В этом году 22 апреля отмечается День Земли. В первую очередь он посвящен тем, кто профессионально занимается ее изучением и систематизацией полученных знаний, позволяя сделать жизнь всех людей более комфортной и безопасной, сохранить биоразнообразие и устойчивое развитие.
Взаимодействие человека с нашей планетой невозможно понять без глубоких знаний о собственно биосфере — одной из оболочек Земли, неотъемлемой частью которой являются живые организмы. Ее исследования с помощью искусственных спутников были развернуты в начале 60-х годов прошлого века. С тех пор их методы и технология непрерывно совершенствуются, а биосферные наблюдения и эксперименты стали обычным элементом научных программ, выполняемых экипажами космических кораблей и орбитальных станций.
Впервые за более чем десять лет NASA отправила в космос пять научных приборов для изучения Земли в рамках программы EARTH SCIENCE. Они предоставили ученым новые возможности для дистанционных исследований нашей меняющейся планеты.
Три миссии выполняются самостоятельными специализированными спутниками, а два прибора установили на Международной космической станции (МКС). В рамках года активных научных исследований Земли, объявленного NASA, состоялись также полеты лабораторий самолетного базирования к полюсам и центрам ураганов, получили дальнейшее развитие технологии наблюдений с помощью новых высокочувствительных сенсоров, расширяется использование спутниковых данных для повышения готовности к природным катаклизмам и приобретающим в последнее время актуальность угрозам глобальных изменений климата, а также для смягчения их последствий.
Информация со спутников и самолетов помогает ученым найти ответы на ряд важных вопросов, касающихся изменений климата, повышения уровня моря, уменьшения доступности пресной воды, экстремальных погодных явлений.
GPM
Первой миссией EARTH SCIENCE стала GPM (Global Precipitation Measurement Core Observatory) — спутниковый проект, осуществляемый совместно с Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA). Он положил начало беспрецедентной международной спутниковой группировке, основной задачей которой будет проведение глобальных наблюдений дождей, гроз и снегопадов. Новая информация об этих явлениях поможет ответить на вопросы о функционировании механизма всепланетной циркуляции воды, а также улучшить управление водными ресурсами и прогнозированием погоды. Первый спутник группировки — Core Observatory — успешно запущен 27 февраля с японского космического центра Танегасима с помощью ракеты H-IIA. Он был построен в Центре космических полетов им. Годдарда (Goddard Space Flight Center, NASA). Всего в полнофункциональном аппаратном комплексе, кроме основного, задействовано 8 отдельных однотипных спутников, объединенных общей задачей.
GPM обеспечивает проведение глобальных измерений уровня осадков с повышенной точностью, расширенным охватом и большим динамическим диапазоном. Важным результатом миссии должно стать улучшение качества метеопрогнозов благодаря учету оперативной информации. Кроме того, среди ее задач значатся: накопление знаний о круговороте воды в природе и его связи с изменением климата; получение новой информации о штормовых структурах и крупномасштабных атмосферных процессах; улучшение понимания микрофизики осадков; расширение возможностей мониторинга и прогнозирования ураганов, а также других экстремальных погодных явлений; совершенствование предсказаний стихийных бедствий (наводнений, засух, оползней), урожаев сельскохозяйственных культур, мониторинг ресурсов пресной воды.
OCO-2
Следующим этапом стала миссия для углубленного изучения роли углекислого газа в изменениях климата — OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory-2). Наблюдения этого спутника используются для улучшения понимания роли естественных и антропогенных источников CO₂ и их влияния на циклические изменения условий в земных океанах, на суше и в атмосфере.
OCO-2 — усовершенствованная копия разработанного NASA спутника OCO-1, который не удалось вывести на расчетную орбиту при запуске 24 февраля 2009 года. Обсерватория была запущена с авиабазы Ванденберг (Калифорния) 2 июля 2014 года. Она состоит из одного инструмента, расположенного на оригинальной платформе. Конструктивно прибор включает в себя три спектрометра высокого разрешения для точного определения концентрации атмосферного углекислого газа.
Миссия получает данные в трех различных режимах измерений. В режиме «Надир» (Nadir) прибор рассматривает Землю непосредственно под аппаратом. В режиме «Отблеск» (Glint) отслеживаются участки земной поверхности, от которых отражается солнечный свет. Этот режим используется для проведения высокоточных измерений над равнинными областями (особенно над океанами). В режиме «Цель» (Target) просматривается заданный участок поверхности при каждом прохождении спутника над ним, обеспечивая возможность собрать большое количество измерений для сравнения с результатами исследований, проводимых наземными средствами и другими космическими аппаратами. Плановый срок эксплуатации обсерватории составлял 2 года, однако она успешно функционирует до сих пор.
SMAP
Название миссии SMAP (Soil Moisture Active Passive) можно перевести как «активные и пассивные грунтовые воды». Спутник с низкочастотным микроволновым радиометром и радаром для измерений влажности грунта отправился на орбиту 31 января 2015 года. Полученные им данные используются для предсказания погоды, изменений климата, продуктивности сельского хозяйства и — в более широком контексте — экосистем планеты Земля, а также для изучения кругооборота воды, энергии и углерода. Глобальные карты влажности почв с высоким разрешением позволяют принимать обоснованные меры в отношении оптимального использования водных ресурсов.
