Как космическая наука может помочь нам в борьбе с изменением климата

Чтобы отпраздновать Всемирную неделю космоса, мы посмотрим, как космическая наука помогает нам понять и принять меры против изменения климата.

Когда вы думаете о космических исследованиях, изменение климата, вероятно, не первое, что приходит вам в голову. Вы, скорее всего, представите себе астронавтов, летающих вокруг Международной космической станции, или инженеров, проектирующих вездеходы, которые могут пересекать вулканы на Марсе.

Однако Земля — тоже планета, и мы можем многое узнать о нашем климате из космоса.

Вместе такие организации, как НАСА и Европейское космическое агентство, имеют более 150 спутников на орбите вокруг планеты. Они наблюдают за океанами, сушей, льдом, атмосферой и биосферой.

На Всемирной неделе космоса мы сосредоточимся на том, что делает космическая наука, чтобы помочь нам смягчить последствия изменения климата.

Откуда мы знаем, что Земля нагревается?

В 2015 году 196 стран мира присоединились к Парижскому соглашению (Организация Объединенных Наций об изменении климата). Этот новаторский закон обязывает правительства ограничивать выбросы углекислого газа, чтобы ограничить глобальное потепление менее чем на 2°C.

Это событие стало возможным только потому, что у ученых были недвусмысленные доказательства того, что глобальные температуры росли беспрецедентными темпами за последнее столетие.

Но откуда ученые знают, что Земля нагревается?

Спутники, собирающие данные

Сегодня в сотнях миль над поверхностью Земли обширная сеть спутников собирает данные о климатической системе нашей планеты. Эти спутники обеспечивают точные измерения температуры наших океанов, земли и атмосферы.

Однако так было не всегда. Первым, кто предоставил доказательства того, что планета нагревается, был малоизвестный ученый-любитель по имени Гай Каллендар.

В 1938 году Каллендар тщательно собрал записи со 147 метеостанций по всему миру. Он обнаружил, что глобальная температура повысилась на 0,3°C за предыдущие 50 лет.

Однако в то время его выводы были в значительной степени проигнорированы:

• правительства
• отрасли
• даже другие ученые.

Только с появлением спутников измерения Каллендара могли быть подтверждены, и мир начал обращать на это внимание.

Новая эра спутниковых наблюдений

Первым спутником, который обеспечил точное измерение температуры атмосферы Земли, был Nimbus III НАСА, запущенный в 1969 году.

Современные спутники способны проводить гораздо более сложные измерения. В Великобритании ученые из RAL Space добились огромных успехов в измерении глобальной температуры поверхности. RAL Space базируется в лаборатории Резерфорда Эпплтона Совета по научно-техническим средствам (STFC) недалеко от Дидкота в Оксфордшире.

Измерение температуры поверхности моря и суши

С 1980-х годов ученые RAL Space помогали разрабатывать и калибровать серию приборов, которые могут измерять температуру поверхности моря и суши с беспрецедентной точностью.

Это началось с серии сканирующих радиометров вдоль пути (ATSR). Они были установлены на борту спутников Европейского космического агентства:

После вывода из эксплуатации спутника Envisat в 2012 году компания RAL Space разработала радиометр температуры поверхности моря и суши (SLSTR) (STFC) для спутников-дозорных.

Спутники являются частью программы наблюдения Земли Copernicus Европейского Союза, которая дает нам беспрецедентную картину того, как меняется климат Земли.

В настоящее время на орбите находятся два прибора SLSTR, и вместе они способны охватить почти весь земной шар за день.

Важность калибровки

Много работы уходит на проектирование, создание, тестирование и калибровку спутникового прибора.

Доктор Хью Мортимер, научный сотрудник STFC RAL Space, объясняет, почему калибровка особенно важна.

Очень важно, чтобы мы могли доверять спутникам и знать, что данные, которые они нам предоставляют, являются правдой.

Калибровка не особенно привлекательна, но очень важна.

Это лежит в основе науки о климате и нашего доверия к данным, которые получают НАСА и Европейское космическое агентство.

Вы не можете настроить или настроить пространство

В отличие от автомобиля, который можно обслуживать в гараже, после того, как прибор привязан к ракете и запущен в космос, вы не можете его настроить или настроить. По этой причине требуется огромный объем работы, чтобы убедиться, что прибор работает еще до того, как он покинет лабораторию.

Одним из ученых, ответственных за эту работу, является доктор Кэролайн Кокс, научный сотрудник отдела наблюдения Земли и изучения атмосферы в RAL Space.

Наша работа в команде RAL Space заключается в том, чтобы присматривать за прибором и следить за тем, чтобы он исправно выполнял свою работу.

Мы отслеживаем параметры приборного уровня, например температуру, дрожание механизма и производительность детекторов, а также фактическую калиброванную яркость, которая будет преобразована в температуру поверхности.

Мы также предлагаем улучшения, которые можно внести в способ обработки спутниковых данных.

