Taip NASA matuoja kylantį jūros lygį iš kosmoso

Klimato kaita yra neišvengiama grėsmė žmonijos ateičiai, tačiau pasaulinis klimatas yra toks sudėtingas, kad dažnai sunku net įžvelgti problemos mastą. Vienas geriausių klimato kaitos matavimo būdų gali būti ne toks, kokio tikitės – nes tai nėra žemės ar atmosferos matavimas. Vietoj to, norėdami sužinoti apie klimato kaitą, turime išmatuoti vandenyną.

Jūros lygio kilimas ne tik paveikia pakrančių bendruomenes, nes mažėja sausumos masė, bet ir rodo platesnę pasaulinės temperatūros kilimo problemą. Tai reiškia, kad jūros lygio kilimas yra labai svarbus NASA, kuri ne tik žiūri į kitus pasaulius, bet ir monitoriai Žemė iš kosmoso. Buvo sukurtas naujas jūros lygio stebėjimo palydovas Sentinel-6 Michael Freilich pradėjo veikti 2020 metų lapkritį ir tapo oficialia etalonine jūros lygio kilimo misija Šių metų kovo mėn, perėmus iš savo pirmtako Jason-3.

Kai Sentinel-6 imasi naujo vaidmens, o dvynys įpėdinis Sentinel-6b laukia savo sparnų, kad prireikus perims estafetę, būsime pasiruošę 10 metų atlikti jūros lygio matavimus. Jūs netgi galite patys pamatyti, kur šiuo metu virš Žemės yra „Sentinel-6“, stebėdami jį naudodami NASA „Eyes“ žiniatinklio programa.

Kalbėjomės su Joshu Willisu iš NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorijos, Sentinel-6 ir Jason-3 projekto mokslininku, kaip išmatuoti jūros lygio kilimą iš kosmoso.

Mūsų klimato kaitos rezultatų suvestinė

Jūros lygio kilimas yra svarbus ne tik norint suprasti besikeičiančius vandenynus. Tai taip pat viena iš vertingiausių priemonių, kurias turime vertinant visą klimato kaitą. „Tam tikra prasme tai yra rezultatų kortelė“, - sakė Willisas. „Tai yra mūsų rezultatų suvestinė, kaip mums sekasi su klimatu.

Taip yra todėl, kad didelę visos planetos vidutinės temperatūros kilimą atspindi vandenynų lygis. Yra trys dideli žmogaus sukelti veiksniai, prisidedantys prie jūros lygio kilimo: Grenlandijos ledo sluoksnių tirpimas ir Antarktida, mažų ledynų tirpimas kitur visame pasaulyje ir vandenyno atšilimas, sukeliantis jį išplėsti. Šie veiksniai sudaro maždaug trečdalį bendro augimo, nes į vandenį pridedama daugiau vandenynus, kai tirpsta ledynai ir ledo kepurės, taip pat vandens išsiplėtimas dėl didėjančio pasaulinio masto temperatūros. Kadangi vandenynai dengia didžiąją Žemės rutulio dalį, jie galiausiai sugeria daug šilumos, kurią sukuria žmogaus veikla, pertekliaus.

„Manau, kad jūros lygio kilimas yra aiškiausias žmogaus kišimosi į klimatą rodiklis“, – sakė Willisas. „Vandenynai dengia du trečdalius planetos paviršiaus, jie sugeria 90% šios papildomos šilumos. klimato kaitos priežastis, taip pat jie sugeria visą vandenį, kuris tirpsta iš ledynų ir ledo lakštai. Taigi jie iš tikrųjų viską skaičiuoja atsižvelgdami į tai, kaip mes keičiame klimatą plačiausiai.

Ir problema yra ne tik tai, kad kyla jūros lygis. Tai, kad to kilimo tempas taip pat didėja.

„Vandenynų kilimo tempas nėra pastovus. Tai iš tikrųjų didėja“, – sakė Willisas. „XX amžiaus pradžioje vandenynai kilo maždaug dviem milimetrais per metus. 90-aisiais ar 2000-aisiais tai buvo daugiau kaip trys. Ir dabar tai buvo keturi ir penki milimetrai per metus. Taigi per pastaruosius šimtą metų augimo tempas išaugo daugiau nei dvigubai. Ir jis toliau didės vis sparčiau.

