การหายใจของโลกดูโดยดาวเทียม


ห้าปีหลังจากชนกับมหาสมุทรแปซิฟิกหอสังเกตการณ์การโคจรของคาร์บอนจะได้รับโอกาสครั้งที่สอง คาดว่าจะเปิดตัวในวันที่ 1 กรกฎาคมรุ่นที่สองที่รู้จักกันในชื่อ OCO-2 มีภารกิจพิเศษ: เพื่อติดตามก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอวกาศ เช้าวันหนึ่งในช่วงต้นฤดูหนาว David Crisp เฝ้าดูการเปิดตัวความฝันของเขาสู่อวกาศ เขาอยู่ที่สนามบินเพื่อรับสัญญาณดาวเทียมของนาซ่าใหม่ซึ่งเขาคิดว่าเป็นภารกิจที่เรียกว่าหอดูดาวคาร์บอนโคจรซึ่งจะติดตามก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอวกาศ Crisp นักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของนาซ่าในแคลิฟอร์เนียได้ทำงานในโครงการนี้มาเก้าปีแล้ว ขณะที่จรวดที่บรรทุกดาวเทียมออกจากฐานทัพอากาศ Vand

ห้าปีหลังจากชนกับมหาสมุทรแปซิฟิกหอสังเกตการณ์การโคจรของคาร์บอนจะได้รับโอกาสครั้งที่สอง คาดว่าจะเปิดตัวในวันที่ 1 กรกฎาคมรุ่นที่สองที่รู้จักกันในชื่อ OCO-2 มีภารกิจพิเศษ: เพื่อติดตามก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอวกาศ

เช้าวันหนึ่งในช่วงต้นฤดูหนาว David Crisp เฝ้าดูการเปิดตัวความฝันของเขาสู่อวกาศ

เขาอยู่ที่สนามบินเพื่อรับสัญญาณดาวเทียมของนาซ่าใหม่ซึ่งเขาคิดว่าเป็นภารกิจที่เรียกว่าหอดูดาวคาร์บอนโคจรซึ่งจะติดตามก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอวกาศ Crisp นักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของนาซ่าในแคลิฟอร์เนียได้ทำงานในโครงการนี้มาเก้าปีแล้ว

ขณะที่จรวดที่บรรทุกดาวเทียมออกจากฐานทัพอากาศ Vandenberg ของแคลิฟอร์เนียตอนใต้และยิงขึ้นสู่ท้องฟ้านักวิจัยและทีมวิทยาศาสตร์ของเขาได้ติดตามเส้นทางของมัน

“ ทุกอย่างเป็นไปอย่างสมบูรณ์แบบในช่วงสามนาทีแรกและ 42 วินาที” คริสกล่าว "แล้วทุกอย่างก็ผิดพลาด"

จรวดที่แบกดาวเทียมล้มเหลวในการแยกส่วนหนึ่งที่ป้องกันดาวเทียมในระหว่างการปล่อยและมันหนักเกินไปที่จะเข้าถึงวงโคจร คริสและทีมของเขาดูด้วยความสยองขวัญขณะที่ภารกิจของพวกเขาชนเข้ากับมหาสมุทรแปซิฟิกที่ไหนสักแห่งใกล้กับแอนตาร์กติกา มันคือ 29 กุมภาพันธ์ 2009

“ มันไม่ใช่วันที่ดีที่สุดของฉัน” กรอบกล่าว ตอนนี้นักวิจัยได้พูดถึงช่วงเวลาแห่งการทำลายล้างด้วยความแม่นยำอย่างสงบของนักวิทยาศาสตร์

แต่ตั้งแต่เขาคิดโครงการครั้งแรกเมื่อเกือบ 15 ปีก่อนเขาและนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ต่างรอคอยโอกาสที่จะใช้ดาวเทียมนี้เพื่อติดตามปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ ของมนุษย์ ข้อมูลดังกล่าวสามารถใช้เป็นรากฐานในการติดตามการปล่อยมลพิษหากสนธิสัญญาด้านภูมิอากาศโลกได้รับการอนุมัติ

ความล้มเหลวในการเปิดตัวหมายความว่าแม้กระทั่งคำถามที่ว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาจากไหนและอะไรที่ทำให้มันกลายเป็นสิ่งสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ เครื่องมือที่อาจตอบคำถามเหล่านี้อยู่ที่ไหนสักแห่งในมหาสมุทร

