Миссия НАСА PACE направлена на улучшение нашего понимания углеродного цикла Земли, частиц загрязнения и океанического планктона.
КЛИМАТВАЙР | При хорошей погоде и небольшом везении новейший спутник НАСА для наблюдения за Землей запустится рано утром во вторник с мыса Канаверал, Флорида. Этот полет завершит почти десятилетнюю разработку миссии, и его полезная нагрузка может помочь открыть новую эру науки о Земле.
«Это новаторство», — сказал Джереми Верделл, научный сотрудник спутниковой миссии ПАСЕ. «За 25 лет работы в НАСА это первая миссия, в которой я чувствую, что могу вырасти, вместо того, чтобы точно знать, что я получу. Он не только предоставит столько новых данных, которых у нас сейчас нет, но и эффективно прольет свет на множество новых открытий».
PACE означает Планктон, Аэрозоль, Облако, Экосистема океана — все, что новая миссия позволит ученым наблюдать более подробно, чем когда-либо прежде. Частицы загрязнения и крошечные океанские организмы сами по себе могут показаться неинтересными, но они являются ключом к пониманию некоторых наиболее важных процессов, формирующих сегодня планету, включая изменение климата.
Три новых высокотехнологичных инструмента делают эти наблюдения возможными.
Спутник оснащен двумя поляриметрами, которые наблюдают определенные свойства солнечного света, когда он отражается от объектов или частиц в воздухе внизу. Эти наблюдения, в свою очередь, помогают выявить специфические характеристики частиц, на которые падает свет. Они особенно полезны для наблюдения за облаками и аэрозолями в атмосфере, включая пыль, дым от лесных пожаров и промышленное загрязнение воздуха.
По словам ученого НАСА Кирка Кнобельсписсе, руководителя миссии по поляриметрии, это одни из самых совершенных поляриметров из существующих. Оба инструмента являются многоугольными, что означает, что они собирают изображения с разных точек зрения, предоставляя ученым наиболее полную картину облаков и частиц, которые они изучают.
Сегодня немногие спутники обладают такими возможностями. И инструменты ПАСЕ будут одними из немногих, собирающих общедоступные данные.
Флагманский прибор миссии — единственный в своем роде, изготовленный по индивидуальному заказу НАСА — это прибор цвета океана (OCI), спектрорадиометр, который измеряет длину волны и амплитуду излучаемого света. Проще говоря, это прибор, распознающий цвета. И он действительно хорош в своем деле: OCI может обнаруживать более 200 диапазонов цветовой информации, от ультрафиолетового спектра через видимый свет вплоть до инфракрасного.
Это улучшение по сравнению с предыдущими спутниковыми миссиями, в ходе которых удалось наблюдать лишь несколько различных синих, зеленых и красных цветов. Новые возможности позволят ученым различать различные сообщества планктона в океане, что даст им новое представление о морских экосистемах.
«Имея информацию по всему спектру, мы можем изучить пигменты, чего раньше у нас не было», — сказал Антонио Маннино, заместитель научного сотрудника миссии по вопросам океанов. «Одна из аналогий, которые мы использовали, — это переход от коробки с восемью карандашами к коробке с примерно 248 цветами».
ОБЛАКА И ЗАГАДКИ КЛИМАТА
Более детальные наблюдения за океанами и атмосферой могут стать основой для различных исследований, включая исследования всего: от цветения токсичных водорослей до качества воздуха и связи между облаками и глобальным потеплением.
Планктонные сообщества являются главным индикатором здоровья морской среды. Эти крошечные организмы являются краеугольным камнем морской пищевой сети, и знание того, какие виды присутствуют в данной части океана, может помочь ученым предсказать, сколько кислорода содержится в воде, какие виды рыб водятся вокруг и насколько здоровы их популяции. . Это ценная информация для рыбной промышленности.
Новые наблюдения также могут обеспечить раннее предупреждение о цветении токсичных водорослей, которое может нанести вред не только рыболовству и другим морским организмам, но и прибрежным человеческим сообществам.
Сообщества планктона даже могут помочь ученым оценить, сколько углекислого газа океан поглощает из атмосферы. Это ценная информация для ученых-климатологов, пытающихся сделать прогнозы о том, как быстро нагреется планета в ближайшие годы.
PACE также поможет исследователям лучше наблюдать за аэрозолями и облаками в атмосфере — и ответит на некоторые из самых важных вопросов, над которыми сегодня ломают голову ученые-климатологи.
