Вот как НАСА измеряет повышение уровня моря из космоса

Изменение климата представляет собой непосредственную угрозу будущему человечества, но глобальный климат настолько сложен, что зачастую трудно даже оценить масштаб проблемы. Один из лучших способов измерения изменения климата может оказаться не таким, как вы ожидаете, потому что речь идет не об измерении суши или атмосферы. Вместо этого, чтобы узнать об изменении климата, нам нужно измерить океан.

Повышение уровня моря не только влияет на прибрежные сообщества, сокращая массу суши, но также указывает на более широкую проблему повышения глобальной температуры. Это означает, что повышение уровня моря имеет большое значение для НАСА, которое не только заботится о других мирах, но и мониторы Земля из космоса. Запущен новый спутник для мониторинга уровня моря Sentinel-6 Michael Freilich. запущен в ноябре 2020 года

и стала официальной справочной миссией по повышению уровня моря в март этого года, сменив своего предшественника Джейсона-3.

Поскольку Sentinel-6 возьмет на себя свою новую роль, а его преемник-близнец Sentinel-6b ждет своего часа, чтобы принять эстафету, когда это потребуется, мы готовы к следующим 10 годам измерений уровня моря. Вы даже можете сами увидеть, где сейчас находится Sentinel-6 над Землей, отследив его с помощью Веб-приложение NASA Eyes.

Мы поговорили с Джошем Уиллисом из Лаборатории реактивного движения НАСА, научным сотрудником проектов Sentinel-6 и Jason-3, о том, как измерить повышение уровня моря из космоса.

Наша система показателей по изменению климата

Повышение уровня моря важно не только для понимания меняющихся океанов. Это также один из самых ценных инструментов, которые у нас есть для измерения изменения климата в целом. «В каком-то смысле это своего рода система показателей», — сказал Уиллис. «Это наша система показателей того, как мы справляемся с климатом».

Это потому, что большая часть повышения средней температуры планеты в целом отражается на уровне океанов. Есть три крупных антропогенных фактора, способствующих повышению уровня моря: таяние ледниковых щитов в Гренландии и Антарктида, таяние небольших ледников в других частях земного шара и потепление океана, вызывающее его расширять. Каждый из этих факторов вносит примерно одну треть в общий рост, поскольку в воду добавляется больше воды. океанов, когда тают ледники и ледяные шапки, а также расширение вод из-за увеличения глобального температуры. Поскольку океаны покрывают большую часть земного шара, они в конечном итоге поглощают много избыточного тепла, образующегося в результате деятельности человека.

«Я считаю повышение уровня моря самым ярким показателем вмешательства человека в климат», — сказал Уиллис. «Океаны покрывают две трети поверхности планеты, они поглощают 90% этого дополнительного тепла, вот и все причиной изменения климата, а также поглощают всю воду, тающую с ледников и льда. листы. Поэтому они действительно все учитывают с точки зрения того, как мы меняем климат в самом широком смысле».

И проблема не только в том, что уровень моря повышается. Дело в том, что темпы этого роста также растут.

«Скорость подъема уровня океанов нестабильна. На самом деле оно увеличивается», — сказал Уиллис. «В начале 20-го века уровень океана поднимался со скоростью около двух миллиметров в год. К 90-м или 2000-м годам их было уже три. А сейчас уже четыре и пять миллиметров в год. Таким образом, за последние сто лет темпы роста увеличились более чем вдвое. И он будет продолжать расти все быстрее и быстрее».

30 лет непрерывных измерений

Одна из причин, по которой данные о повышении уровня моря так ценны, заключается в том, что они представляют собой долгосрочные данные, собираемые с 1990-х годов. Первые глобальные измерения океанов из космоса начались, когда в 1992 году была запущена миссия TOPEX/Poseidon, за ней последовали три спутника Jason, а затем первый Sentinel.

Чтобы обеспечить согласованность данных, которые можно было бы сравнивать за разные годы, все миссии этой серии были размещены на одной орбите, чтобы они получали одинаковый вид на океаны.

Всякий раз, когда новый спутник заменял своего предшественника, они месяцами летали близко друг к другу. Это позволило провести очень тщательную калибровку, чтобы гарантировать, что на сегодняшний день данные можно будет последовательно отслеживать по всем пяти спутникам.

«Это действительно потрясающее достижение с точки зрения наших достижений в области климатологии», — сказал Уиллис.

Еще 10 лет измерений

«У нас есть этот невероятный рекорд, которому уже 30 лет, и Sentinel-6 был построен, чтобы продлить этот рекорд еще на 10 лет», — сказал Уиллис. Чтобы обеспечить эти дополнительные 10 лет наблюдений, НАСА построило не один, а два спутника, оба по сути идентичные, так что как только недавно запущенный Sentinel-6 Michael Freilich подойдет к концу своего срока службы в 2025 году, его близнец Sentinel-6b сможет взять на себя над. Это позволит в общей сложности 40 лет вести последовательные записи повышения уровня моря.