30 metų nuolatiniai matavimai

Viena iš priežasčių, kodėl jūros lygio kilimo duomenys yra tokie vertingi, yra tai, kad jie sudaro ilgalaikį rekordą, kuris buvo renkamas nuo 1990 m. Pirmieji pasauliniai vandenynų matavimai iš kosmoso pradėti, kai 1992 m. buvo paleista TOPEX/Poseidon misija, po kurios buvo trys Jasono palydovai, o vėliau – pirmasis Sentinel.

Siekiant išlaikyti nuoseklius duomenis, kuriuos galima palyginti per metus, visos šios serijos misijos buvo nukreiptos į tą pačią orbitą, kad būtų galima matyti tą patį vandenynų vaizdą.

Kai naujas palydovas perimdavo savo pirmtako vietą, jiedu kelis mėnesius skrisdavo arti vienas kito. Tai leido labai kruopščiai kalibruoti, kad būtų galima nuosekliai atsekti duomenis visuose penkiuose palydovuose.

„Tai tikrai nuostabus pasiekimas, kalbant apie mūsų klimato mokslo rekordą“, - sakė Willisas.

Dar 10 metų matavimų

"Mes turime šį neįtikėtiną rekordą, kuris dabar trunka 30 metų, o "Sentinel-6" buvo pastatytas siekiant pratęsti šį rekordą dar 10 metų", - sakė Willisas. Kad būtų galima atlikti šiuos papildomus 10 metų stebėjimus, NASA pastatė ne vieną, o du palydovus, abu iš esmės identiškus. Kai neseniai paleistas Sentinel-6 Michaelas Freilichas baigsis 2025 m., jo dvynys Sentinel-6b gali atlaikyti baigta. Tai leis iš viso 40 metų nuosekliai užfiksuoti jūros lygio kilimą.

„Pirmą kartą, kaip bendruomenė, nusprendėme tai daryti ilgam laikui – įsipareigoti atlikti jūros lygio kilimo matavimus iš kosmoso, o ne tik iš vieno palydovo vienu metu“, – sakė jis. „Jūros lygis greitai nenustos kilti, mes negalėsime nustoti jį matuoti, todėl turime turėti tokį matavimų tęstinumą visose misijose.

Jei atrodo, kad šių palydovų gyvenimo trukmė yra palyginti trumpa, palyginti su kitomis palydovų misijomis, kurios gali trukti dešimtmečius, tai susiję su jų veikimo aukščiu. Kai buvo paleisti pirmieji jūros lygio kilimo palydovai, mes neturėjome tokios geros technologijos tų palydovų padėties nustatymas – o padėties nustatymo duomenys yra svarbūs norint gauti tikslų jūros lygį skaitymai. Kad tai būtų įmanoma, palydovai buvo paleisti į labai aukštą 1300 kilometrų orbitą, kur labai mažai atmosferos ir todėl labai mažai apsaugos nuo radiacijos.

Tyrėjai nori ir toliau siųsti palydovus į tą pačią orbitą, kad užtikrintų nuolatinius matavimus, bet tai reiškia sutikti, kad šie palydovai bus sugadinti spinduliuotės ir tarnaus tik palyginti keletą metų kiekviena.

Prietaisai ant palydovo

Jo rodmenų tikslumas leidžia „Sentinel-6“ palydovui būti tarptautiniu mastu pripažintu jūros lygio kilimo matavimo įrankiu. Tyrėjai iš įvairių sričių ir skirtingų šalių susitarė, kad matavimai, atlikti iš Sentinel-6 ir jo pirmtakų, būtų naudojami kaip standartinis jūros lygio kilimo matavimas.

Sentinel-6 prietaisai yra gana paprasti, bent jau konceptualiai. Yra radaras, kuris siunčia radijo bangas žemyn į paviršių, kad išmatuotų atstumą tarp palydovo ir vandenyno, padėties nustatymo sistemos, informaciją apie palydovo aukštį virš jūros lygio, kad ją būtų galima atimti iš jūros lygio matavimų, o tada dar vienas svarbus instrumentas, vadinamas radiometras.