ผู้ควบคุมนาซ่าของ Crisp บอกเขาว่าอย่ายอมแพ้ว่าหอดูดาวคาร์บอนจะได้โอกาสครั้งที่สอง มันใช้เวลาสักครู่ แต่ในที่สุดก็กลายเป็นหอดูดาวคาร์บอนแห่งที่สองที่เรียกว่า OCO-2 ซึ่งได้รับการอนุมัติและได้รับเงินสนับสนุน หากทุกอย่างเป็นไปตามแผนที่วางไว้จะนำไปสู่ท้องฟ้าวันที่ 1 กรกฎาคม

หลังจากนั้นไม่นานหอสังเกตการณ์จะเริ่มงานหลัก: แก้ปริศนาของคาร์บอนที่หายไป

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ยังคงเป็นคำถามเปิด
ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาคริสได้เสนอหอสังเกตการณ์คาร์บอนระดับเฉลี่ยของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศได้ลดลงจากประมาณ 365 ส่วนต่อล้านถึงเกือบ 400 ppm ซึ่งมองไม่เห็นในประวัติศาสตร์ล่าสุดของโลก

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 40, 000 ล้านตันถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศทุกปีอันเป็นผลมาจากกิจกรรมของมนุษย์ - ประมาณ 5.5 ตันต่อคนบนโลก

จากตัวเลขดังกล่าวนักวิทยาศาสตร์ได้คาดการณ์ว่าปริมาณของ CO2 ในชั้นบรรยากาศน่าจะเพิ่มขึ้นประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ต่อปี

“ มันไม่ใช่” Crisp พูด มันเพิ่มขึ้นครึ่งหนึ่งหรือ 0.5 เปอร์เซ็นต์ต่อปี

ดังนั้นส่วนที่เหลือของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะไปที่ไหน นั่นเป็นคำถามที่ OCO-2 พยายามตอบ

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าประมาณครึ่งหนึ่งของคาร์บอนไดออกไซด์ที่หายไปหรือหนึ่งในสี่ของทั้งหมดกำลังจะลงสู่มหาสมุทร แต่ทำไมอัตราส่วนนั้นคงที่โดยที่มหาสมุทรดูดซับมากพอในแต่ละปีถึงครึ่งหนึ่งของจำนวนมนุษย์ที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ ยังคงเป็นปริศนา

สำหรับสิ่งที่เกิดขึ้นกับส่วนที่เหลือของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่หายไปนักวิทยาศาสตร์คิดว่ามันถูกยึดครองโดยป่าไม้และดิน แม้ว่าป่าไม้ใดที่มีการยกของหนักยังคงเป็นคำถามเปิด

"บางสิ่งในมหาสมุทรหรือในพื้นที่ชีวมณฑลกำลังดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ครึ่งหนึ่งที่เราปล่อยออกมา" คริสกล่าว

เมื่อโลกร้อนขึ้นและมีการปล่อย CO2 มากขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศนักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องเข้าใจว่าคาร์บอนจะไปที่ใดเพื่อคาดการณ์สิ่งที่อาจเปลี่ยนแปลงในอนาคตแอนมาร์เอลเดอริเออร์รองหัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของโครงการหอสังเกตการณ์คาร์บอนแห่งใหม่กล่าว

“ บทบาทของเขตร้อนเป็นคำถามที่ยิ่งใหญ่บางคนคิดว่าเขตร้อนมีส่วนรับผิดชอบต่อการดูดซับคาร์บอนทั้งหมดในตอนนี้และคนอื่น ๆ คิดว่าเป็น [ป่าเหนือใน] เหนือ” เธอกล่าว

การเข้าใจสิ่งนี้จะช่วยให้ผู้คนตัดสินใจเกี่ยวกับวิธีการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเช่นกัน หากนักวิทยาศาสตร์เรียนรู้ว่าป่าเขตร้อนใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นส่วนใหญ่อาจมีการดำเนินการเพิ่มเติมเพื่อปกป้องหรือฟื้นฟูพวกมัน หากในความเป็นจริงมันเป็นป่าเหนือที่สูงในอาร์กติกลำดับความสำคัญสามารถไปสู่การอนุรักษ์ของพวกเขา

