NFR
NET FLUX RADIOMETER : LO STUDIO DELL'ATMOSFERA


Immagine dello strumento

Le sonde Pioneer e Voyager passando nei pressi di Giove, misurarono la radiazione termica proveniente dagli strati superiori delle nubi ma non furono in grado di dare informazioni sulle caratteristiche della radiazione all'interno dell'atmosfera. L'NTF, al contrario, effettuerà misure dirette dei flussi locali di radiazioni all'interno degli strati nuvolosi del pianeta.

LA DISCESA DELLA SONDA

Durante la discesa della sonda attraverso i vari strati atmosferici, saranno rilevabili i cambiamenti nel flusso della radiazione termica ( la stessa prodotta da una stufa ad infrarossi ): questi cambiamenti riveleranno le forze che guidano i movimenti dell'atmosfera. Se in uno strato atmosferico la radiazione in entrata è maggiore di quella in uscita, lo strato si sta per radiazione, riscaldando, mentre quello adiacente si sta , per radiazione, raffreddando .

Schema dei flussi

La differenza di temperatura tra le due zone tende quindi ad aumentare, producendo spinte ascensionali e queste, in ultimo, movimenti atmosferici.

L'ANALISI DELLA COMPOSIZIONE

Il secondo obiettivo dell'NFR è aiutare a comprendere quali elementi compongono l'atmosfera di Giove. Analizzando le caratteristiche dell'andamento dei flussi, si noteranno delle diminuzioni laddove l'assorbimento radiativo è relativamente forte: l'NFR analizzerà le zone dove si verificheranno queste diminuzioni ( che saranno tanto più ampie quanto l'elemento interessato sarà opaco al trasporto della radiazione ) in diverse bande dello spettro. L'ampiezza di queste diminuzioni, correlata alle misure di temperatura e pressione e con le analisi del fenomeno di retrodiffusione effettuate dal nefelometro ( verrà misurata l'intensità della luce riflessa dal mezzo ), forniranno informazioni importanti sulla natura della materia che causa queste regioni di forte assorbimento.

L'NFR utilizza un visore ottico rotante, nel quale i rilevatori possono osservare un campo visivo a forma di cono di 40 gradi di ampiezza, attraverso un vetro di diamante. La visuale è centrata ad un angolo di 45 gradi sull'asse, considerato il più rappresentativo per valutare l'energia integrata di un intero emisfero. Una rotazione sull'asse orizzontale , permetterà la visione bidirezionale e quindi l'osservare entrambi gli emisferi ( relativamente alla sonda ), utilizzando le stesse ottiche e rivelatori.
Durante la discesa, con l'aumento continuo del calore e della densità dell'atmosfera, l'NFR volgerà velocemente ed alternativamente lo sguardo nelle due direzioni. Misurando la differenza nell'intensità della radiazione tra queste due viste, determinerà l'ampiezza e la direzione del flusso di energia radiativa.

Dietro questa finestra in diamante, ci sono sei sensori piroelettrici al litio-tantalio, che compiono le misurazioni attraverso una serie di filtri nelle lunghezze d'onda che vanno dal visibile all'infrarosso. Un filtro è utilizzato per misurare il flusso di energia dal Sole, mentre un secondo misura il flusso totale nell'infrarosso. Altri tre regioni dello spettro furono scelte per aiutare l'identificazione dei vari tipi di atmosfera.

E' ben noto che l'idrogeno molecolare è la fonte maggiore dell'opacità dell'atmosfera di Giove. Però, l'idrogeno ha delle "finestre" o "buchi" nello spettro, attraverso i quali l'atmosfera perde nello spazio enormi quantità di radiazione ( calore ), mentre non è così per i componenti minori come il metano, l'ammoniaca, ed il vapore acqueo che "coprono" i buchi nello spettro dell'idrogeno. Misurando il flusso in funzione dell'altitudine nelle "finestre" dell'idrogeno, è possibile stimare le abbondanze delle tracce dei vari gas. Sarà anche un modo per avere un backup di una parte delle misure effettuate dallo spettrometro di massa.

Misurazioni valutabili in maniera meno complessa saranno quelle relative al contributo dato dalle piccole particelle all'opacità dell'atmosfera. La posizione dei vari strati nuvolosi, desunta dall'effetto sull'opacità nell'infrarosso e nel visibile, fornirà una verifica parziale sulle misure sul particolato effettuate dal nefelometro.

COMPARAZIONE OTTICA

Poichè il flusso radiativo durante la discesa, tenderà a divenire molto piccolo in confronto al flusso totale di energia, la simmetria ottica tra vista superiore e vista inferiore sarà estremamente importante. Per garantire che il percorso ottico e le caratteristiche della visuale non cambino tra le due viste, sarà l'intero gruppo ottico a ruotare.

Oltre a quanto sopra, l'NFR misurerà, il flusso atmosferico in ascesa ed il flusso da un corpo nero a bordo della sonda. Il sistema di calibrazione radiometrica sarà utilizzato per controllare le prestazioni dello strumento durante la discesa. Nella modalità misura di flusso radiativo, l'NFR alternerà l'osservazione nei due emisferi ogni due volte al secondo. Nella modalità calibrazione, l'NFR si alternerà tra due sorgenti interne di radiazioni: un corpo nero a temperatura ambiente ed un corpo caldo alla temperatura controllata di 410 gradi K. Nella modalità flusso atmosferico, oserverà alternativamente verso il basso e verso la sorgente di calore scelta come obiettivo.

In ciascuna delle modalità di funzionamento prevista, il segnale del flusso è integrato ogni 5,5 secondi e campionato ogni 6. Ogni ciclo dell'NFR dura due minuti , ogni secondo vengono svolti 26 operazioni, 17 sono relative alle misure di flusso, una ciascuno riguardano il flusso atmosferico, la misura del corpo nero e la verifica della calibrazione dello zero.
La risoluzione verticale sarà di circa 1,2 chilometri durante la discesa rapida ed aumenterà con il diminuire della velocità. Quando raggiugerà la pressione 10 volte superiore a quella terrestre a livello del mare , la risoluzione sarà di circa 200 metri.

L'NFR pesa 3 kg e consumerà circa 10 watt durante la discesa. E' stato costruito dalla Martin Marietta Industries.


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01/06/96 by MF