NASA JPL espera aumentar a visão do satélite de monitoramento de poluição

Foi há quase 10 anos que Andrew Thorpe recebeu uma mensagem de texto da tripulação que sobrevoava uma pequena aeronave: Eles tinha avistado um novo ponto quente de metano.

Thorpe dirigiu por estradas sinuosas de terra e montanha em um utilitário esportivo alugado desajeitado perto da região de Four Corners, no sudoeste dos EUA. Quando chegou ao local retransmitido do avião, ele sacou uma câmera térmica para escanear a pluma. Com certeza, o metano estava vazando do solo, provavelmente de um vazamento de oleoduto.

Ele encontrou um marcador saindo do deserto com o número de telefone de uma empresa de gás, então ligou para eles. “Eu tinha o indivíduo mais confuso do outro lado do telefone”, disse Thorpe. “Eu estava tentando explicar a eles por que eu estava ligando, mas isso foi há muitos anos, quando realmente não havia nenhuma tecnologia que pudesse fazer isso.”

Ao longo dos anos, o trabalho rendeu a Thorpe alguma atenção indesejada. “Fiz algumas pesquisas de direção na Califórnia… Um policial de aluguel ficou muito desconfiado de mim e tentou me assustar”, disse Thorpe. “Se você instalar uma câmera térmica em uma via pública e apontá-la para um tanque além da cerca, as pessoas ficarão nervosas. Fui importunado por alguns trabalhadores de petróleo e gás, mas isso é normal.”

Hoje, Thorpe faz parte de um grupo que está na vanguarda do monitoramento de gases de efeito estufa na NASA Laboratório de Propulsão a Jato em La Cañada Flintridge. Por mais de 40 anos, o Laboratório de Microdispositivos no JPL desenvolveu instrumentos especializados para medir metano e dióxido de carbono com extrema precisão.

Os instrumentos, chamados espectrômetros, detectam gases com base nas cores da luz solar que eles absorvem. No início deste ano, uma equipe de pesquisadores do JPL, Caltech e da organização sem fins lucrativos Carnegie Science foi selecionado como finalista para um prêmio da NASA para colocar a tecnologia em órbita.

Se escolhido para a missão do satélite, a investigação de carbono da equipe, chamada Carbon-I, seria lançada no início da década de 2030. Ao longo de três anos, o Carbon-I mapearia continuamente as emissões de gases de efeito estufa ao redor do globo e tiraria instantâneos diários de áreas de interesse, permitindo que os cientistas identificassem fontes de poluição climática, como usinas de energia, vazamentos de oleodutos, fazendas e aterros sanitários.

Embora já existam vários satélites monitorando esses gases, a resolução do Carbon-I é sem precedentes e eliminaria qualquer suposição na determinação de onde o gás foi emitido. “Não há mais como negar — uma vez que vemos uma pluma, não há outra fonte potencial”, disse Christian Frankenberg, co-investigador principal do Carbon-I e professor de ciência ambiental e engenharia no Caltech.

O professor do Caltech, Christian Frankenberg, co-pesquisador principal do sistema proposto de monitoramento de emissões de Carbono-I baseado no espaço, observa um monitor AVIRIS em construção em um laboratório do JPL.

(Myung J. Chun/Los Angeles Times)

A melhor resolução de 100 pés do Carbon-I “é uma resolução muito alta do espaço. Essa é uma resolução incrível de se conseguir obter”, disse Debra Wunch, professora da Universidade de Toronto que estuda o ciclo de carbono da Terra e não está envolvida na proposta do Carbon-I. “Seria capaz de nos dar muito mais insights sobre exatamente a fonte das emissões… Isso seria inovador. Você seria capaz de ver pilhas individuais, partes individuais de aterros sanitários, até mesmo.”

Historicamente, monitorar a liberação de gases de efeito estufa de emissores individuais tem sido desafiador — tanto o dióxido de carbono quanto o metano são incolores e inodoros. Então, os cientistas frequentemente tiveram que confiar na soma de valores autorrelatados por empresas e estimativas de pesquisas. Por exemplo, para estimar a quantidade de metano que as vacas produzem, os cientistas teriam que determinar quanto metano uma vaca libera e multiplicar pelo número total de vacas na Terra.

“Se você olhar para as políticas internacionais… atualmente elas são todas baseadas nesses inventários de baixo para cima”, disse Anna Michalak, co-pesquisadora principal do Carbon-I e diretora fundadora do Carnegie Climate and Resilience Hub na Carnegie Science. “Precisamos chegar a um ponto em que… realmente tenhamos uma maneira independente de rastrear quais são as emissões.”

A resolução do Carbon-I também dará aos cientistas novo acesso à atmosfera dos trópicos, onde as nuvens atualmente obscurecem a maioria das formas de vigilância por satélite. “É o calcanhar de Aquiles deles”, disse Frankenberg.

Como as florestas tropicais e subtropicais absorver cerca de um quarto do CO2 a humanidade produz ao queimar combustíveis fósseis, dados precisos dessa região do globo são extremamente necessários.