«Это первый раз, когда мы как сообщество решили сделать это на долгосрочную перспективу – взять на себя обязательство проводить измерения повышения уровня моря из космоса, а не только по одному спутнику за раз», – сказал он. «Уровень моря не перестанет повышаться в ближайшее время, мы не сможем прекратить его измерение, поэтому нам необходимо обеспечить непрерывность измерений между миссиями».

Если кажется, что у этих спутников относительно короткий срок службы по сравнению с другими спутниковыми миссиями, которые могут длиться десятилетия, это связано с высотой, на которой они работают. Когда были запущены первые спутники для повышения уровня моря, у нас не было такой хорошей технологии для определение положения этих спутников — а данные позиционирования важны для получения точного уровня моря чтения. Для этого спутники были запущены на очень высокую орбиту высотой 1300 километров, где очень мало атмосферы и, следовательно, очень мало защиты от радиации.

Исследователи хотят продолжать отправлять спутники на ту же орбиту, чтобы обеспечить непрерывные измерения, но это означает признать, что эти спутники будут повреждены радиацией и прослужат лишь относительно несколько лет. каждый.

Приборы на спутнике

Именно точность показаний позволяет спутнику Sentinel-6 стать международно признанным инструментом для измерения повышения уровня моря. Исследователи из разных областей и из разных стран согласились, что измерения, полученные с помощью Sentinel-6 и его предшественников, будут использоваться в качестве стандартного измерения повышения уровня моря.

Приборы Sentinel-6 относительно просты, по крайней мере, концептуально. Есть радар, который посылает радиоволны на поверхность, чтобы измерить расстояние между спутником и океаном, и системы позиционирования, которые дают информацию о высоте спутника, чтобы ее можно было вычесть из измерений уровня моря, а затем еще один важный инструмент, называемый радиометр.

Радиометр измеряет количество воды в атмосфере, наблюдая за яркостью океана. Вода в атмосфере влияет на радиоволны, посылаемые радаром, поэтому радиометр должен это учитывать и обеспечивать высокий уровень точности измерений уровня моря.

Эти три инструмента, а также согласованные орбиты делают Sentinel-6 наиболее точным методом, который мы используем. нужен для измерения повышения уровня моря – и именно поэтому он достаточно точен, чтобы служить международным эталоном миссия.

Меняющиеся океаны

Более сложная часть измерения повышения уровня моря заключается в том, как интерпретировать данные, собранные спутником. Океаны не плоские, поэтому спутник усредняет показания по площади в несколько квадратных километров, чтобы это учесть.

Но есть и другие факторы, влияющие на уровень моря. Сюда входит и погода, поскольку изменения атмосферного давления позволяют морю подниматься куполом при низком давлении, приливы и отливы. и океанские течения, и даже гравитация подводных гор, из-за которой на уровне моря выше появляются пики. их. Исследователи, использующие данные Sentinel-6 для измерения повышения уровня моря, должны учитывать и другие факторы, рассматривая данные об атмосферных условиях и карты гравитационного поля океана.

Однако все эти другие эффекты могут дать полезные данные для других областей исследований. Глядя на то, насколько усреднены показания по определенной территории, исследователи могут оценить, насколько велики волны и насколько силен ветер. Они могут видеть, как течения движутся по океану в реальном времени, потому что течения заставляют океан наклоняться так, что одна сторона течения оказывается выше другой. Они также могут отслеживать мусор или нефть, пролитую в океане.

Спутник также продолжает собирать данные при пролете над сушей, и эти данные можно использовать для мониторинга озер и рек.

Все данные, собранные спутником, общедоступны и используются исследователями по всему миру из самых разных областей. Вы можете найти данные на веб-сайт Лаборатории реактивного движения или на Веб-сайт НАСА с данными о Земле.

Угроза изменения климата

С помощью таких проектов, как Sentinel-6, мы можем напрямую увидеть, как меняется наш климат в результате нашей человеческой деятельности. Мы видим, что уровень моря не только повышается, но и растет все быстрее и быстрее, и нет никаких признаков того, что это изменение замедлится или прекратится в ближайшее время. В этом есть экзистенциальный ужас.

«Когда мы наблюдаем за тем, что происходит с планетой, это пугает», — сказал Уиллис. «Мы уже загнали наш климат на незнакомую территорию. И с каждым годом оно становится все более и более незнакомым».

Однако он не отчаивается в будущем человечества. Скорее, он подчеркивает, что будущее нашей планеты находится в наших руках.

«Еще есть место для надежды, потому что мы можем что-то с этим сделать», — сказал Уиллис. «Мы знаем, в чем проблема, и знаем, как ее решить. Это не похоже на то, что к Земле движется гигантский метеорит, который собирается уничтожить нас всех. Мы действительно можем что-то сделать с изменением климата, нам просто нужно проявить волю».

Рекомендации редакции

• Может ли ключом к жизни в космосе быть… хорошая система освещения?
• Эти новые электромобили НАСА доставят астронавтов на часть пути к Луне (вроде как)
• Посмотрите, как ракета-носитель SpaceX Falcon 9 совершает свой 12-й полет в космос
• Поиски обитаемых лун в Солнечной системе набирают обороты
• SpaceX отметила 200-ю посадку ракеты идеальным приземлением