Niebo gwiaździste i satelity nade mną (cz.2)

W poprzednim artykule opisaliśmy Argo, czyli system prawie czterech tysięcy autonomicznych sond, od ponad dwóch dekad profilujących ocean. Dostarczają one danych z głębin o zmianach temperatury, zasolenia, gęstości, prądach morskich, a także rozpuszczonych gazach (tlen, dwutlenek węgla…) i związkach chemicznych (azotany, chlorofil…), dostarczając bezcennej wiedzy o skali i dynamice zmian klimatu. Ale jak właściwie te dane z sondy dostają się na nasze serwery? W tej części skupimy się na części satelitarnej tego projektu, a także na innych projektach obmierzających Ziemię.

Rysunek 1. Programy satelitarne we współpracy Światowej Organizacji Meteorologicznej, źródło: https://www.nesdisia.noaa.gov/globaleocoordination.html

Jeśli po przeczytaniu o Argo zaczęliście szperać za sondami profilującymi, mogliście dość szybko trafić na francuski projekt CORIOLIS, który bazuje na tej samej idei. Tak, CORIOLIS to po prostu francuska kontrybucja do Argo. Ale czytając dalej pojawia się ważniejsza nazwa, bo okazuje się, że CORIOLIS to tylko część większego programu COPERNICUS. Motto „Europe’s eye on Earth” świetnie oddaje ideę tego projektu.

Na co patrzą europejskie oczy?

Program COPERNICUS zajmuje się monitoringiem atmosfery, ekosystemów wodnych, środowiska lądowego, zmian klimatu, a także wspomaganiem zarządzania kryzysowego i bezpieczeństwem. Z orbity po prostu lepiej widać co się dzieje tam, na dole, czy to jeśli chodzi o zmiany poziomu mórz, zakwity glonów, jakość powietrza, czy o występowanie suszy w glebie (odsyłamy do artykułu o pomiarach wilgotności mikrofalami: https://nafalinauki.pl/pomiar-wilgotnosci-gleby-z-odleglosci-685-kilometrow), rozległość pożarów i powodzi, skalę deforestacji i pustynnienia, czy w końcu rozrost miast i migracje ludności.

Za kosmiczne oczy projektu odpowiada Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) oraz częściowo Europejska Organizacja Eksploatacji Satelitów Meteorologicznych (EUMETSAT). Na potrzeby projektu stworzono całą serię misji Sentinel, czyli „wartownik”. W przeciwieństwie do wcześniejszej misji Envisat (od Environmental Satellite z 2002 roku, kontakt z nią urwał się w 2012), która dedykowana była badaniom satelitarnym środowiska głównie na potrzeby naukowe (aczkolwiek była jedną z „misji wspierających” programu Copernicus), seria Sentineli ma charakter przede wszystkim użytkowy. Unia Europejska zainwestowała w program niecałe 8 miliardów euro, a według szacunków do 2030 roku zysk wygenerowany dzięki pozyskanym danym osiągnie 30 miliardów euro. Niezła inwestycja!

Wartownicy na orbicie

Pierwsza konstelacja Sentineli składa się z pary satelitów, Sentinel-1A i Sentinel-1B, wysłanych na orbitę odpowiednio w 2014 i 2016 roku. Mają one na pokładzie radar z syntetyczną aperturą, pracujący z centralną częstotliwością 5,405 GHz (tzw. pasmo C), działający przy każdej pogodzie w dzień i w nocy, dostarczając danych terenowych z rozdzielczością pięciu metrów w pasie okalającym 400km! Sentinel-2 A i B zbierają dane w paśmie optycznym na trzynastu różnych długościach fal, pozwalając dokonywać klasyfikacji lądów (rolniczy? nieużytki? miasto? las? łąka? …?) czy jakości wody. Z kolei Sentinele 3A i 3B monitorują cały szereg parametrów: radiometry pozwalają mierzyć temperaturę mórz i oceanów z dokładnością do 0,3°C, a spektrometry optyczne pracujące w 21 pasmach pozwalają mierzyć poziomy pary wodnej i aerosoli w powietrzu, a nawet wykrywać cyjanobakterie z orbity. Radary pracujące na dwóch częstotliwościach, w pasmach K_u (12-18 GHz) i C, pozwalają mierzyć topografię pokrywy lodowej, rzek i jezior.

