هذه هي الطريقة التي تقيس بها وكالة ناسا ارتفاع مستوى سطح البحر من الفضاء

يشكل تغير المناخ تهديداً وشيكاً لمستقبل البشرية، ولكن المناخ العالمي معقد للغاية لدرجة أنه يصعب في كثير من الأحيان رؤية حجم المشكلة. قد لا تكون إحدى أفضل الطرق التي نستخدمها لقياس تغير المناخ هي ما تتوقعه - لأن الأمر لا يتعلق بقياس الأرض أو الغلاف الجوي. وبدلا من ذلك، لكي نتعلم المزيد عن تغير المناخ، نحتاج إلى قياس المحيط.

إن ارتفاع منسوب سطح البحر لا يؤثر فقط على المجتمعات الساحلية من خلال تقليل كتلة اليابسة، ولكنه يشير أيضًا إلى القضية الأوسع نطاقًا المتمثلة في ارتفاع درجات الحرارة العالمية. وهذا يعني أن ارتفاع مستوى سطح البحر له أهمية كبيرة بالنسبة لناسا، التي لا تتطلع إلى عوالم أخرى فحسب، بل أيضًا المراقبين الأرض من الفضاء. تم إطلاق قمر صناعي جديد لمراقبة مستوى سطح البحر، Sentinel-6 Michael Freilich تم إطلاقه في نوفمبر 2020 وأصبحت المهمة المرجعية الرسمية لارتفاع مستوى سطح البحر في مارس من هذا العامبعد أن حلت محل سابقتها جيسون-3.

مع تولي Sentinel-6 دوره الجديد، وخليفة التوأم Sentinel-6b، الذي ينتظر في الأجنحة لتولي العصا عند الحاجة، نحن مستعدون للسنوات العشر القادمة من قياسات مستوى سطح البحر. يمكنك أيضًا أن ترى بنفسك مكان تواجد Sentinel-6 فوق الأرض الآن، من خلال تتبعه باستخدام تطبيق ويب عيون ناسا.

تحدثنا إلى جوش ويليس من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا، وهو عالم مشروع لكل من Sentinel-6 وJason-3، حول كيفية قياس ارتفاع مستوى سطح البحر من الفضاء.

بطاقة الأداء الخاصة بنا فيما يتعلق بتغير المناخ

إن ارتفاع مستوى سطح البحر ليس مهمًا فقط لفهم المحيطات المتغيرة. إنها أيضًا واحدة من أكثر الأدوات قيمة لدينا لقياس تغير المناخ ككل. وقال ويليس: "بطريقة ما، إنها بطاقة أداء". "إنها بطاقة الأداء لدينا فيما يتعلق بكيفية تعاملنا مع المناخ."

وذلك لأن الكثير من ارتفاع متوسط ​​درجة حرارة الكوكب ككل ينعكس في مستوى المحيطات. هناك ثلاثة عوامل كبيرة من صنع الإنسان تساهم في ارتفاع مستوى سطح البحر: ذوبان الصفائح الجليدية في جرينلاند القارة القطبية الجنوبية، وذوبان الأنهار الجليدية الصغيرة في أماكن أخرى حول العالم، وارتفاع درجة حرارة المحيطات مما أدى إلى غرقها يوسع. تساهم هذه العوامل بحوالي الثلث في إجمالي الارتفاع، وذلك بسبب إضافة المزيد من المياه إلى سطح البحر المحيطات عندما تذوب الأنهار الجليدية والقمم الجليدية، بالإضافة إلى تمدد المياه بسبب تزايدها العالمي درجات الحرارة. وبما أن المحيطات تغطي جزءًا كبيرًا من الكرة الأرضية، فإنها في نهاية المطاف تمتص الكثير من الحرارة الزائدة الناتجة عن النشاط البشري.

وقال ويليس: "أعتقد أن ارتفاع مستوى سطح البحر هو أوضح مؤشر على التدخل البشري في المناخ". "تغطي المحيطات ثلثي سطح الكوكب، وتمتص 90% من هذه الحرارة الإضافية التي تمثل كامل سطح الكوكب سببًا لتغير المناخ، كما أنها تمتص كل المياه التي تذوب من الأنهار الجليدية والجليد أوراق. لذا فإنهم يحسبون كل شيء حقًا فيما يتعلق بكيفية تغييرنا للمناخ بالطريقة الأكثر شمولاً.

ولا تكمن المشكلة في ارتفاع مستويات سطح البحر فحسب. إن معدل هذا الارتفاع آخذ في الارتفاع أيضًا.

"معدل ارتفاع المحيطات ليس ثابتا. قال ويليس: “إنها في الواقع تتزايد”. "في أوائل القرن العشرين، كانت المحيطات ترتفع بمعدل حوالي 2 ملم في السنة. وبحلول التسعينيات أو العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، كان الأمر أشبه بثلاثة. والآن أصبح أربعة وخمسة ملليمترات في السنة. لذا فإن معدل الارتفاع قد تضاعف في المائة عام الماضية. وسوف تستمر في الزيادة بشكل أسرع وأسرع ".

