Nii mõõdab NASA kosmosest merepinna tõusu

Kliimamuutus on otsene oht inimkonna tulevikule, kuid globaalne kliima on nii keeruline, et sageli on raske isegi näha probleemi ulatust. Üks parimaid viise, kuidas kliimamuutusi mõõta, ei pruugi olla see, mida ootate – sest see ei puuduta maapinna või atmosfääri mõõtmist. Kliimamuutuste tundmaõppimiseks peame selle asemel mõõtma ookeani.

Meretaseme tõus ei mõjuta mitte ainult rannikukogukondi, vähendades maamassi, vaid viitab ka globaalse temperatuuri tõusu laiemale probleemile. See tähendab, et merepinna tõus on NASA jaoks väga oluline, kuna see ei vaata ainult teistele maailmadele, vaid ka monitorid Maa kosmosest. Uus meretaseme jälgimise satelliit Sentinel-6 Michael Freilich oli käivitati novembris 2020 aastal ja sellest sai ametlik etalonmissioon merepinna tõusu uurimiseks märtsil sel aastal, pärast ülevõtmist oma eelkäijalt Jason-3.

Kuna Sentinel-6 võtab oma uue rolli ja kaksikjärglane Sentinel-6b ootab tiibadel, et vajadusel teatepulk üle võtta, oleme valmis järgmiseks 10 aastaks merepinna mõõtmiseks. Saate isegi ise näha, kus Sentinel-6 praegu Maa kohal asub, jälgides seda kasutades NASA veebirakendus Eyes.

Rääkisime Josh Willisega NASA Jet Propulsion Laboratoryst, nii Sentinel-6 kui ka Jason-3 projektiteadlasest, kuidas mõõta merepinna tõusu kosmosest.

Meie kliimamuutuste tulemuskaart

Meretaseme tõus pole oluline ainult ookeanide muutumise mõistmiseks. See on ka üks kõige väärtuslikumaid vahendeid, mis meil on kliimamuutuste kui terviku mõõtmiseks. "Mõnes mõttes on see tulemuskaart," ütles Willis. "See on meie tulemuskaart selle kohta, kuidas meil kliimaga läheb."

Selle põhjuseks on asjaolu, et suur osa kogu planeedi keskmisest temperatuurist peegeldub ookeanide tasemes. Meretaseme tõusu mõjutavad kolm suurt inimtegevusest tingitud tegurit: Gröönimaa jääkihtide sulamine ja Antarktika, väikeste liustike sulamine mujal maailmas ja ookeani soojenemine, mis põhjustab selle laiendada. Need tegurid annavad ligikaudu kolmandiku kogu tõusust, kuna vedelikku lisatakse rohkem ookeanid, kui liustikud ja jäämütsid sulavad, samuti vee paisumine globaalse suurenemise tõttu temperatuurid. Kuna ookeanid katavad suure osa maakerast, neelavad nad lõpuks suure osa inimtegevusest tekkivast liigsest soojusest.

"Ma arvan, et merepinna tõus on kõige selgem indikaator inimese kliimasse sekkumise kohta," ütles Willis. "Ookeanid katavad kaks kolmandikku planeedi pinnast, nad neelavad 90% sellest lisasoojusest, mis on kogu kliimamuutuste põhjus ning nad neelavad ka kogu liustikelt ja jäält sulava vee linad. Seega arvestavad nad tõesti kõike sellega, kuidas me kliimat kõige suurema pildiga muudame.

Ja probleem ei ole ainult merevee taseme tõusus. Asi on selles, et ka selle tõusu määr tõuseb.

"Ookeanide tõusu kiirus ei ole ühtlane. See tegelikult kasvab, ”ütles Willis. „20. sajandi alguses tõusid ookeanid umbes kaks millimeetrit aastas. 90ndatel või 2000ndatel oli see rohkem nagu kolm. Ja nüüd on see olnud neli ja viis millimeetrit aastas. Seega on tõusutempo viimase saja aasta jooksul enam kui kahekordistunud. Ja see kasvab jätkuvalt kiiremini ja kiiremini."

