Ось як NASA вимірює підвищення рівня моря з космосу

Зміна клімату є безпосередньою загрозою для майбутнього людства, але глобальний клімат настільки складний, що часто важко навіть побачити масштаб проблеми. Один із найкращих способів вимірювання зміни клімату може бути не таким, як ви очікуєте, тому що це не вимірювання землі чи атмосфери. Натомість, щоб дізнатися про зміну клімату, нам потрібно виміряти океан.

Підвищення рівня моря не тільки впливає на прибережні громади через зменшення маси суші, але також вказує на ширшу проблему підвищення глобальної температури. Це означає, що підвищення рівня моря має велике значення для NASA, яке дивиться не лише на інші світи, але й монітори Земля з космосу. Новий супутник моніторингу рівня моря, Sentinel-6 Michael Freilich, був запущено в листопаді 2020 року і став офіційною еталонною місією для підвищення рівня моря в березень цього року, після переходу від свого попередника Jason-3.

Оскільки Sentinel-6 виконує свою нову роль, а наступник-близнюк Sentinel-6b чекає свого часу, щоб прийняти естафету, коли буде потрібно, ми готові наступні 10 років вимірювати рівень моря. Ви навіть можете самі побачити, де зараз знаходиться Sentinel-6 над Землею, відстеживши його за допомогою Веб-додаток NASA Eyes.

Ми поговорили з Джошем Віллісом з Лабораторії реактивного руху NASA, науковцем проектів Sentinel-6 і Jason-3, про те, як виміряти підвищення рівня моря з космосу.

Наша картка показників щодо зміни клімату

Підвищення рівня моря важливе не лише для розуміння змін океанів. Це також один із найцінніших інструментів, які ми маємо для вимірювання зміни клімату в цілому. «У певному сенсі це система показників», — сказав Вілліс. «Це наша система показників того, як у нас справи з кліматом».

Це тому, що підвищення середньої температури планети в цілому значною мірою відображається на рівні океанів. Існує три великі антропогенні фактори, що сприяють підвищенню рівня моря: танення крижаних покривів у Гренландії та Антарктида, танення невеликих льодовиків в інших куточках земної кулі та нагрівання океану, яке спричиняє розширити. Ці фактори спричиняють приблизно одну третину кожного до загального зростання через додавання більшої кількості води океанів, коли льодовики та крижані шапки тануть, а також розширення води через збільшення глобальної температури. Оскільки океани покривають велику частину земної кулі, вони в кінцевому підсумку поглинають багато надлишкового тепла, що виділяється діяльністю людини.

«Я вважаю підвищення рівня моря найяскравішим показником втручання людини в клімат», — сказав Вілліс. «Океани займають дві третини поверхні планети, вони поглинають 90% цього додаткового тепла, тобто причина зміни клімату, і вони також поглинають всю воду, яка тане з льодовиків і льоду аркуші. Таким чином, вони дійсно підраховують усе з точки зору того, як ми змінюємо клімат у найширшому плані».

І проблема не тільки в тому, що рівень моря підвищується. Справа в тому, що швидкість цього зростання також зростає.

«Швидкість підвищення рівня океанів непостійна. Він фактично зростає", - сказав Вілліс. «На початку 20 століття океани піднімалися зі швидкістю близько двох міліметрів на рік. До 90-х чи 2000-х років було скоріше три. А тепер чотири і п’ять міліметрів на рік. Таким чином, за останні сто років швидкість зростання зросла більш ніж удвічі. І він продовжуватиме зростати все швидше й швидше».

30 років безперервних вимірювань

Однією з причин, чому дані про підвищення рівня моря такі цінні, є те, що вони формують довгостроковий запис, який збирався з 1990-х років. Перші глобальні вимірювання океанів із космосу почалися, коли в 1992 році була запущена місія TOPEX/Poseidon, за якою послідували три супутники Jason, а потім перший Sentinel.

Щоб зберегти узгоджені дані, які можна порівнювати за різні роки, усі місії цієї серії були розміщені на одній орбіті, щоб вони мали однаковий вид на океани.

Щоразу, коли новий супутник переходив на зміну своєму попереднику, два місяці літали близько один до одного. Це дозволило провести дуже ретельне калібрування, щоб забезпечити послідовне відстеження даних на п’яти супутниках на сьогоднішній день.

«Це справді дивовижне досягнення з точки зору наших досліджень клімату», — сказав Вілліс.

Ще 10 років вимірювань

«Ми маємо цей неймовірний рекорд, який триває вже 30 років, і Sentinel-6 був створений, щоб подовжити цей рекорд ще на 10 років», — сказав Вілліс. Щоб забезпечити додаткові 10 років спостережень, NASA побудувало не один, а два супутники, обидва по суті ідентичні, так що як тільки нещодавно запущений Sentinel-6 Michael Freilich завершить свій термін служби у 2025 році, його подвійний Sentinel-6b може прийняти закінчено. Це дозволить загалом 40 років постійно реєструвати підвищення рівня моря.

«Це перший раз, коли ми як спільнота вирішили зробити це в довгостроковій перспективі — взяти на себе зобов’язання проводити вимірювання підвищення рівня моря з космосу, а не лише з одного супутника за раз», — сказав він. «Рівень моря найближчим часом не припинить підвищуватися, ми не зможемо припинити його вимірювання, тому нам потрібна безперервність вимірювань у місіях».