30 عامًا من القياسات المستمرة

جزء من السبب وراء أهمية بيانات ارتفاع مستوى سطح البحر هو أنها تشكل سجلاً طويل المدى تم جمعه منذ التسعينيات. بدأت أولى القياسات العالمية للمحيطات من الفضاء عندما تم إطلاق مهمة توبيكس/بوسيدون في عام 1992، تلتها أقمار جيسون الثلاثة، ثم أول قمر صناعي.

للحفاظ على بيانات متسقة يمكن مقارنتها عبر السنين، تم وضع جميع المهام في هذه السلسلة في نفس المدار حتى يتمكنوا من الحصول على نفس الرؤية للمحيطات.

كلما تولى قمر صناعي جديد المهمة من سابقه، كان الاثنان يطيران بالقرب من بعضهما البعض لعدة أشهر. وقد أتاح ذلك إجراء معايرة دقيقة للغاية لضمان إمكانية تتبع البيانات باستمرار عبر الأقمار الصناعية الخمسة حتى الآن.

قال ويليس: "إنه حقًا إنجاز مذهل فيما يتعلق بسجلنا في علوم المناخ".

10 سنوات أخرى من القياسات

وقال ويليس: "لدينا هذا السجل المذهل الذي يبلغ عمره 30 عامًا حتى الآن، وقد تم تصميم Sentinel-6 لتمديد هذا السجل بمقدار 10 سنوات أخرى". ولتمكين هذه السنوات العشر الإضافية من عمليات الرصد، لم تقم وكالة ناسا ببناء قمر صناعي واحد بل اثنين، وكلاهما متطابقان بشكل أساسي بمجرد وصول Sentinel-6 Michael Freilich الذي تم إطلاقه مؤخرًا إلى نهاية عمره في عام 2025، يمكن لتوأمه Sentinel-6b أن يأخذ زيادة. وهذا سيمكن من تسجيل ارتفاع مستوى سطح البحر على مدى 40 عاما.

وقال: "إنها المرة الأولى التي نقرر فيها كمجتمع القيام بذلك على المدى الطويل - الالتزام بإجراء قياسات لارتفاع مستوى سطح البحر من الفضاء، وليس فقط قمر صناعي واحد في كل مرة". "لن تتوقف مستويات سطح البحر عن الارتفاع في أي وقت قريب، ولن نكون قادرين على التوقف عن قياسه، لذلك نحن بحاجة إلى استمرارية القياسات عبر البعثات."

إذا بدا أن هذه الأقمار الصناعية تتمتع بمتوسط ​​عمر متوقع قصير نسبيًا مقارنة بمهام الأقمار الصناعية الأخرى التي قد تستمر لعقود، فإن ذلك يرتبط بالارتفاع الذي تعمل عليه. عندما تم إطلاق أول أقمار صناعية لارتفاع مستوى سطح البحر، لم تكن لدينا مثل هذه التكنولوجيا الجيدة تحديد موقع تلك الأقمار الصناعية - وبيانات تحديد الموقع مهمة للحصول على مستوى سطح البحر بدقة قراءة٪ s. وللسماح بذلك، تم إطلاق الأقمار الصناعية في مدار مرتفع جدًا يبلغ 1300 كيلومتر، حيث لا يوجد سوى القليل جدًا من الغلاف الجوي وبالتالي حماية قليلة جدًا من الإشعاع.

يريد الباحثون الاستمرار في إرسال الأقمار الصناعية إلى نفس المدار لضمان استمرار القياسات، لكن هذا ما حدث ويعني قبول حقيقة أن هذه الأقمار الصناعية سوف تتعرض للإشعاع ولن تستمر إلا لسنوات قليلة نسبيًا كل.

الأدوات الموجودة على القمر الصناعي

دقة قراءاته هي ما يسمح للقمر الصناعي Sentinel-6 بأن يكون الأداة المعترف بها دوليًا لقياس ارتفاع مستوى سطح البحر. اتفق الباحثون من جميع المجالات المختلفة ومن مختلف البلدان على أن القياسات المأخوذة من Sentinel-6 وأسلافه ستستخدم كمقياس قياسي لارتفاع مستوى سطح البحر.

الأدوات الموجودة في Sentinel-6 بسيطة نسبيًا، على الأقل من الناحية النظرية. هناك الرادار، الذي يرسل موجات الراديو إلى السطح لقياس المسافة بين القمر الصناعي والمحيط، وأنظمة تحديد المواقع التي تعطي معلومات حول ارتفاع القمر الصناعي بحيث يمكن طرحها من قياسات مستوى سطح البحر، ومن ثم أداة أخرى مهمة تسمى مقياس الإشعاع.