«Есть две основные неопределенности, которые беспокоят нас с точки зрения того, куда будет двигаться наш будущий климат», — сказал Марк Зелинка, ученый-атмосферник из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, который не участвует в миссиях ПАСЕ. «Один из них — люди, а другой — облака».
Различные типы облаков могут согревать или охлаждать климат, в зависимости от физических свойств, таких как размер, количество и состав капель воды. Понимание того, как формируются облака и как они меняются по мере нагревания планеты, важно для составления точных прогнозов будущего изменения климата.
Аэрозоли также тесно связаны с исследованиями облаков. Облака образуются, когда капли воды конденсируются вокруг мельчайших частиц в воздухе. А различные типы аэрозолей могут влиять на размер и количество капель воды, изменяя физические свойства облаков. Но у ученых до сих пор остается много вопросов о том, как именно работают эти физические процессы.
«До сих пор неясно, насколько сильно аэрозоли влияют на облака и каким образом», — сказала Зелинка.
Вот почему улучшение спутниковых наблюдений так важно, добавил он. Больше данных может помочь ученым лучше понять эти процессы, а затем включить их в модели, которые они используют для прогнозирования будущего климата Земли.
«У нас нет возможности построить Землю в лаборатории», — сказал Кнобельсписс, руководитель поляриметрии ПАСЕ. «Наша единственная лаборатория — это планета. Но мы не можем постоянно видеть планету повсюду. Таким образом, хорошие наблюдения помогут нам лучше понять и улучшить наши модели, что поможет нам прогнозировать, что произойдет в будущем».
Наблюдения ПАСЕ также дадут ученым более полную картину загрязнения и качества воздуха во всем мире, что станет важной информацией для ученых и политиков, стремящихся улучшить здоровье человека.
По словам Верделла, все три инструмента и их наблюдения в совокупности помогут ученым получить наиболее полное понимание тесных связей между атмосферой Земли и ее океанами.
«Наш вклад здесь, с точки зрения глобального климата, состоит в том, чтобы лучше понять, как взаимодействуют аэрозоли, океан и облака, с прицелом на эффективное понимание их различных ролей в потеплении атмосферы и, следовательно, потеплении океана», — сказал он.
«ЗОЛОТОЙ СТАНДАРТ»
Запуск ПАСЕ запланирован не ранее 1:33 ночи по восточному времени во вторник, учитывая возможные задержки, связанные с погодными условиями. Запуск перевернет страницу многолетней работы.
По словам Верделла, ученые НАСА впервые задумались об этом проекте около 20 лет назад. Идея заключалась в разработке миссии, которая дополнила бы другие спутниковые инициативы НАСА по наблюдению за Землей, такие как давняя программа Landsat, проект SeaWiFS по наблюдению за океаном и миссия Aqua, которая сосредоточилась на круговороте воды на Земле.
По словам Верделла, после более чем десяти лет обдумывания, планирования и публикации отчетов о потенциальных новых системах наблюдения за Землей штаб-квартира НАСА официально дала зеленый свет этому проекту в декабре 2014 года. С тех пор различные проектные группы тщательно спланировали технические характеристики миссии, ее значение для научных исследований и ее ценность для обычных человеческих сообществ, включая ее применение для рыболовства и мониторинга качества воздуха.
Проект не обошёлся без проблем. Самая продолжительная приостановка работы правительства в истории страны — 34 полных дня с декабря 2018 года по январь 2019 года — привела к временному отпуску большей части сотрудников НАСА. Пандемия Covid-19 позже привела к существенным задержкам сроков запуска, который ранее планировалось провести осенью 2022 года.
Но были и хорошие воспоминания, сказал Верделл. 14 ноября 2023 года космический корабль PACE был наконец доставлен из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде в Космический центр Кеннеди во Флориде, что вывело проект на финишную прямую.
«Поставить его на грузовик и увидеть, как он прибывает сюда, во Флориду, было потрясающе», — сказал Верделл.
Как только спутник выйдет на орбиту, он практически сразу начнет собирать данные — хотя на проведение всех необходимых тестов, чтобы убедиться, что все онлайн и работает правильно, может потребоваться еще месяц или два.
«По истечении этих 60 дней шлюзы откроются», — сказал Верделл.
Миссия подчеркивает вклад НАСА в науку о Земле и климате, добавил он.
«Нет ничего лучше этой миссии», — сказал он. «Комбинированное междисциплинарное исследование моря и неба заполняет нишу, которую не занимает ни одно другое агентство в США или за рубежом. Я думаю, что это станет золотым стандартом существования науки о Земле НАСА».
