Tako NASA iz vesolja meri dvig morske gladine

Podnebne spremembe so neposredna grožnja prihodnosti človeštva, vendar je globalno podnebje tako zapleteno, da je pogosto težko videti celo obseg problema. Eden najboljših načinov za merjenje podnebnih sprememb morda ni tisto, kar pričakujete – ker ne gre za merjenje zemlje ali ozračja. Namesto tega moramo za učenje o podnebnih spremembah izmeriti ocean.

Dvigovanje morske gladine ne vpliva le na obalne skupnosti z zmanjševanjem kopenske mase, ampak kaže tudi na širše vprašanje naraščajočih globalnih temperatur. To pomeni, da je dvig morske gladine zelo pomemben za Naso, ki se ne ozira le na druge svetove, ampak tudi monitorji Zemljo iz vesolja. Nov satelit za spremljanje morske gladine Sentinel-6 Michael Freilich je bil lansiran novembra 2020 in postala uradna referenčna misija za dvig morske gladine marca letos, po prevzemu od svojega predhodnika Jason-3.

S Sentinel-6, ki prevzema svojo novo vlogo, in naslednikom dvojčkom, Sentinel-6b, ki čaka na krila, da prevzame štafetno palico, ko bo to potrebno, smo pripravljeni na naslednjih 10 let meritev morske gladine. Lahko celo sami vidite, kje se trenutno nahaja Sentinel-6 nad Zemljo, tako da mu sledite z uporabo Nasina spletna aplikacija Eyes.

Pogovarjali smo se z Joshom Willisom iz Nasinega laboratorija za reaktivni pogon, projektnim znanstvenikom za Sentinel-6 in Jason-3, o tem, kako izmeriti dvig morske gladine iz vesolja.

Naš kazalnik za podnebne spremembe

Dvig morske gladine ni pomemben le za razumevanje spreminjajočih se oceanov. Je tudi eno najdragocenejših orodij, ki jih imamo za merjenje podnebnih sprememb kot celote. "Na nek način je to kazalnik," je dejal Willis. "To je naš kazalnik za to, kako delamo s podnebjem."

To je zato, ker se večji del naraščajoče povprečne temperature planeta kot celote odraža v gladini oceanov. Trije veliki dejavniki, ki jih povzroči človek, prispevajo k dvigu morske gladine: taljenje ledenih plošč na Grenlandiji in Antarktika, taljenje majhnih ledenikov drugod po svetu in segrevanje oceana, ki povzroča razširiti. Ti dejavniki vsak prispevajo približno eno tretjino k skupnemu povečanju, ker je dodana več vode oceanov, ko se talijo ledeniki in ledeni pokrovi, pa tudi širjenje vode zaradi naraščajoče globalne temperature. Ker oceani pokrivajo velik del sveta, na koncu absorbirajo veliko odvečne toplote, ki nastane zaradi človeške dejavnosti.

"Mislim, da je dvig morske gladine najjasnejši pokazatelj človeškega vmešavanja v podnebje," je dejal Willis. "Oceani pokrivajo dve tretjini površine planeta, absorbirajo 90 % te dodatne toplote, ki je celotna povzročajo podnebne spremembe, prav tako pa absorbirajo vso vodo, ki se tali z ledenikov in ledu. rjuhe. Torej resnično štejejo vse glede na to, kako spreminjamo podnebje na najbolj širok način.«

In problem ni samo v tem, da se gladina morja dviguje. Prav tako se stopnja tega dviga povečuje.

»Stopnja naraščanja oceanov ni enakomerna. Pravzaprav se povečuje,« je dejal Willis. »V začetku 20. stoletja so oceani naraščali s hitrostjo okoli dveh milimetrov na leto. Do 90-ih ali 2000-ih so bili bolj kot trije. In zdaj je štiri in pet milimetrov na leto. Torej se je stopnja rasti v zadnjih sto letih več kot podvojila. In še naprej se bo povečeval hitreje in hitreje."