ดาวเทียมช่วยในโครงการนี้โดยการวัดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศอย่างแม่นยำมาก OCO-2 จะรวบรวม "ที่ล้านคะแนนต่อวัน" ผู้สูงอายุกล่าว ต้องใช้หลายอย่างเพราะเพียง 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ของตัวอย่างเหล่านั้นจะส่งผลให้การประมาณค่าที่แม่นยำของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ

ข้อได้เปรียบหลักของการวัดตามพื้นที่คือความครอบคลุมและความละเอียด

"เราจะสร้างชุดการตรวจวัด CO2 ที่ยอดเยี่ยมและหนาแน่นนี้ทั่วโลก" เธอกล่าว

นักวิทยาศาสตร์จะใช้การวัดเหล่านี้เพื่อคำนวณความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ สิ่งเหล่านี้จะถูกนำไปเปรียบเทียบกับการวัดจริงจากพื้นผิวโลกเพื่อให้แน่ใจว่าถูกต้อง

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ของนาซ่าและคนอื่น ๆ รอคอยการเปิดตัวของ OCO-2 ดาวเทียมดวงแรกที่เปิดตัวในปี 2009 โดยกลุ่มหุ้นส่วนของญี่ปุ่นรวมถึงสำนักงานสำรวจอวกาศญี่ปุ่น (JAXA) กระทรวงสิ่งแวดล้อมและสถาบันการศึกษาสิ่งแวดล้อมแห่งชาติ ให้โอกาสพวกเขาทำงานกับข้อมูลที่คล้ายกันหากมีข้อ จำกัด มากขึ้น

ดาวเทียมญี่ปุ่นเรียกว่าเรือนกระจก Gases ดาวเทียมที่เรียกว่า GOSAT จากการตรวจวัดสูงถึง 10, 000 ครั้งเซ็นเซอร์ GOSAT สามารถรวบรวมได้ในแต่ละวันประมาณ 1, 000 รายการเหล่านี้ปราศจากเมฆเพียงพอที่จะให้การประเมินที่แม่นยำทั้งคาร์บอนไดออกไซด์และมีเธนซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่ทรงพลังอีกตัวหนึ่ง

การทำงานกับทีม GOSAT ของญี่ปุ่นนั้นนักวิทยาศาสตร์ของนาซ่าได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับวิธีการวัดก๊าซเรือนกระจกจากอวกาศ

แต่มีประโยชน์อย่างที่ GOSAT ได้รับมันไม่ได้ให้ข้อมูลที่จำเป็นในการหาปริมาณการปล่อยมลพิษหรือเพื่อแก้ปัญหานักวิจัยที่มีปัญหาใหญ่เช่น Crisp, Eldering และนักวิทยาศาสตร์ด้านภูมิอากาศอื่น ๆ หลังจาก: ระบุกระบวนการธรรมชาติที่รับผิดชอบในการดูดซับครึ่งที่หายไป ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ

ในการทำเช่นนั้นนักวิทยาศาสตร์ต้องการความไวความละเอียดและการครอบคลุมของโลกมากยิ่งขึ้น

นั่นคือสิ่งที่ OCO-2 ทำ มันรวบรวมการวัดได้มากถึง 96 เท่าของ GOSAT และการวัดแต่ละ OCO-2 นั้นมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของคาร์บอนไดออกไซด์โดยเฉพาะบนพื้นผิวที่มืด

ด้วยเหตุนี้ดาวเทียมดวงใหม่จึงคาดว่าจะให้ข้อมูลที่มีประโยชน์มากขึ้นในภูมิภาคที่มีเมฆบางส่วนเช่นป่าฝนเขตร้อนและเหนือมหาสมุทรหรือในป่าทางเหนือที่สูง

"ฉันเป็นคนที่คลั่งไคล้เล็กน้อยมีความแม่นยำและความหนาแน่นของการวัด" คริสยอมรับ

การวัด 'ความไวอย่างไม่น่าเชื่อ' จากอวกาศ
ถึงแม้ว่าภารกิจของ OCO-2 คือการวัดว่าคาร์บอนไดออกไซด์มาจากไหนและไปที่ไหนมันไม่ได้วัดค่าทั้งสองโดยตรง

แต่ใช้ความเข้มของแสงอาทิตย์ที่สะท้อนออกจากพื้นผิวโลกเพื่อกำหนดความเข้มข้นของโมเลกุลก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในสถานที่ที่ใช้วัดและจากนั้นใช้แบบจำลองเพื่อทำความเข้าใจว่าสถานที่ใดเช่นเมืองหรือโรงไฟฟ้าเป็นแหล่งของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เหมือนป่าไม้หรือมหาสมุทรกำลังดูดซับเอาไว้

