediksi tentang komposisi debu dengan sampel debu dunia nyata, “mereka menemukan itu tidak sesuai dengan pengukuran,” kata Green. “Jadi kita benar-benar tidak tahu mineral di permukaan.”

Mata di langit

EMIT akan mengukur secara langsung tempat-tempat kering dan berdebu di dunia menggunakan spektroskopi, teknik yang menggunakan cahaya yang memantul dari permukaan untuk memahami isi molekulnya.

See also  Mengapa lamprey laut menjadi masalah besar di Great Lakes

Saat ISS mengorbit planet, EMIT akan mengarahkan teleskop ke permukaan bumi. Cahaya yang masuk akan melewati celah sempit, dan kemudian dibiaskan menjadi semua warna penyusunnya—sensor EMIT dapat mendeteksi 12.410 pita warna yang berbeda.

[Related: The ISS gets an extension to 2030 to wrap up unfinished business.]

“Batu terbuat dari mineral, mineral pada umumnya adalah molekul yang berbeda, dan molekul tersebut berinteraksi secara berbeda dengan cahaya,” kata Green. Setiap mineral membawa sidik jari spektral yang berbeda. Spektrometer tidak akan mengukur debu atmosfer secara langsung—ketika semua debu mengambang di atmosfer, ia mengacak-acak cahaya. Sebagai gantinya, mesin akan fokus pada tanah, memberikan informasi yang cukup kepada pemodel iklim untuk merekonstruksi awan debu di atas.

Setelah mengoreksi efek atmosfer dan vegetasi, EMIT dapat mendeteksi blok bangunan berpasir dari setiap petak seluas 645 kaki persegi yang dipindainya.

Diperlukan waktu kurang dari satu tahun untuk mendapatkan gambaran lengkap tentang gurun pasir dunia, yang akan menyempurnakan model iklim global. Tapi begitu itu selesai, spektrometer EMIT bisa diubah menjadi pengamatan baru.

Spektrometer serupa atau identik yang ditempatkan di pesawat telah digunakan untuk mempelajari risiko kebakaran di hutan Amerika Utara, keanekaragaman hayati di hutan hujan Peru, sumber polusi plastik, gumpalan metana, dan keberadaan elemen tanah jarang. “Sekarang membawa ini ke luar angkasa,” kata Green, di mana mengamati debu di angin hanyalah permulaan.