30 let neprekinjenih meritev

Del razloga, zakaj so podatki o dvigu morske gladine tako dragoceni, je, da tvorijo dolgoročno evidenco, ki se zbira od devetdesetih let prejšnjega stoletja. Prve globalne meritve oceanov iz vesolja so se začele, ko je bila leta 1992 izstreljena misija TOPEX/Poseidon, sledili so ji trije sateliti Jason in nato prvi Sentinel.

Da bi ohranili dosledne podatke, ki jih je mogoče primerjati skozi leta, so bile vse misije v tej seriji postavljene v isto orbito, tako da imajo enak pogled na oceane.

Kadarkoli je nov satelit prevzel oblast od svojega predhodnika, sta oba več mesecev letela blizu skupaj. To je omogočilo zelo natančno kalibracijo, da bi zagotovili dosledno sledenje podatkov na petih dosedanjih satelitih.

"To je res neverjeten dosežek v smislu našega rekorda podnebne znanosti," je dejal Willis.

Še 10 let meritev

"Imamo ta neverjeten rekord, ki je zdaj dolg 30 let, in Sentinel-6 je bil zgrajen za podaljšanje tega rekorda za dodatnih 10 let," je dejal Willis. Da bi omogočila teh dodatnih 10 let opazovanj, je NASA zgradila ne enega, ampak dva satelita, oba v bistvu enaka, tako da ko bo leta 2025 nedavno lansirani Sentinel-6 Michael Freilich končal svojo življenjsko dobo, lahko njegov dvojček Sentinel-6b traja čez. To bo omogočilo skupno 40 let doslednih zapisov o dvigu morske gladine.

"To je prvič, da smo se kot skupnost odločili, da bomo to storili dolgoročno – da se bomo zavezali izvajanju meritev dviga morske gladine iz vesolja, ne samo iz enega satelita naenkrat," je dejal. "Morska gladina ne bo kmalu nehala naraščati, ne bomo mogli nehati meriti, zato moramo imeti to kontinuiteto meritev med misijami."

Če se zdi, da imajo ti sateliti sorazmerno kratko življenjsko dobo v primerjavi z drugimi satelitskimi misijami, ki lahko trajajo desetletja, je to povezano z nadmorsko višino, na kateri delujejo. Ko so izstrelili prve satelite za dvig morske gladine, nismo imeli tako dobre tehnologije določanje položaja teh satelitov – in podatki o položaju so pomembni za pridobitev natančne gladine morja branja. Da bi to omogočili, so satelite izstrelili v zelo visoko orbito 1300 kilometrov, kjer je zelo malo atmosfere in zato zelo malo zaščite pred sevanjem.

Raziskovalci želijo še naprej pošiljati satelite v to isto orbito, da bi zagotovili neprekinjene meritve, a to pomeni sprejeti dejstvo, da bodo ti sateliti prizadeti zaradi sevanja in bodo trajali le relativno nekaj let vsak.

Instrumenti na satelitu

Natančnost njegovih odčitkov je tisto, zaradi česar je satelit Sentinel-6 mednarodno priznano orodje za merjenje dviga morske gladine. Raziskovalci z vseh različnih področij in različnih držav so se strinjali, da bodo meritve, opravljene s Sentinel-6 in njegovimi predhodniki, uporabljene kot standardna meritev za dvig morske gladine.

Instrumenti na Sentinelu-6 so relativno preprosti, vsaj konceptualno. Obstaja radar, ki pošilja radijske valove na površje, da izmeri razdaljo med satelitom in oceanom, sistemi za določanje položaja podatke o nadmorski višini satelita, tako da jih je mogoče odšteti od meritev morske gladine, nato pa še en pomemben instrument, imenovan radiometer.