เนื่องจากวิธีการวัดนี้ขึ้นอยู่กับ "การมอง" ผ่านพื้นผิวโลกบางครั้งเมฆหรือภูมิประเทศที่ขรุขระเช่นภูเขาสามารถเข้ามาขวางทางได้ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงต้องมีการวัดปริมาณที่หนาแน่นเช่นนี้เพื่อช่วยเอาชนะปัญหานั้น

และแม้ว่ากิจกรรมของมนุษย์จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศเพื่อตรวจจับสิ่งนั้นจากอวกาศเครื่องมือจะต้องมีความอ่อนไหวอย่างไม่น่าเชื่อ Crisp กล่าว

ตัวอย่างเช่นหากต้องการดูรอยเท้าคาร์บอนของลอสแองเจลิสเขากล่าวว่า "เราต้องตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความสว่างของสีของแสงอาทิตย์สะท้อน 10% ของการสะท้อนแสงนั่นคือวิธีที่เราต้องปรับเครื่องมือนี้ให้ดี"

นี่คือเหตุผลว่าทำไมหลังจากที่ดาวเทียมเปิดตัวมันจะใช้เวลาสองสามเดือนกว่าจะถึงวงโคจรที่ถูกต้องและปรับเทียบเครื่องมือของมันในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ทำงานเพื่อตรวจสอบความถูกต้องจากอวกาศกับสถานีอื่น ๆ ที่ตรวจวัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากพื้นดิน

การวัดโบนัสจะบันทึกสุขภาพของพืช
ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาจากการสูญเสียหอสังเกตการณ์คาร์บอนดั้งเดิมและ OCO-2 นักวิทยาศาสตร์ได้ตระหนักถึงภารกิจที่มีผลประโยชน์ด้านหนึ่งซึ่งเป็นเครื่องมือหนึ่งที่สามารถวัดได้ว่าพืชมีการเติบโตหรือไม่

ดาวเทียมสามารถวัดคุณสมบัติที่เรียกว่าฟลูออเรสเซนต์ซึ่งเป็นสัญญาณแสงที่ให้โดยพืชที่กำลังเติบโต มันไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ แต่ตราบใดที่พืชกำลังสังเคราะห์แสงมันก็ปล่อยแสงบางอย่างออกมาหรือเรืองแสง

การตรวจวัดนี้ช่วยให้นักวิจัยเข้าใจว่าป่าไม้ขนาดใหญ่ซึ่งใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากและปล่อยออกซิเจนตอบสนองต่อความแห้งแล้งของความรุนแรงที่แตกต่างกันอย่างไร Joshua Fisher นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของ NASA กล่าว การวัดนี้ยังช่วยให้เกษตรกรเห็นความแห้งแล้งในพืชผล

แบบจำลองสภาพภูมิอากาศทั่วโลกหลายแห่งคาดการณ์ว่าบางส่วนของป่าฝนอเมซอนอาจตายเนื่องจากความแห้งแล้งที่ทวีความรุนแรงมากขึ้นในอนาคต เนื่องจากป่าใหญ่แห่งนี้ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากและปล่อยออกซิเจนจำนวนมากนั่นคือ "น่าเป็นห่วง" ฟิชเชอร์กล่าว

ในขั้นต้นการวัดค่าของการเรืองแสงนี้ควรจะเป็นการแก้ไขการวัดอื่น ๆ ที่ดาวเทียมทำ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ตระหนักว่ามันสามารถใช้อย่างอิสระเพื่อวัดสุขภาพของพืช

ดาวเทียมอื่น ๆ ที่ใช้ในการตรวจสอบกิจกรรมของพืชมักใช้ตัววัดที่เรียกว่า greenness ซึ่งเป็นเสียงที่ดูเหมือนว่าพวกมันเห็นการเปลี่ยนแปลงสีของพืชจากอวกาศ แต่เช่นเดียวกับไม้ตัดดอกในแจกันพืชสามารถเป็นสีเขียวและตายได้อธิบายชาวประมง - และนักวิทยาศาสตร์มักจะไม่รู้จักมันจนกว่าจะสายเกินไป