يقيس مقياس الإشعاع كمية الماء في الغلاف الجوي من خلال النظر إلى سطوع المحيط. وتؤثر المياه الموجودة في الغلاف الجوي على الموجات الراديوية التي يرسلها الرادار، لذا يتعين على مقياس الإشعاع تصحيح ذلك وضمان مستوى عالٍ من الدقة لقياسات مستوى سطح البحر.

هذه الأدوات الثلاثة، إلى جانب المدارات المتسقة، هي ما يجعل Sentinel-6 الطريقة الأكثر دقة لدينا المستخدمة لقياس ارتفاع مستوى سطح البحر - ولهذا السبب فهي دقيقة بما يكفي لتكون المرجع الدولي مهمة.

المحيطات المتغيرة

الجزء الأكثر تعقيدًا في قياس ارتفاع مستوى سطح البحر هو كيفية تفسير البيانات التي يجمعها القمر الصناعي. المحيطات ليست مسطحة، لذا يقوم القمر الصناعي بحساب متوسط ​​القراءات على مساحة عدة كيلومترات مربعة للسماح بذلك.

ولكن هناك عوامل أخرى تؤثر على مستويات سطح البحر أيضًا. وهذا يشمل الطقس حيث أن التغيرات في الضغط الجوي تسمح للبحر بالارتفاع عندما يكون الضغط منخفضًا، والمد والجزر والتيارات المحيطية، وحتى جاذبية الجبال تحت الماء، والتي تتسبب في ظهور قمم في مستوى سطح البحر أعلاه هم. يتعين على الباحثين الذين يستخدمون بيانات Sentinel-6 لقياس ارتفاع مستوى سطح البحر أن يأخذوا في الاعتبار هذه العوامل الأخرى من خلال النظر في البيانات المتعلقة بالظروف الجوية وخرائط مجال الجاذبية للمحيط.

كل هذه التأثيرات الأخرى يمكن أن تعطي بيانات مفيدة لمجالات البحث الأخرى. ومن خلال النظر في متوسط ​​القراءة في منطقة معينة، يمكن للباحثين تقدير حجم الأمواج، ومدى قوة الرياح. يمكنهم رؤية كيف تتحرك التيارات عبر المحيط في الوقت الفعلي، لأن التيارات تتسبب في إمالة المحيط بحيث يكون أحد جانبي التيار أعلى من الجانب الآخر. يمكنهم أيضًا تتبع الحطام أو النفط عند انسكابه في المحيط.

ويواصل القمر الصناعي أيضًا جمع البيانات عند المرور فوق الأرض ويمكن استخدام هذه البيانات لمراقبة البحيرات والأنهار.

جميع البيانات التي يجمعها القمر الصناعي متاحة للجمهور، ويستخدمها الباحثون في جميع أنحاء العالم في مجموعة واسعة من المجالات. يمكنك العثور على البيانات على موقع مختبر الدفع النفاث أو على موقع بيانات الأرض التابع لناسا.

خطر تغير المناخ

مع مشاريع مثل Sentinel-6، يمكننا أن نرى مباشرة الطريقة التي يتغير بها مناخنا بسبب أنشطتنا كبشر. يمكننا أن نرى أن مستويات سطح البحر لا ترتفع فحسب، بل إنها ترتفع بشكل أسرع وأسرع، وليس هناك ما يشير إلى أن هذا التغيير سوف يتباطأ أو يتوقف في أي وقت قريب. هناك إرهاب وجودي لذلك.

وقال ويليس: "بينما نشاهد ما يحدث لكوكب الأرض، فإنه أمر مخيف". "لقد دفعنا مناخنا بالفعل إلى منطقة غير مألوفة. ويصبح الأمر غير مألوف أكثر فأكثر كل عام.

ومع ذلك، فهو لا ييأس من مستقبل البشرية. بل إنه يؤكد على أن مستقبل كوكبنا في أيدينا.

وقال ويليس: "لا يزال هناك مجال للأمل، لأن هذا شيء يمكننا أن نفعل شيئًا حياله". "نحن نعرف ما هي المشكلة، ونعرف إلى حد كبير كيفية حلها. ليس الأمر كما لو أن هناك نيزكًا عملاقًا يتجه نحو الأرض وسيقضي علينا جميعًا. في الواقع، يمكننا أن نفعل شيئًا بشأن تغير المناخ، علينا فقط أن نستجمع الإرادة.

توصيات المحررين

• هل يمكن أن يكون مفتاح العيش في الفضاء هو... نظام إضاءة جيد؟
• ستقود مركبات NASA EV الجديدة هذه رواد الفضاء إلى القمر (نوعًا ما)
• شاهد معزز SpaceX Falcon 9 وهو يقوم برحلته الثانية عشرة إلى الفضاء
• البحث عن أقمار صالحة للسكن في النظام الشمسي يتزايد
• تسجل شركة SpaceX هبوط الصاروخ رقم 200 بهبوط مثالي