Цього року 22 квітня відзначається День Землі. Насамперед він присвячений тим, хто професійно займається її вивченням та систематизацією отриманих знань, дозволяючи зробити життя всіх людей більш комфортним та безпечним, зберегти біорізноманіття та сталий розвиток.
Взаємодія людини з нашою планетою неможливо зрозуміти без глибоких знань про власне біосферу – одну з оболонок Землі, невід’ємною частиною якої є живі організми. Її дослідження за допомогою штучних супутників були розгорнуті на початку 60-х років минулого століття. З того часу їх методи та технологія безперервно вдосконалюються, а біосферні спостереження та експерименти стали звичайним елементом наукових програм, що виконуються екіпажами космічних кораблів та орбітальних станцій.
Вперше за понад десять років NASA відправила у космос п’ять наукових приладів для вивчення Землі в межах програми EARTH SCIENCE. Вони надали вченим нові можливості для дистанційних досліджень нашої планети.
Три місії виконуються самостійними спеціалізованими супутниками, а два прилади встановили на Міжнародній космічній станції (МКС). В межах року активних наукових досліджень Землі, оголошеного NASA, відбулися також польоти лабораторій повітряного базування до полюсів і центрів ураганів, отримали подальший розвиток технології спостережень за допомогою нових високочутливих сенсорів, розширюється використання супутникових даних для підвищення готовності до природних катаклізмів і набуваючих останнім часом актуальності загроз глобальних змін клімату, а також для пом’якшення їхніх наслідків.
Інформація з супутників і літаків допомагає вченим знайти відповіді на низку важливих питань щодо кліматичних змін, підвищення рівня моря, зменшення доступності прісної води, екстремальних погодних явищ.
GPM
Першою місією EARTH SCIENCE стала GPM (Global Precipitation Measurement) — супутниковий проєкт, що здійснюється спільно з Японським агентством аерокосмічних досліджень (JAXA). Він започаткував безпрецедентне міжнародне супутникове угруповання, основним завданням якого є проведення глобальних спостережень дощів, гроз і снігопадів. Нова інформація про ці явища допоможе відповісти на питання щодо функціонування механізму всепланетної циркуляції води, а також покращити управління водними ресурсами та прогнозуванням погоди. Перший супутник угруповання — Core Observatory — був успішно запущений 27 лютого 2014 року з японського космічного центру Танегасіма за допомогою ракети H-IIA. Він був збудований у Центрі космічних польотів ім. Годарда (Goddard Space Flight Center, NASA). Загалом у повнофункціональному апаратному комплексі, крім основного, задіяно 8 окремих однотипних супутників, об’єднаних спільним завданням.
GPM забезпечує проведення глобальних вимірювань рівня опадів із підвищеною точністю, розширеним охопленням і великим динамічним діапазоном. Важливим результатом місії має стати покращення якості метеопрогнозів завдяки врахуванню оперативної інформації. Крім того, серед її завдань значаться: накопичення знань про кругообіг води у природі та його зв’язок зі зміною клімату; отримання нової інформації про штормові структури та великомасштабні атмосферні процеси; покращення розуміння мікрофізики опадів; розширення можливостей моніторингу та прогнозування ураганів, а також інших екстремальних погодних явищ; вдосконалення передбачень стихійних лих (повеней, посух, зсувів), врожаїв сільськогосподарських культур, моніторинг ресурсів прісної води.
OCO-2
Наступним етапом стала місія для поглибленого вивчення ролі вуглекислого газу в змінах клімату — OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory-2). Спостереження цього супутнику використовуються для покращення розуміння ролі природних і антропогенних джерел CO₂ та їхнього впливу на циклічні зміни умов у земних океанах, на суші й в атмосфері.
OCO-2 — вдосконалена копія розробленого NASA супутника OCO-1, який не вдалося вивести на розрахункову орбіту під час запуску 24 лютого 2009 року. Обсерваторію було запущено з авіабази Ванденберг (Каліфорнія) 2 липня 2014 року. Вона складається з одного інструменту, встановленого на оригінальній платформі. Конструктивно прилад включає в себе три спектрометри високої роздільної здатності для точного визначення концентрації атмосферного вуглекислого газу.
Місія отримує дані у трьох різних режимах вимірювання. В режимі «Надир» (Nadir) прилад розглядає Землю безпосередньо під апаратом. У режимі «Відблиск» (Glint) відстежуються ділянки земної поверхні, від яких відбивається сонячне світло. Цей режим використовується для проведення високоточних вимірів над рівнинними областями (особливо над океанами). У режимі «Мета» (Target) супутник проглядає задану ділянку поверхні при кожному проходженні над нею, забезпечуючи можливість зібрати велику кількість вимірювань для порівняння з результатами досліджень, що проводяться наземними засобами та іншими космічними апаратами. Плановий термін експлуатації обсерваторії становив 2 роки, однак вона успішно функціонує досі.
SMAP
Назву місії SMAP (Soil Moisture Active Passive) можна перекласти як «активні та пасивні грунтові води». Супутник із низькочастотним мікрохвильовим радіометром і радаром для вимірювань вологості грунту вирушив на орбіту 31 січня 2015 року. Отримані ним дані використовуються для передбачення погоди, змін клімату, продуктивності сільського господарства та — в ширшому контексті — екосистем планети Земля, а також вивчення кругообігу води, енергії та вуглецю. Глобальні карти вологості грунтів із високою роздільною здатністю дозволяють вживати ефективних заходів щодо оптимізації використання водних ресурсів.