Выполнение точных измерений

Детекторы SLSTR, чувствительные к инфракрасному свету, необходимо охлаждать, чтобы проводить точные измерения.

Одна из наших наиболее важных задач — убедиться, что прибор достаточно остыл, и что бортовые эталонные калибровочные источники (два черных тела, удерживаемые при фиксированных температурах) работают должным образом, чтобы SLSTR продолжал давать хорошие данные.

После запуска ученые RAL Space продолжают калибровать приборы, сравнивая их с измерениями, сделанными с земли.

Для наземных измерений ученые отправятся в поле и буквально наведут датчики на деревья, траву и почву.

Затем они сравнивают полученные измерения со спутником, когда он пролетает над головой.

Для океанов исследователи установили радиометр на океанском лайнере Queen Mary 2.Корабль измеряет температуру океана во время путешествия. Затем эти данные сравниваются со спутниковыми измерениями.

Следующее поколение климатических наблюдений

Работа никогда не останавливается, и ученые RAL Space в настоящее время готовят и тестируют два новых прибора SLSTR, которые будут запущены в ближайшее время.

Хью Мортимер говорит:

Это самые точные термометры, которые мы когда-либо запускали в космос.

Они могут измерять температуру поверхности моря на расстоянии 800 км с точностью до 0,2 °C.

Это все равно, что стоять на Биг-Бене в Лондоне и смотреть на Эйфелеву башню в Париже.

Благодаря предстоящим запускам у исследователей теперь есть данные о температуре поверхности моря за 40 лет. Это жизненно важно для понимания долгосрочных тенденций и глобального потепления.

Однако это также поможет и в будущем, поскольку мы можем использовать эти данные, чтобы увидеть влияние политики чистого нуля на изменение климата.

Борьба с лесными пожарами

Спутники наблюдения Земли не только помогают нам следить за глобальным потеплением. Они также помогают нам бороться с изменением климата другими способами.

Одним из способов является мониторинг лесных пожаров. Изменение климата делает лесные пожары более распространенными. Например, в октябре прошлого года лесных пожаров было в пять раз больше, чем можно было бы ожидать в это время года.

От Австралии до Греции и от Калифорнии до Сибири: в этом году лесные пожары охватили города и деревни, причинив бесчисленные страдания тысячам людей.

Спутники могут помочь несколькими способами.

Спутниковые наблюдения в режиме, близком к реальному времени

Во время лесных пожаров в восточной Австралии в 2019–2020 годах ученые из RAL Space и Университета Лидса внимательно следили за спутниковыми наблюдениями за регионом в режиме, близком к реальному времени.

Помимо видимых шлейфов дыма, команда отследила следующие следы газов:

• монооксид углерода
• метан
• метанол.

Эти газы токсичны для человека и дикой природы.

Команда смогла показать, что шлейфы угарного газа путешествовали по всему Южному полушарию, в Южную Америку и обратно через Южный океан к западному побережью Австралии.

Эффект домино на качество воздуха

Исследование показало, что лесные пожары могут иметь косвенное влияние на качество воздуха во всем мире.

Спутниковые данные также можно использовать для борьбы с лесными пожарами, как объясняет Хью Мортимер:

Спутники Sentinel имеют детекторы, очень чувствительные к ярким сигналам.

Прибор автоматически идентифицирует эти сигналы как пожары на земле.

Это позволяет нам мгновенно взаимодействовать с лесоустроителями и пожарными, чтобы направлять эти ресурсы туда, где они необходимы.

Например, мы можем сказать лесничим, чтобы они вырезали противопожарные полосы перед пожаром, или мы можем физически указать пожарным, куда идти и куда распространяется огонь.

Улучшение здоровья лесов

Помимо борьбы с пожарами, спутниковые данные также можно использовать для измерения состояния лесов.

Это потому, что конкретная длина волны света, излучаемого деревом, многое говорит о:

• насколько это здорово
• заражен ли он болезнью
• насколько вероятно, что эта болезнь распространится на другие деревья.

Это важно, поскольку наши леса являются жизненно важным оружием в борьбе с изменением климата. Здоровые деревья поглощают углекислый газ из атмосферы, но больные деревья могут выделять CO2.

Знание того, какие типы деревьев самые здоровые и крепкие, поможет природоохранным агентствам принимать обоснованные решения о том, какие деревья сажать и где.

Понимание климата Земли

Это лишь некоторые из способов, которыми космическая наука помогает нам понять и смягчить последствия изменения климата. Однако примеров гораздо больше.

Например, ученые RAL Space разрабатывают инструменты, которые обеспечат точность и надежность нашего понимания углеродного цикла (RAL Space), одного из наиболее важных факторов изменения климата.

Вместе эти проекты прольют свет на климат Земли и помогут нам сохранить нашу планету для будущих поколений.

Последнее обновление: 10 ноября 2022 г.

Связанный контент

• Узнайте больше о том, как UKRI реагирует на изменение климата