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La NASA sta lanciando un prototipo di strumento che potrebbe rendere più facile monitorare l'attività vulcanica e la qualità dell'aria. Arroccato a bordo di un CubeSat a circa 480 chilometri sopra la superficie terrestre, il "Nanosat Atmospheric Chemistry Hyperspectral Observation System", o NACHOS, utilizzerà un imager iperspettrale compatto per localizzare fonti di gas indicative di attività vulcanica in piccole aree di circa 0,4 chilometri quadrati. NACHOS fa parte della 17a missione di rifornimento di Northrop Grumman alla Stazione Spaziale Internazionale dalla Wallops Flight Facility della NASA a Wallops Island, in Virginia.
In caso di successo, NACHOS sarà lo strumento spaziale più piccolo e ad alta risoluzione dedicato al monitoraggio dei gas traccia atmosferici come l'anidride solforosa (SO2) e il biossido di azoto, aprendo la strada a futuri sistemi di osservazione della Terra che non solo aiuteranno a prevedere le eruzioni vulcaniche, ma monitoreranno anche la qualità dell'aria intorno a città, quartieri e persino singole centrali elettriche.
"Un vulcano dormiente che si sta appena svegliando può emettere SO2 prima che ci sia un'attività sismica rilevabile. Questo ci dà la possibilità di identificare un vulcano potenzialmente in eruzione prima che esploda effettivamente", ha spiegato Steve Love, ricercatore e responsabile del task center con lo Space and Remote Sensing Group presso il Los Alamos National Laboratory (LANL) del Dipartimento dell'Energia.
I gas traccia atmosferici provenienti da fonti naturali e artificiali forniscono agli scienziati informazioni uniche su un'ampia varietà di sistemi terrestri. Ad esempio, il biossido di azoto, spesso prodotto dalla combustione di combustibili fossili, ha un impatto negativo sulla salute umana e può fungere da tracciante per l'anidride carbonica (un gas serra che contribuisce al cambiamento climatico) che deriva dall'attività umana.
Ma il monitoraggio dei gas traccia richiede strumenti abbastanza sensibili per raccogliere dati ad alta risoluzione; tradizionalmente, ciò significava creare satelliti più grandi dotati di una suite completa di potenti sensori. "Ci sono strumenti eccellenti in orbita che raccolgono dati sui gas traccia atmosferici, ma sono costosi da produrre e mantenere. Se vogliamo espandere questa capacità scientifica, avremo bisogno di una soluzione più economica", ha dichiarato Love.
Di soli 6 chilogrammi e 300 centimetri cubi, NACHOS può essere la soluzione. Oltre a un imager iperspettrale ultracompatto in grado di raccogliere dati ad alta risoluzione, NACHOS utilizza anche algoritmi di elaborazione integrati, che riducono sia le dimensioni delle sue trasmissioni di dati che la quantità di tempo necessaria per trasmettere tali dati sulla Terra.
Questi algoritmi funzionano particolarmente bene su piccoli computer, dando a NACHOS grandi quantità di potenza computazionale senza aumentare le dimensioni o il peso dello strumento. "Più potenza e meno peso distinguono NACHOS e lo rendono un ottimo candidato per le future missioni" alla ricerca di gas traccia dall'atmosfera ha spiegato Love.
NACHOS rimarrà a bordo del veicolo spaziale Cygnus di Northrop Grumman fino a maggio 2022, quando il veicolo spaziale si allontanerà dalla Stazione Spaziale Internazionale e posizionerà NACHOS in orbita terrestre bassa prima che il veicolo spaziale cargo rientri nell'atmosfera terrestre. Love si aspetta che NACHOS rimanga in orbita per circa un anno.
"Questo ci darà abbastanza tempo per verificare il design del nostro strumento e raccogliere dati di test sufficienti per garantire che il nostro concetto tecnologico sia fattibile", ha affermato Love. Un secondo strumento NACHOS si dirigerà verso l'orbita terrestre bassa nell'inverno del 2022 come parte del programma di test spaziali del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. Il prototipo è finanziato attraverso il programma InVEST presso l'Earth Science Technology Office della NASA.