SMAP використовує при спостереженнях новий технологічний підхід, який полягає в об’єднанні радару та радіометра, що працюють у L-діапазоні. Це дозволяє розширити діапазон оперативних вимірювань глибини зондування та підвищити просторову роздільну здатність. Очікувалося, що місія триватиме не менше трьох років, при цьому дискретність надання інформації не перевищуватиме двох-трьох днів. Тим не менш, супутник безвідмовно працює вже понад 7 років.
ISS-RapidScat
Ще дві наукові місії програми EARTH SCIENCE у якості базової платформи використали Міжнародну космічну станцію. Перша з них — ISS-RapidScat — продовжила моніторинг океанських вітрів по всьому світу, надаючи ключову інформацію для кліматичних досліджень і прогнозів погоди, а також для відстеження штормів і ураганів. Новий науковий інструмент дозволив збільшити точність передбачень погоди та детальніше вивчити взаємодію в системі «океан-атмосфера». Він був доставлений на МКС у вересні 2014 року на борту вантажного корабля Dragon і пропрацював до серпня 2016-го.
«На нашій планеті наявність води є важливою умовою для життя. Якщо ми хочемо передбачити зміни клімату та зберегти корисні водні ресурси, ми маємо чітко уявляти, як вода рухається всередині атмосфери, між атмосферою, океанами та сушею, — повідомив директор наукового відділу департаменту NASA Майкл Фрейліх (Michael Freilich). — У поєднанні з даними інших активних місій NASA, що вимірюють солоність верхніх шарів океанської води та реєструють зміни рівнів підземних водоносних горизонтів, з використанням GPM і SMAP, ми отримали безпрецедентну за точністю та функціональністю діючу схему вимірювання життєвого водного циклу нашої планети».
CATS
Спеціальний прилад CATS (Cloud-Aerosol Transport System), також установлений на МКС у січні 2015 року, не лише збирає дані про дрібні краплі рідини та пилові частинки в атмосфері Землі, але й служить свого роду прототипом нового покоління космічних апаратів ACE. Дані метеорологічних супутників роблять значний внесок у моніторинг хмар, температури повітря, вологості та багатьох інших параметрів, але досліджувати за їхньою допомогою атмосферні аерозолі донедавна не було можливим, хоча вони суттєво впливають на погоду та клімат у цілому. Моніторинг ведеться шляхом зондування повітря світловими імпульсами — за допомогою так званого лідару (лазерного радару).
Вплив хмар і аерозолів (наприклад, забруднень у вигляді пилу та диму) на механізми кліматичних змін у глобальному масштабі вивчено ще далеко не повністю. Роздільна здатність лідарів, що використовуються в CATS, оптимально реалізується з висоти орбіти МКС, до того ж станція пролітає над багатьма з найважливіших шляхів перенесення аерозолів у атмосфері. Особливо цінною є можливість вивчення добових варіацій — звичайні наукові супутники не завжди можуть надати такі дані через специфіку їхніх орбіт.
CATS включає в себе чотири радарні пристрої, розроблені спеціально для дослідження атмосферних аерозолів. Вони продемонстрували чудову працездатність у ході більш ранніх місій — наприклад, на супутнику ICESat, який проводив подібні дослідження протягом двох місяців у 2003 році, та обсерваторії CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations), що функціонує на навколоземній орбіті з 2006 року . Планується, що CATS прийме естафету в CALIPSO і пропрацює аж до 2023-го, доки не стартує проєкт «Аерозольно-хмарні екосистеми» (Aerosol-Cloud-Ecosystems — ACE).
Фахівці вважають, що дані CATS дозволять зробити висновки про природу аерозолів у верхніх шарах атмосфери. Тобто вчені однозначно зможуть сказати, представлені вони частинками льоду та крапельками води або ж пилом, що складається з менш летких речовин. Ці дані також є надзвичайно важливими для розуміння процесів передачі енергії в атмосфері. Мікрочастинки можуть поглинати різну кількість сонячного світла й тепла з навколишнього повітря та віддавати цю енергію в іншому місці.
Аеронавтичні дослідження
Відправка на МКС приладів за програмою EARTH SCIENCE ознаменувала початок її використання як платформи для безперервних цілодобових спостережень Землі. Протягом усього свого існування орбітальний комплекс є унікальною базою для розвитку наукових досліджень і технологічних інновацій. Його орбіта дозволяє проводити спостереження майже 85% земної поверхні. NASA вже встановила там для цього п’ять інструментів.
Паралельно з приладами, що працюють за межами атмосфери, у дослідженнях задіяний безпілотник Global Hawk і флот літаків, оснащених найскладнішим сучасним обладнанням. У 2014 році 12 департаментів NASA виконували дослідницькі програми по всьому світу — від Антарктиди до Арктики (в тому числі в усіх регіонах США, Центральної та Південної Америки): вивчали полярні льодовики, забруднення повітря у містах, стихійні лиха та ін.
Ще одним завданням наукової програми EARTH SCIENCE є забезпечення оперативними даними регіональних органів управління в усьому світі. Зокрема, у 2014 році в центрі уваги опинилися проблеми, пов’язані зі збереженням екосистем у Мексиканській затоці, нестачею води на південному заході США, повенями в дельті річки Меконг. Проводилися випробування нових датчиків для точнішого вимірювання рівня води в озерах і водосховищах, концентрації діоксиду вуглецю, характеристик наземних екосистем, а також для моніторингу стихійних лих — таких, как землетруси та цунамі.
NASA не тільки здійснює спостереження життєво важливих параметрів Землі різними засобами та їх подальший комп’ютерний аналіз із метою відстеження вікових і короткострокових кліматичних змін. Агентство також щедро ділиться цими унікальними даними з усім світовим співтовариством — для спільного пошуку нових шляхів збереження екосистем і біорізноманіття нашої рідної планети.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