ในทางตรงกันข้ามสัญญาณเรืองแสงมาจากพืชที่กำลังเติบโตเท่านั้นทำให้นักวิจัยมีความสามารถในการดูว่าพืชมีการเติบโตหรือเครียดหรือไม่

เมื่อรวมกับดาวเทียมนาซ่าที่เพิ่งเปิดตัวใหม่การวัดปริมาณน้ำฝนทั่วโลก ( ClimateWire, 28 มกราคม) และดาวเทียมตรวจวัดความชื้นในดินใหม่ที่จะเปิดตัวในปลายปีนี้นักวิทยาศาสตร์เช่นฟิชเชอร์จะสามารถติดตามความเครียดชนิดต่างๆในป่าได้ พวกเขาเป็นภัยแล้งหรือสูญเสียความชุ่มชื้นในดินและใช้ภารกิจ OCO-2 เพื่อดูว่ามันมีผลต่อการเจริญเติบโตอย่างไรและพืชดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างไร

“ เมื่อคุณรวมภารกิจเหล่านี้เข้าด้วยกันคุณจะเริ่มอธิบายโลกทั้งใบมากกว่าแค่แง่มุมเดียว” ฟิชเชอร์กล่าว

เสร็จสิ้น 'ธุรกิจที่ไม่เสร็จสมบูรณ์'
ตั้งแต่ภารกิจแรกตกลงไปในมหาสมุทรมีคำถามที่หลีกเลี่ยงไม่ได้: อันนี้จะทำให้มันได้หรือไม่

ในขณะที่มีความเสี่ยงอยู่เสมอ Ralph Basilio ผู้จัดการโครงการหอสังเกตการณ์การโคจรของคาร์บอนแห่งที่สองกล่าวว่ายานยิงจรวดดาวเทียม Delta II มีอัตราความสำเร็จมากกว่า 98 เปอร์เซ็นต์

อารมณ์บาซิลิโอประสบเมื่อหอสังเกตการณ์แรกตกลงไปในทะเลเขาจะไม่ปรารถนาแม้แต่กับศัตรูที่เลวร้ายที่สุดของเขานักวิทยาศาสตร์กล่าว หลังจากการเปิดตัวที่ล้มเหลวเขาก็ตกอยู่ในความสูญเสีย

“ วิศวกรได้รับการฝึกฝนเพื่อแก้ไขปัญหาและเราไม่มีปัญหาในการแก้ปัญหา” เขากล่าว “ เรามีศูนย์และนั่นเป็นช่วงเวลาที่เจ็บปวดสำหรับเรา”

โลโก้ของภารกิจ Obb Observatory Orbiting Carbon Observatory ที่สองดูเหมือนเป็นนกฟีนิกซ์ขึ้นมาเพื่อปกปิดโลก และด้วยค่าใช้จ่ายจำนวน 467.7 ล้านเหรียญสหรัฐและหลายปีในการสร้างก็ไม่มีใครอยากเห็นต้นอินทผลัมนี้ถูกเผาอีกครั้งในไม่ช้า

“ เราทุกคนตื่นเต้นที่ได้มีโอกาสเปิดตัวในวันที่ 1 กรกฎาคม” บาซิลิโอกล่าว “ มันเป็นโอกาสอีกครั้งที่จะเติมเต็มช่องว่างที่อยู่กับเราในช่วงห้าปีที่ผ่านมาเราต้องการที่จะสามารถทำธุรกิจที่ยังไม่เสร็จสมบูรณ์ได้”

พิมพ์ซ้ำจาก Climatewire โดยได้รับอนุญาตจากสำนักพิมพ์สิ่งแวดล้อมและพลังงาน, LLC www.eenews.net, 202-628-6500

แผนที่เครื่องบินอัตโนมัติแผนที่ทะเลน้ำแข็งและรอยหมีขั้วโลกpneumothorax คืออะไร?Mosaic of Lakes and Seas พบที่ Moon Titan ของดาวเสาร์ทำไมสมองทำตามกฎเมื่อน้ำท่วมหมู่เกาะแปซิฟิกมีการอพยพที่ขับเคลื่อนด้วยสภาพอากาศมนุษย์เห็ดในฟาร์มเพาะกายสำหรับต้นไม้นักวิทยาศาสตร์ถอนรากนักฆ่าการฉีดน้ำเสียที่เกิดจากแผ่นดินไหวในโอคลาโฮมา