SMAP использует при наблюдениях новый технологический подход, который заключается в объединении радара и радиометра, работающих в L-диапазоне. Это позволяет расширить диапазон оперативных измерений глубины зондирования и повысить пространственное разрешение. Ожидалось, что миссия продлится не менее трех лет, при этом дискретность предоставления информации не будет превышать двух-трех дней. Тем не менее, спутник исправно работает уже более 7 лет.
ISS-RapidScat
Еще две научные миссии программы EARTH SCIENCE в качестве базовой платформы использовали Международную космическую станцию. Первая из них — ISS-RapidScat — продолжила мониторинг океанских ветров по всему миру, предоставляя ключевую информацию для климатических исследований и предсказания погоды, а также для отслеживания штормов и ураганов. Новый научный инструмент позволил увеличить точность прогнозов погоды и детальнее изучить взаимодействия в системе «океан-атмосфера». Он был доставлен на МКС в сентябре 2014 года на борту грузового корабля Dragon и проработал до августа 2016-го.
«На нашей планете наличие воды является важным условием для существования жизни. Если мы хотим предсказать изменения климата и сохранить полезные водные ресурсы, мы должны четко представлять, как вода движется внутри атмосферы, между атмосферой, океанами и сушей, — сообщил директор научного отдела департамента NASA Майкл Фрейлих (Michael Freilich). — В сочетании с данными других активных миссий NASA, которые измеряют соленость верхних слоев океанской воды и регистрируют изменения уровней подземных водоносных горизонтов, с использованием GPM и SMAP, мы получили беспрецедентную по точности и функциональности действующую схему измерения жизненного водного цикла нашей планеты».
CATS
Специальный прибор CATS (Cloud-Aerosol Transport System), который также установили на МКС в январе 2015 года, не только собирает данные о мелких каплях жидкости и пылевых частицах в атмосфере Земли, но и служит своего рода прототипом нового поколения космических аппаратов ACE. Данные метеорологических спутников вносят значительный вклад в мониторинг облаков, температуры воздуха, влажности и многих других параметров, но исследовать с их помощью атмосферные аэрозоли до недавнего времени не представлялось возможным, хотя они существенно влияют на погоду и климат в целом. Мониторинг ведется путем зондирования воздуха световыми импульсами — с помощью так называемого «лидара» (лазерного радара).
Влияние облаков и аэрозолей (например, загрязнений в виде пыли и дыма) на механизмы климатических изменений в глобальном масштабе изучено еще далеко не полностью. Разрешение лидаров, используемых в CATS, оптимально реализуется с высоты орбиты МКС, и вдобавок станция пролетает над многими из важных путей переноса аэрозолей в атмосфере. Особенно ценной оказывается возможность изучения суточных вариаций — обычные научные спутники не всегда могут предоставить такие данные в силу специфики их орбит.
CATS включает в себя четыре радарных устройства, разработанных специально для исследования атмосферных аэрозолей. Они продемонстрировали прекрасную работоспособность в ходе более ранних миссий — например, на спутнике ICESat, проводившего подобные исследования на протяжении двух месяцев в 2003 г., и обсерватории CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations), функционирующей на околоземной орбите с 2006 года. Планируется, что CATS примет эстафету у CALIPSO и проработает вплоть до 2023-го, пока не стартует проект «Аэрозольно-облачные экосистемы» (Aerosol-Cloud-Ecosystems — ACE).
Специалисты считают, что данные CATS позволят сделать выводы о природе аэрозолей в верхних слоях атмосферы. То есть ученые однозначно смогут сказать, представлены ли они частичками льда и капельками воды, либо же пылью, состоящей из менее летучих веществ. Эти данные также чрезвычайно важны для понимания процессов перемещения энергии в атмосфере. Микрочастицы могут поглощать различное количество солнечного света и теплоты из окружающего воздуха и отдавать эту энергию в другом месте.
Аэронавтические исследования
Отправка на МКС приборов по программе EARTH SCIENCE ознаменовала начало ее использования в качестве платформы для непрерывных круглосуточных наблюдений Земли. На протяжении всего своего существования орбитальный комплекс служит уникальной базой для развития научных исследований и технологических инноваций. Его орбита позволяет проводить наблюдения почти 85% земной поверхности. NASA уже установила там пять инструментов для этих целей.
Параллельно с приборами, работающими за пределами атмосферы, в исследованиях задействован беспилотник Global Hawk и флот самолетов, оснащенных сложнейшим современным оборудованием. В 2014 году 12 департаментов NASA выполняли исследовательские программы по всему миру — от Антарктиды до Арктики (в том числе во всех регионах США, Центральной и Южной Америки): изучали полярные льды, загрязнения воздуха в городах, стихийные бедствия и пр.
Еще одной задачей научной программы EARTH SCIENCE является обеспечение оперативными данными региональных органов управления во всем мире.
В частности, в 2014 году в центре внимания оказались проблемы, связанные с сохранением экосистем в Мексиканском заливе, нехваткой воды на юго-западе США, наводнениями в дельте реки Меконг. Проводились испытания новых датчиков для более точного измерения уровня воды в озерах и водохранилищах, концентрации диоксидa углерода, характеристик наземных экосистем, для мониторинга стихийных бедствий — таких, как землетрясения и цунами.
NASA не только ведет наблюдения жизненно важных параметров Земли различными средствами и их последующий компьютерный анализ с целью отслеживания вековых и краткосрочных климатических изменений. Агентство также щедро делится этими уникальными данными со всем мировым сообществом — для совместного поиска новых путей сохранения экосистем и биоразнообразия нашей родной планеты.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