Os satélites que atualmente orbitam a Terra com resolução mais baixa não conseguem ver através de pequenas lacunas na cobertura de nuvens. Eles só veem uma média borrada dos pontos nublados e claros no céu para cada pixel. O Carbon-I, com a área de cada pixel quase 50 vezes menor do que a da maioria dos outros satélites, consegue ver as clareiras e fazer medições através delas. Em um Artigo de abril de 2024Frankenberg, Michalak e seus colaboradores estimaram que o Carbono-I seria capaz de ver além das nuvens nos trópicos com uma frequência de 10 a 100 vezes maior do que seus predecessores.

Carbon-I “vai ver coisas onde as pessoas não sabem o que está acontecendo”, disse Thorpe, que deixou seus dias de pós-graduação apontando câmeras térmicas para vazamentos de gás e agora trabalha como tecnólogo de pesquisa no Microdevices Laboratory. “Vai abrir um novo reino da ciência.”

O programa de monitoramento de gases de efeito estufa do JPL remonta a décadas, mas o campo de monitoramento espacial ainda é relativamente novo. Perto do início de 2016, a sede da NASA contatou a equipe do JPL. Houve um massivo explosão na instalação de armazenamento de gás de Aliso Canyon perto de Porter Ranch, e a NASA queria que a equipe o verificasse.

A equipe sobrevoou o local em uma variante de um avião espião da década de 1960 por três dias ao longo de um mês, enquanto a Southern California Gas Co. lutava para conter a explosão. Ao mesmo tempo, o Goddard Flight Center da NASA em Maryland apontou o espectrômetro Hyperion da espaçonave de observação da Terra da NASA para o vazamento.

O Hyperion foi projetado para fazer observações da superfície da Terra e filtrar o ruído da atmosfera. Agora, eles estavam tentando observar a atmosfera e filtrar a superfície, e para o primeira vezcientistas observaram uma fonte pontual de metano produzida pelo homem a partir da órbita.

“O resultado do Hyperion foi bem barulhento, mas você ainda conseguia ver a pluma”, disse Thorpe. “Isso foi realmente uma prova de conceito de que poderíamos fazer isso do espaço.”

Mesmo que o Carbon-I seja lançado, isso não significa que a equipe vai parar de colocar instrumentos em aviões. Da aeronave, a equipe é capaz de monitorar áreas de interesse em resolução ainda mais nítida e por dias consecutivos. Agora mesmo, uma versão mais enxuta e mais eficiente dos espectrômetros que observaram o vazamento de Four Corners e a explosão de Aliso Canyon está voando em uma série de missões para monitorar as emissões de plataformas de petróleo offshore no Golfo do México.

O avião bimotor King Air usado pelo JPL para realizar voos de monitoramento de gases de efeito estufa em seu hangar no Aeroporto Hollywood Burbank.

(Noah Haggerty/Los Angeles Times)

As missões de avião também dão à equipe uma oportunidade de testar espectrômetros novos e aprimorados. “Você pode consertá-los e atualizá-los”, disse o engenheiro do JPL Michael Eastwood, que trabalhou com os espectrômetros por mais de três décadas e voa regularmente com eles. “Você pode correr mais riscos, ao contrário das espaçonaves que precisam de confiabilidade realmente madura, realmente bem conhecida e alta — não somos limitados assim.”

A equipe aérea também é ágil. Normalmente, dois membros da tripulação sentam-se na segunda fileira de uma aeronave bipropulsora King Air olhando para uma pilha de laptops e instrumentos com botões suficientes para rivalizar com a cabine do avião. Nas telas, eles podem olhar dados de GPS em tempo real e resultados do espectrômetro e coordenar um plano de voo com os pilotos. O espectrômetro — chamado AVIRISabreviação de Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (Espectrômetro de Imagem Visível/Infravermelho Aerotransportado) — fica na terceira fileira, olhando para baixo através de uma janela recortada no chão.

O programa da NASA para o qual o Carbon-I foi selecionado como finalista visa financiar a ciência da Terra baseada no espaço que beneficiará a sociedade. A equipe recebeu US$ 5 milhões para aprimorar sua proposta de projeto antes de uma revisão final da NASA em 2025. Há três outros finalistas, e dois serão selecionados para o lançamento.

Esse processo de duas etapas para selecionar missões é novo nos programas de ciências da Terra da NASA e exige que o JPL concorra com o restante da comunidade científica, independentemente de sua associação com a agência espacial.

“Se estamos falando de dinheiro para compras, [$5 million] parece muito dinheiro, mas é realmente uma pechincha”, disse Michalak. “Se você pensar no fato de que está comprometendo US$ 300 milhões para uma missão, gastar 1,5% disso para realmente garantir que será fabuloso e bem-sucedido é extremamente inteligente.”

Enquanto isso, a equipe do Carbon-I está focada em mostrar à NASA que tem o conhecimento técnico para executar o projeto no prazo e abaixo do orçamento.

“Acredito que todas as quatro missões na fase atual são missões científicas absolutamente valiosas”, disse Michalak, “e 50% de probabilidades não são probabilidades ruins para uma missão de satélite”.