30 aastat pidevaid mõõtmisi

Üks põhjus, miks meretaseme tõusu andmed on nii väärtuslikud, on see, et need moodustavad pikaajalise rekordi, mida on kogutud alates 1990. aastatest. Esimesed ülemaailmsed ookeanide mõõtmised kosmosest algasid, kui 1992. aastal käivitati missioon TOPEX/Poseidon, millele järgnesid kolm Jasoni satelliiti ja seejärel esimene Sentinel.

Aastate lõikes võrreldavate andmete säilitamiseks on kõik selle seeria missioonid paigutatud samale orbiidile, et neil oleks ookeanidest sama vaade.

Iga kord, kui uus satelliit oma eelkäijalt üle võttis, lendasid need kaks kuud tihedalt koos. See võimaldas väga hoolikat kalibreerimist, et tagada andmete järjepidev jälgimine viie senise satelliidi lõikes.

"See on meie kliimateaduse rekordi osas tõesti hämmastav saavutus," ütles Willis.

Veel 10 aastat mõõtmisi

"Meil on see uskumatu rekord, mis on nüüdseks 30 aastat pikk, ja Sentinel-6 ehitati selle rekordi pikendamiseks veel 10 aasta võrra," ütles Willis. Selle täiendava 10-aastase vaatluse võimaldamiseks ehitas NASA mitte ühe, vaid kaks satelliiti, mis mõlemad on sisuliselt identsed, nii et kui hiljuti välja lastud Sentinel-6 Michael Freilich saab 2025. aastal oma eluea lõppu, võib selle kaksik Sentinel-6b võtta läbi. See võimaldab kokku 40 aastat järjepidevaid meretaseme tõusu rekordeid.

"See on esimene kord, kui oleme kogukonnana otsustanud seda teha pikaajaliselt – pühenduda merepinna tõusu mõõtmisele kosmosest, mitte ainult ühest satelliidist korraga," ütles ta. "Meretaseme tõus ei peatu niipea, me ei saa selle mõõtmist lõpetada, seega on meil vaja sellist mõõtmiste järjepidevust missioonide lõikes."

Kui tundub, et neil satelliitidel on suhteliselt lühike eluiga võrreldes teiste satelliidimissioonidega, mis võivad kesta aastakümneid, on see seotud nende töökõrgusega. Kui käivitati esimesed meretaseme tõusu satelliidid, polnud meil nii head tehnoloogiat nende satelliitide asukoha määramine – ja asukohaandmed on täpse meretaseme saamiseks olulised näidud. Selle võimaldamiseks suunati satelliidid väga kõrgele, 1300 kilomeetri kõrgusele orbiidile, kus on väga vähe atmosfääri ja seega väga vähe kaitset kiirguse eest.

Teadlased tahavad jätkata satelliitide saatmist samale orbiidile, et tagada pidevad mõõtmised, kuid see tähendab nõustumist sellega, et neid satelliite rikub kiirgus ja need kestavad vaid paar aastat iga.

Instrumendid satelliidil

Selle näitude täpsus võimaldab Sentinel-6 satelliidil olla rahvusvaheliselt tunnustatud tööriist merepinna tõusu mõõtmiseks. Teadlased erinevatest valdkondadest ja erinevatest riikidest on kokku leppinud, et Sentinel-6 ja selle eelkäijate mõõtmisi kasutatakse meretaseme tõusu standardmõõtmisena.

Sentinel-6 instrumendid on suhteliselt lihtsad, vähemalt kontseptuaalselt. Seal on radar, mis saadab raadiolaineid alla maapinnale, et mõõta kaugust satelliidi ja ookeani vahel, positsioneerimissüsteemid, mis annavad teave satelliidi kõrguse kohta, et seda saaks lahutada merepinna mõõtmistest, ja seejärel veel üks oluline instrument, mida nimetatakse radiomeeter.