Radiometras matuoja vandens kiekį atmosferoje, žiūrėdamas į vandenyno ryškumą. Vanduo atmosferoje veikia radaro siunčiamas radijo bangas, todėl radiometras turi tai ištaisyti ir užtikrinti aukštą jūros lygio matavimų tikslumą.

Dėl šių trijų instrumentų, kartu su nuosekliomis orbitomis, Sentinel-6 yra tiksliausias metodas turi matuoti jūros lygio kilimą – todėl jis pakankamai tikslus, kad būtų tarptautinis etalonas misija.

Besikeičiantys vandenynai

Sudėtingesnė jūros lygio kilimo matavimo dalis yra tai, kaip interpretuoti palydovo surinktus duomenis. Vandenynai nėra plokšti, todėl palydovas apskaičiuoja rodmenų vidurkį kelių kvadratinių kilometrų plote, kad tai būtų įmanoma.

Tačiau yra ir kitų veiksnių, turinčių įtakos jūros lygiui. Tai apima orą, nes dėl atmosferos slėgio pokyčių jūra gali pakilti, kai slėgis žemas, potvyniai ir atoslūgiai ir vandenyno srovės, ir net povandeninių kalnų gravitacija, dėl kurios virš jūros lygio atsiranda viršūnių juos. Tyrėjai, naudojantys duomenis iš Sentinel-6 jūros lygio kilimui matuoti, turi atsižvelgti į šiuos kitus veiksnius, atsižvelgdami į duomenis apie atmosferos sąlygas ir vandenyno gravitacijos lauko žemėlapius.

Tačiau visi šie kiti efektai gali suteikti naudingų duomenų kitoms tyrimų sritims. Žvelgdami į vidutinę rodmenų vertę tam tikroje srityje, mokslininkai gali įvertinti, kokios yra bangos ir koks stiprus vėjas. Jie gali matyti, kaip srovės juda per vandenyną realiu laiku, nes dėl srovių vandenynas pakrypsta, todėl viena srovės pusė yra aukštesnė už kitą. Jie taip pat gali sekti šiukšles ar naftą, kai jos išsiliejo vandenyne.

Palydovas taip pat nuolat renka duomenis, kai praeina per žemę, ir šie duomenys gali būti naudojami ežerams ir upėms stebėti.

Visi palydovo surinkti duomenys yra viešai prieinami, juos naudoja įvairiausių sričių mokslininkai visame pasaulyje. Duomenis galite rasti adresu JPL svetainė arba įjungta NASA Žemės duomenų svetainė.

Klimato kaitos grėsmė

Vykdydami tokius projektus kaip „Sentinel-6“, galime tiesiogiai matyti, kaip mūsų klimatas keičiasi dėl mūsų, kaip žmonių, veiklos. Matome, kad jūros lygis ne tik kyla, bet ir kyla vis greičiau, ir nėra jokių požymių, kad šis pokytis greitai sulėtės ar sustos. Tame yra egzistencinis teroras.

„Kai stebime, kas vyksta su planeta, baisu“, – sakė Willisas. „Mes jau įvedėme savo klimatą į nepažįstamą teritoriją. Ir kiekvienais metais tai darosi vis labiau nepažįstama.

Tačiau jis nenusiminė dėl žmonijos ateities. Greičiau jis pabrėžia, kad mūsų planetos ateitis yra mūsų pačių rankose.

„Vis dar yra vietos vilčiai, nes tai yra kažkas, ką galime padaryti“, – sakė Willisas. „Mes žinome, kokia yra problema, ir beveik žinome, kaip ją išspręsti. Neatrodo, kad į Žemę skrieja milžiniškas meteoras, kuris mus visus sunaikins. Iš tikrųjų galime ką nors padaryti dėl klimato kaitos, tik turime sušaukti valią.

Redaktorių rekomendacijos

• Ar gyvenimo erdvėje raktas gali būti... gera apšvietimo sistema?
• Šie nauji NASA elektromobiliai nuves astronautus į Mėnulį (kaip)
• Žiūrėkite, kaip šis „SpaceX Falcon 9“ stiprintuvas 12-ą kartą iškeliauja į kosmosą
• Saulės sistemoje vis labiau ieškoma tinkamų gyventi mėnulių
• „SpaceX“ pažymi 200-ąjį raketos nusileidimą tobulu prisilietimu