Якщо здається, що ці супутники мають відносно коротку тривалість життя порівняно з іншими супутниковими місіями, які можуть тривати десятиліттями, це пов’язано з висотою, на якій вони працюють. Коли були запущені перші супутники для підвищення рівня моря, у нас не було таких хороших технологій визначення положення цих супутників – і дані позиціонування важливі для отримання точного рівня моря показання. Для цього супутники були запущені на дуже високу орбіту 1300 кілометрів, де дуже мало атмосфери і, отже, дуже мало захищено від радіації.

Дослідники хочуть продовжувати відправляти супутники на ту саму орбіту, щоб забезпечити безперервні вимірювання, але це означає визнати, що ці супутники будуть вражені радіацією і прослужать лише відносно кілька років кожен.

Прилади на супутнику

Саме точність його показань дозволяє супутнику Sentinel-6 бути міжнародно визнаним інструментом для вимірювання підвищення рівня моря. Дослідники з різних галузей і різних країн погодилися, що вимірювання, зроблені Sentinel-6 і його попередниками, будуть використовуватися як стандартні вимірювання підвищення рівня моря.

Прилади Sentinel-6 відносно прості, принаймні концептуально. Є радар, який посилає радіохвилі на поверхню, щоб виміряти відстань між супутником і океаном, системи позиціонування, які дають інформацію про висоту супутника, щоб її можна було відняти від вимірювань рівня моря, а потім ще один важливий інструмент, який називається радіометр.

Радіометр вимірює кількість води в атмосфері, спостерігаючи за яскравістю океану. Вода в атмосфері впливає на радіохвилі, які посилає радар, тому радіометр повинен коригувати це та забезпечувати високий рівень точності вимірювань рівня моря.

Ці три прилади разом із узгодженими орбітами роблять Sentinel-6 найточнішим методом для вимірювання підвищення рівня моря – і тому він достатньо точний, щоб бути міжнародним стандартом місія.

Змінні океани

Більш складною частиною вимірювання підвищення рівня моря є те, як інтерпретувати дані, зібрані супутником. Океани не є плоскими, тому супутник усереднює показники на площі в кілька квадратних кілометрів, щоб це врахувати.

Але є й інші фактори, які впливають на рівень моря. Це включає в себе погоду, оскільки зміни атмосферного тиску дозволяють морю підніматися, коли тиск низький, припливи і океанські течії, і навіть сила тяжіння підводних гір, які викликають появу піків на рівні моря над їх. Дослідники, які використовують дані Sentinel-6 для вимірювання підвищення рівня моря, повинні враховувати ці інші фактори, враховуючи дані про атмосферні умови та карти гравітаційного поля океану.

Хоча всі ці інші ефекти можуть дати корисні дані для інших галузей досліджень. Дивлячись на те, скільки усереднено для даної області, дослідники можуть оцінити, наскільки великі хвилі та наскільки сильні вітри. Вони можуть бачити, як течії рухаються океаном у реальному часі, оскільки течії змушують океан нахилятися, тому одна сторона течії вища за іншу. Вони також можуть відстежувати сміття або нафту, коли вони розливаються в океан.

Супутник також продовжує збирати дані, проходячи над землею, і ці дані можна використовувати для моніторингу озер і річок.

Усі дані, зібрані супутником, є загальнодоступними, і ними користуються дослідники з усього світу з найрізноманітніших галузей. Ви можете знайти дані на Веб-сайт JPL або на Веб-сайт НАСА з даними про Землю.

Загроза зміни клімату

За допомогою таких проектів, як Sentinel-6, ми можемо безпосередньо бачити, як наш клімат змінюється через нашу людську діяльність. Ми бачимо, що рівень моря не тільки підвищується, але й зростає все швидше й швидше, і немає жодних ознак того, що ця зміна сповільниться чи припиниться найближчим часом. У цьому є екзистенційний терор.

«Коли ми спостерігаємо за тим, що відбувається з планетою, це страшно», — сказав Вілліс. «Ми вже загнали наш клімат на незнайому територію. І з кожним роком стає все незнайомішим».

Однак він не втрачає відчай у майбутньому людства. Радше він підкреслює, що майбутнє нашої планети в наших власних руках.

«Є ще місце для надії, тому що це те, з чим ми можемо щось зробити», — сказав Вілліс. «Ми знаємо, в чому проблема, і знаємо, як її вирішити. Це не те, що гігантський метеор, який прямує до Землі, збирається знищити нас усіх. Ми справді можемо щось зробити зі зміною клімату, нам просто потрібно проявити волю».

Рекомендації редакції

• Чи може бути ключем до життя в космосі… хороша система освітлення?
• Ці нові електромобілі NASA відвезуть астронавтів частину шляху до Місяця (начебто)
• Подивіться, як ракета-носій Falcon 9 від SpaceX здійснює свою 12-ту поїздку в космос
• Пошуки придатних для життя супутників у Сонячній системі розпалюються
• SpaceX відзначає 200-ту посадку ракети з ідеальним приземленням