Radiomeeter mõõdab vee hulka atmosfääris, vaadates ookeani heledust. Atmosfääris olev vesi mõjutab radari poolt saadetavaid raadiolaineid, mistõttu on radiomeeter kohustatud selle korrigeerima ja tagama meretaseme mõõtmise kõrge täpsuse.

Need kolm instrumenti koos järjekindlate orbiitidega teevad Sentinel-6-st meie kõige täpsema meetodi on meretaseme tõusu mõõtmiseks – ja seetõttu on see piisavalt täpne, et olla rahvusvaheline võrdlusalus missioon.

Muutuvad ookeanid

Meretaseme tõusu mõõtmise keerulisem osa on see, kuidas satelliidi kogutud andmeid tõlgendada. Ookeanid ei ole tasased, nii et satelliit võtab selle võimaldamiseks keskmised näidud mitme ruutkilomeetri suuruse ala kohta.

Kuid on ka teisi tegureid, mis mõjutavad meretaset. See hõlmab ilma, kuna atmosfäärirõhu muutused võimaldavad madala rõhu korral merel kuplida tõusta, looded ja ookeanihoovused ja isegi veealuste mägede gravitatsioon, mis põhjustavad tippude tekkimist merepinnast kõrgemal neid. Teadlased, kes kasutavad meretaseme tõusu mõõtmiseks Sentinel-6 andmeid, peavad arvestama nende muude teguritega, võttes arvesse andmeid atmosfääritingimuste ja ookeani gravitatsioonivälja kaartide kohta.

Kõik need muud mõjud võivad siiski anda kasulikke andmeid teiste uurimisvaldkondade jaoks. Vaadates, kui palju näit on antud piirkonnas keskmiselt arvutatud, saavad teadlased hinnata, kui suured on lained ja kui tugevad on tuuled. Nad näevad reaalajas, kuidas hoovused läbi ookeani liiguvad, sest hoovused põhjustavad ookeani kallutamist, nii et üks hoovuse pool on teisest kõrgem. Samuti saavad nad jälgida prahti või õli, kui see ookeani valgub.

Satelliit kogub andmeid ka maast üle sõites ning neid andmeid saab kasutada järvede ja jõgede jälgimiseks.

Kõik satelliidi kogutud andmed on avalikult kättesaadavad ja seda kasutavad teadlased üle kogu maailma väga erinevatest valdkondadest. Andmed leiate aadressilt JPL veebisait või edasi NASA Maa andmete veebisait.

Kliimamuutuste oht

Selliste projektidega nagu Sentinel-6 näeme otse, kuidas meie kliima muutub inimestena tegutsemise tõttu. Näeme, et mitte ainult meretase ei tõuse, vaid see tõuseb üha kiiremini ja miski ei viita sellele, et see muutus niipea aeglustuks või peatuks. Selles on eksistentsiaalne terror.

"Kui me vaatame, mis planeediga toimub, on see hirmutav," ütles Willis. "Oleme oma kliima juba võõrale territooriumile viinud. Ja see muutub iga aastaga üha harjumatumaks."

Siiski ei heida ta inimkonna tuleviku pärast meeleheidet. Pigem rõhutab ta, et meie planeedi tulevik on meie endi kätes.

"Lootusele on veel ruumi, sest see on midagi, millega saame midagi ette võtta," ütles Willis. "Me teame, mis probleem on, ja teame üsna palju, kuidas seda parandada. See ei ole nii, nagu oleks Maa poole suunduv hiiglaslik meteoor, mis meid kõiki minema pühib. Tegelikult saame kliimamuutustega midagi ette võtta, peame lihtsalt tahte kokku kutsuma.

Toimetajate soovitused

• Kas kosmoses elamise võti võib olla … hea valgustussüsteem?
• Need uued NASA elektriautod viivad astronaudid osaliselt Kuule (omamoodi)
• Vaadake, kuidas see SpaceX Falcon 9 võimendi teeb 12. korda kosmosesse
• Päikesesüsteemis elamiskõlblike kuude otsimine kuumeneb
• SpaceX tähistab 200. täiusliku maandumisega raketi maandumist