Radiometer meri količino vode v ozračju tako, da opazuje svetlost oceana. Voda v ozračju vpliva na radijske valove, ki jih pošilja radar, zato mora radiometer to popraviti in zagotoviti visoko stopnjo natančnosti pri meritvah morske gladine.

Ti trije instrumenti, skupaj z doslednimi orbitami, so tisto, zaradi česar je Sentinel-6 najnatančnejša metoda za merjenje dviga morske gladine – in zato je dovolj natančen, da je mednarodna referenca poslanstvo.

Spreminjajoči se oceani

Bolj zapleten del merjenja dviga morske gladine je, kako interpretirati podatke, ki jih je zbral satelit. Oceani niso ravni, zato satelit izračuna povprečje odčitkov na območju več kvadratnih kilometrov, da to omogoči.

Obstajajo pa tudi drugi dejavniki, ki vplivajo na morsko gladino. To vključuje vreme, saj spremembe atmosferskega tlaka omogočajo, da se morje dvigne, ko je pritisk nizek, plimovanje in oceanski tokovi ter celo gravitacija podvodnih gora, zaradi katerih se vrhovi pojavljajo nad morsko gladino njim. Raziskovalci, ki uporabljajo podatke iz Sentinela-6 za merjenje dviga morske gladine, morajo upoštevati te druge dejavnike z upoštevanjem podatkov o atmosferskih razmerah in zemljevidov gravitacijskega polja oceana.

Vsi ti drugi učinki pa lahko dajo koristne podatke za druga področja raziskav. Če pogledajo, koliko je bil odčitek povprečen na določenem območju, lahko raziskovalci ocenijo, kako veliki so valovi in ​​kako močni so vetrovi. Vidijo lahko, kako se tokovi premikajo skozi ocean v realnem času, ker tokovi povzročijo, da se ocean nagne, tako da je ena stran toka višja od druge. Prav tako lahko sledijo naplavinam ali olju, ko se razlijejo v ocean.

Satelit prav tako zbira podatke, ko gre čez kopno in te podatke je mogoče uporabiti za spremljanje jezer in rek.

Vsi podatki, ki jih satelit zbira, so javno dostopni, uporabljajo pa jih raziskovalci po vsem svetu z najrazličnejših področij. Podatke najdete na Spletna stran JPL ali na Nasino spletno mesto s podatki o Zemlji.

Grožnja podnebnih sprememb

S projekti, kot je Sentinel-6, lahko neposredno vidimo, kako se naše podnebje spreminja zaradi naših človeških dejavnosti. Vidimo lahko, da se gladina morja ne dviguje le, ampak da se dviguje vse hitreje in nič ne kaže, da se bo ta sprememba kmalu upočasnila ali ustavila. V tem je eksistencialni teror.

"Ko gledamo, kaj se dogaja s planetom, je strašljivo," je dejal Willis. »Naše podnebje smo že pregnali na neznano ozemlje. In vsako leto postaja vse bolj neznano.«

Vendar pa ne obupa nad prihodnostjo človeštva. Namesto tega poudarja, da je prihodnost našega planeta v naših rokah.

"Še vedno je prostor za upanje, saj je to nekaj, kar lahko storimo," je dejal Willis. »Vemo, v čem je težava, in vemo, kako jo odpraviti. Ne gre za velikanski meteor, ki se usmerja proti Zemlji in nas bo vse izbrisal. Dejansko lahko nekaj storimo glede podnebnih sprememb, le zbrati moramo voljo.«

Priporočila urednikov

• Je lahko ključ do življenja v vesolju … dober sistem osvetlitve?
• Ta nova Nasina električna vozila bodo astronavte popeljala del poti do lune (nekako)
• Oglejte si ta pospeševalnik SpaceX Falcon 9 na svoji 12. vožnji v vesolje
• Iskanje naseljivih lun v sončnem sistemu se pospešuje
• SpaceX obeležuje 200. pristanek rakete s popolnim dotikom