Sentinel-4 dopiero zostanie wystrzelony w przyszłym roku, ale dokładniej mówiąc będzie to część innego satelity z serii Meteosat (trzeciej generacji, stąd akronim MTG). Na jego pokładzie znajdzie się spektrometr hiperspektralny, śledzący dynamikę zmian składu i ruchu gazów atmosferycznych, który w zakresie UV-VIS czyli ultrafioletu i widzialnym będzie pracował z rozdzielczością 0,5 nanometra, a w NIR, czyli w zakresie bliskiej podczerwieni, osiągnie 0,12 nm.

Podobnie będzie z Sentinelem-5, też będzie częścią satelity MTG, a póki co nad nami orbituje 5P, z „P” jak prekursor, który osiągnął orbitę w 2017 roku, aby uzupełnić lukę w danych jaka powstała pomiędzy utratą Envisata, a zanim „właściwa” piątka zacznie funkcjonować. Ta misja poświęcona jest pomiarom zanieczyszczenia powietrza oraz gazom cieplarnianym, czyli znów masa spektrometrów. Ostatnim z rodziny obecnych Sentineli jest numer 6, którego część 6A została wystrzelona przez SpaceX w grudniu 2020 roku, a 6B zaplanowana jest na 2025. 6A zwana jest Sentinel-6 Michael Freilichalbo Jason-CS A. Jego celem jest precyzyjny pomiar poziomu mórz, aby kontynuować program Jason-3.

O programie COPERNICUS 2.0, czyli Sentinelach 7-12 pewnie jeszcze napiszemy, ale teraz właśnie zatoczyliśmy wielkie koło z Jazonem i wróciliśmy do systemu Argo. Wspomniany Jazon to po angielsku Jason, ale nie dlatego wybrano tę nazwę, żeby pasowało do Argonautów, ale jest to też akronim od Joint Altimetry Satellite Oceanography Network. Jest to cała seria misji sięgających roku 1992, wtedy jeszcze po nazwą TOPEX-Poseidon, dedykowanych pomiarom topografii oceanów i późniejsze Jason-1 (2001-2013), OSTM/Jason-2(2008-2019), Jason-3 (2016-…) – ten ostatni współpracujący z Sentinelem-6 z programu COPERNICUS.

Link między Argo i satelitami Jason jest symboliczny, oznaczający tylko, że zbierają komplementarne dane na temat oceanu, ale przyznacie, że jest to piękna historia. Oczywiście żaden satelita nie jest w stanie objąć swoim zasięgiem całego globu, ani przestrzennie, ani czasowo, dlatego telekomunikacja sond Argo odbywa się z użyciem trzech różnych systemów satelitarnych: Argos, Beidou i Iridium.

Podsumowując w skrócie – to stąd właśnie wiemy, że poziom morza się podnosi od topnienia lodowców i lądolodów oraz rozszerzalności cieplnej nagrzewających się oceanów, bo od ponad trzydziestu lat mierzymy satelitarnie poziom tego morza. Tak samo jak – z pierwszej części artykułu – wiemy, jaką ilość ciepła pochłaniają oceany, co się dzieje na jakich głębokościach z zasoleniem i jak wpływa to na klimat. Idąc za hasłem projektu „Europe’s eye on Earth” możemy powiedzieć, że mamy naprawdę bardzo dobre oczy, poprzez współpracującą sieć satelitów i niezliczonych detektorów atmosferycznych, naziemnych czy podwodnych. Współczesna technologia, z ogólnoświatowym systemem telekomunikacyjnym na czele, dostarcza nam praktycznie w czasie rzeczywistym danych na temat stanu naszej planety. Problem w tym, żeby w tej metaforze również mózg, jako władza wykonawcza, działał prawidłowo – i na bazie tych danych podejmował słuszne decyzje.

Film o programie Copernicus: