A Föld Életjeleinek Vizsgálata

Teljes hírlista

<<< Előző hír

Következő hír >>>

2002.05.22

Michael D. King és David D. Herring (Scientific American 2000 április - Eredeti cím: Monitoring Earth's Vital Signs)

Egy új NASA szatellit - az Föld Megfigyelő Rendszer egyik tagja - ötféle művészi pontosságú érzékelővel figyeli és elemzi a bolygó egészségi állapotát

A 705 km magasan keringő, Terra névre hallgató szatellit egy mindent átölelő egészségügyi vizsgálatot végez világunkon. A felhőktől kezdve a növényzeten, jégen és hőmérsékleten keresztül a fényviszonyokig minden befolyással van az éghajlatra, így ezekről gyűjt össze a Terra minden információt minden nap, a teljes bolygót körülkeringve. Amint a buszméretű szerkezet kering a magasban, érzékeny műszerei a föld életjeleit tapogatják le minden régió fölé érve.
Bizonyos környezeti változások a föld jelenkori történelmében soha nem látott sebességgel fordulnak elő. Képzeljük el, hogy milyen hatással lehet, például, az a több száz tűz, amit azért gyújtanak, hogy földterületeket tegyenek földművelésre alkalmassá. Ez a szokás megnégyszereződött az utolsó évszázadban. Ma az emberiség átlag 142.000 km2 őserdőt éget el. A Terra érzékelői képesek megfigyelni a tüzeket és mérni intenzitásukat, míg más érzékelői észlelik a kiégett nyomokat és a füstrészecskék mozgását a légkörben. Egyik érzékelője akár 15m felbontással képes megfigyelni a felszínt, ami lehetővé teszi, hogy akár még parázsló földeket is figyelemmel kísérjen, nehogy a tűz újra fellobbanjon.
A Terra a Föld Megfigyelő Rendszer (FMR), a Nemzeti Repüléstechnika és Űr Kabinet műholdas programjának fontos része, ami közelebb viszi majd a szakértőket, hogy a föld éghajlatában beálló változásokat jobban megjósolhassák - egy rendkívül nehéz feladat, hogy az ember által előidézett időjárási változásokat megkülönböztethessék a természetes éghajlati hatásoktól. Olyan természetes földtani jelenségek, mint vulkánkitörések vagy óceáni áramlatokban bekövetkező változások már földünk 4.5 milliárd éves történelme eleje óta változtatgatják a bolygó felszínét és éghajlatát. Mára tudományos tanulmányok bebizonyították, hogy az ember ezeket a lassú változásokat soha nem látott mértékben felgyorsította.
Rengeteg adat és mérést kell a föld teljes felszínéről összegyűjteni ahhoz, hogy megbízható szimulációkkal meg lehessen jósolni az általunk előidézett klímaváltozásokat. Emiatt mi és FMR-beli kollégáink meghatároztunk 24 faktort, amelyek fő szerepet játszanak a klíma alakulásában. Ezek a kategóriák tartalmazzák a nap és más sugárzások változásait, üvegházhatást elősegítő gázok koncentrációja, hó és jégtakaró vastagsága, felhőzet, növényzet és más felszíni tulajdonságok. A Terra küldetése, hogy ebből a 24 faktorból 16-ot megfigyeljen.
1988-ban a NASA Föld Rendszeri Tudományok Bizottsága kiadott egy tanulmányt, amelyben szorgalmazta egy hosszú-távú stratégia kialakítását, amelyben a föld életjeleit figyelné meg. A bizottság megállapította, hogy az egyetlen kielégítő ilyen hosszú-távú megfigyelő rendszer csakis egy műholdra szerelt érzékelőkből álló hálózat lehet, amelyek az űrből mindent láthatnának. Ezek után indította be a NASA 1991-ben a Föld Megfigyelő Rendszert, aminek megtervezését és 2001 októberéig tervezett véghezvitelét az Amerikai Kongresszus 7,4 milliárd dollárral segített. Csapatunk 1,3 milliárd dollárt fektetett a Terra megépítésébe és fellövésébe, ami jelenleg az FMR flottájának legújabb műholdja.

A távérzékelők legújabb generációja

Terra 1999. december 18-án szelte át a légkört, és a szakértők a NASA Goddard Űrrepülés Központjából irányítják röppályáját és érzékelőit. A Terrán elhelyezett érzékelők nem aktívan pásztázzák a felszínt lézer és röntgensugarak segítségével, hanem inkább mint egy digitális kamera, passzívan nézelődnek.
Kisebb - nap és infra - energianyalábok áttörik a föld légkörét, amelyeket a szenzorok felfognak. Az energianyalábokat a különleges érzékelők osztályozzák, amelyek különböző hosszúságú elektromagnetikus energiahullámokra vannak tervezve. Csakúgy, mint ahogy mi egyszerűen át tudjuk csavarni rádiónkat egy másik csatornára, ugyanúgy a Terra spektroradiométerei is képesek megmutatni a kutatóknak a beérkező különböző hullámú energianyalábokat. Ha a hullámok a vörös, zöld és kék tartományba tartoznak, az emberi szem által értelmezhető színes képet lehet belőlük összeállítani. Ha a mért hullámok már az általunk láthatatlan - infravörös és ultraibolya - tartományba esnek, a tudósok egy látható színt rendelnek hozzájuk, hogy az így keletkezett "hamis" színképet tudják elemezni.
Az FMR küldetéseit a műholdakon kívül még két alapegységre építi: egy számítógépes rendszerre, ami az adatokat tárolja és emberekre, akik elemzik azokat. Jelenleg a projektben már 850 tudós vesz részt mind állami intézményekben és a világ számos tudományos intézetében. A műhold egy rettenetesen nagy számadat sort küld a földre - hetente több tíztrilliónyi byte adatot - amit fel kell dolgozni előbb, hogy értelmezhető legyen. Egy szuperkomputer rendszer, az FMR Adat és Információs Rendszer rágja át magát ezen az adatáradaton. Ezek négy amerikai központba futnak be, amelyek archiválják a Terra méréseit és a munkafolyamatokat szétosztják a civil és tudós szakembereknek.
Ez a szabad információáramlás teljesen különbözik a korábbi műholdas programoknál használt eljárásoktól, amelyeknél csupán a legmagasabb kutató intézmények juthattak csak hozzá az adatokhoz. A Landsat műholdak - az elsőt 1972-ben lőtték fel - egyetlen felvétele több száz vagy akár több ezer dollárba kerülhetnek, míg a Terra akármelyik mérési eredménye hozzáférhető bárki számára, akinek elég nagy gépe van ahhoz, hogy ennyi információt képes legyen értelmezni. A gazdaság több területe lesz képes felhasználni a Terra méréseit. Műholdas térképek készülhetnek, melyek mutatják az óceán nagyobb termékenységét jelölő területeket, amelyek alapján a halászok megtalálhatják a legoptimálisabb halászterületeket. Ugyanígy, megművelt földterületekről készített információk segíthetnek a gazdáknak, hogy megállapítsák, mely területek gazdasági kihasználtsága nem ideális, továbbá megmondhatja, hogy mely földterületek mikor és milyen mennyiségben igényelnek öntözést és trágyázást.

Több szem figyel az égből

A Terrán kívül még három másik FMR műhold is kering felettünk és méri a klíma olyan egyéb jellegzetességeit, mint a légkört érő napsugárzás mennyisége vagy az óceánok feletti légmozgások. Ha ezek a szerkezetek megérik az előre megjósolt élettartamukat, és a Kongresszus továbbra is támogatja az FMR-t, még 15 további műhold fogja követni elődeit, amelyek segítségével egy 15 évet felölelő globális adatbázist tudnak majd létrehozni. Hogy teljesen biztonságos éghajlat-változási előrejelzéseket tudjunk adni, több évtizednyi ilyen adatra lesz szükség.
A Terra és testvérei által befolyó információáram segítségével lehetőség nyílik majd arra, hogy az éghajlatokban bekövetkező miriádnyi változás okait megfejthessük. Ha adatok állnak a rendelkezésünkre, hogy milyen összefüggésben van az egyik helyen kipusztított erdő a másik helyen történő nagyobb felhősödéssel, meg lehet állapítani, hogy a fák kiirtása milyen hatással van a környező vízciklussal. Több érzékelőből befolyó azonos terület mérései segítségével ellenőrizni lehet, hogy mindegyik gép ugyanazt érzékelte-e, és hogy az adatokat helyes színkalibrálással fordították-e le. A tudósok a műholdas adatokat más forrásokból származó mérésekkel is össze fogják vetni, s így a repülőkön, hajókon vagy óceáni mérőbójákon elhelyezett mérőeszközök adatait is tudják ezzel ellenőrizni.
Az éghajlat változásait diagnosztizálni több száz gépórát vesz igénybe. Az első négydimenziós kép a bolygónkról valószínűleg a következő télre lesz kész, és még akár évekbe is telhet, amíg a tudósok be tudják fejezni az első mindent átfogó statisztikai értékelésüket. A föld éghajlatrendszere egy kivételesen bonyolult hálózat, amelyben minden hat minden másra. Amiről e cikkben írtunk, az csupán egy szeletkéje mindannak, amit a Terra projektje el tud végezni. Bizonyos, hogy méréseinek egy része teljesen meg fogja változtatni földünk működéséről alkotott véleményünket, és további terveknek vagy találmányoknak fog alapot szolgáltatni.

Mért életjelek:

Jellegzetességek: Terra érzékelő közül a legerősebb felbontású, egyedül az ASTER-t lehet kijelölt célpontra irányítani.
Érzékelők: Három különböző teleszkópos alrendszer figyeli a látható skálába eső, a infravörös közeli, rövidhullámú infravörös és thermális infravörös energiahullámokat.
Szponzor: Japán Nemzetközi Kereskedelmi és Ipari Minisztérium.
Felbontás: 90-15 méteres részletekig.

A föld felszínéről energia és hőmérséklet szabadul fel, amit az ASTER kivételesen nagy részletességgel képes érzékelni. Ezek az adatok alapvetők a bolygó energiatartalékainak megfigyeléséhez, és később ezek segítségével lehet majd megkülönböztetni a felszínen lévő kőzeteket, növényzetet és talajtípusokat. A mezőgazdaságban a gazdák fel tudják ezeket a részletes felvételeket használni, hogy az általa bemutatott talajközeli hőmérsékletváltozások, felszíni jellegzetességek és talajminőség figyelembe vételével tudják megtervezni gazdaságukat.
Az ASTER folyamatosan figyeli a felszíni tulajdonságokban végbemenő változásokat - olyanokat, mint csökkenő jégtakaró, terjeszkedő sivatagosodás, ritkuló erdők, áradások és tűzvészek - amelyek segítik a kutatókat, hogy különbséget tudjanak tenni a természeti jelenségek és az ember által előidézett változások között. Mivel az ASTER teleszkópjai tetszőlegesen forgathatók akár kitörő vulkánok kürtője vagy egyéb más egyedi jelenségek felé, részletes sztereoszkópikus felvételeket is képes közvetíteni a földre, amely felvételek kiegészíthetik a bolygó felszínéről készülő digitális topografikus térképet. Ezek a képek túlszárnyalják majd az összes Landsat által 1972 óta készített felvételt.

Ezen a Halálvölgyről (Kalifornia) készített 60 km széles sávot átölelő szimulált ASTER felvételen a növényzet és a kőzet nem a valódi színében pompázik. Az egyik érzékelő a thermális infravörös sugarakat figyeli (balra), ami a felszíni kőzeteknek különböző színeket kölcsönöz: a kvarcban gazdag kőzetek vörös színt kapnak, a sólerakódások világos zöldek, stb. A rövidebb hullámhosszú infravörös sugarak és a látható színtartomány ugyanezen a területen mérve (felül) a növényzetet zöld színűnek, a vizet kéknek és a vasban gazdag vulkanikus kőzetet narancsos foltoknak mutatja.

--------------------------------------------------------------------------------

Mért életjelek:

Jellegzetességek: Az első műholdas mérőműszer, ami az atmoszférán belüli sugárzásváltozásokat méri.
Érzékelők: Két szélessávú letapogató radiometer.
Szponzor: NASA Langley Kutató Központ
Felbontás: 20 km

Hogy a föld globális hőmérsékletváltozását meg lehessen határozni és jósolni, részletes adatok kellenek, hogy mennyi sugárzás, meleg és napsugárzás formájában, éri és hagyja el a légkört. Mégis, eddig a tudósok a légkörbe lépő szoláris sugárzás 8%-át nem tudták nyomon követni. A hiányzó energia egyik magyarázata az lehet, hogy a felhőzet és az aerosolok - apró füst és por részecskék - magukba szívnak energiát, amit utána az alsó légköri rétegekben kieresztenek magukból, ahova az eddigi műholdak soha nem "néztek le". Hogy jobban megvizsgálhassák a felhők a föld energiarendszerében játszott szerepét, a CERES (a MODIS-sal összekötve) a korábbi érzékelőknél kétszer nagyobb pontossággal fogja az energiák áramlását vizsgálni mind a felsőbb légrétegekben, mind talajközelben. A CERES szerkezetei a NASA Föld Sugárzás Tartalékok Kísérlet projektjére a80-as években kifejlesztett műholdas érzékelők továbbfejlesztett változatai.

A CERES érzékelői rögzítették az eddigi legnagyobb mért űrbe történő sugárzásleadást a Csendes óceán felett 1998 februárjában. A melegebb vizek, egy El Nino kialakulásának csúcsán, megnövelték a cumulonimus felhők mennyiségét, amelyek így az óceánból és alsó légrétegből felszálló hő nagyobb részét fogták fel (vörös)

--------------------------------------------------------------------------------

Mért életjelek:

Jellegzetességek: Az első műholdas mérőműszer, ami méri és képes visszavezetni a szennyeződéseket a forrásukig.
Érzékelők: Letapogató radiometer ami gáz korrelációs spektroszkópiát használ.
Szponzor: Kanadai Űrintézet
Felbontás: 22 km

Két gáztípus nem kerülheti el a MOPITT érzékelőit, amelyek az alsó légrétegekben mérik a levegő szénmonoxid és metán tartalmát és ezek eloszlását. A metán - üvegházhatást előidéző gáz, amelynek hővisszatartó képessége mintegy 30-szorosa a széndioxidénak - a mocsarakból, állatcsordákból és a tenger mélyén lévő jeges rétegekből kerül, eddig még nem tisztázott arányokban és mennyiségben, a levegőbe. Jelenleg az alsó légréteg metán tartalma évi 1%-kal növekszik. A szénmonoxid, amely gyárak kéményeiből, autók kipufogócsövéből és erdőtüzekből kerül a levegőbe, akadályozza a légkört, hogy megszabaduljon mindenféle káros gázoktól és kémiai anyagoktól. A MOPITT az első műholdas szenzor, ami gáz korrelációs spektroszkópiát használ, aminek következtében meg tudja ezt a két anyagot különböztetni a légkör más alkotóelemeitől, például a széndioxidtól vagy vízpárától. Amint a kiengedett hő és visszavert napenergia beérkezik az érzékelőbe, kis tárolókon megy keresztül, amikben szénmonoxid és metán található, aminek eredményeképpen a szerkezet a reakcióból ki tudja számolni, hogy mennyi káros anyag van az atmoszférában.

Szénmonoxid sűrűsödést mutat Dél-Amerika felett ez a számítógépes szimuláció. A gáz magas koncentrációja (vörös és sárga foltok) a felgyújtott őserdőkből ered, és az egyenlítő felett gyakori keleti szél a Csendes óceán fölé szállítja.

--------------------------------------------------------------------------------

Mért életjelek:
Egyszerre kilenc nézőpont teszi lehetővé, hogy a MISR sztereoszkópikusan mérhesse a felhőzet, aerosolok és a sugárzás közötti összefüggéseket

Jellegzetességek: Sztereoszkópikus felvételeket készít a felhőzetről és füstgomolyokról.
Érzékelők: Kilenc CCD kamera
Szponzor: Jet Propulsion Laboratórium
Felbontás: 1.1 km-től 275 méterig.

Eddig még nem volt a MISR-hez hasonló műhold az égben. Kilenc különböző irányba állított kameráin keresztül a föld napsütötte oldalát fürkészi és a visszavert napsugarakról készít négyszínű (kék, zöld, vörös és közel.infravörös) felvételeket. A különböző szögekben álló kamerákba beérkező információ közötti különbségek alapján meg képes különböztetni a különböző típusú felhőket, aerosolokat és felszíni formációkat. A kutatók a MISR kameráinak felvételeit, ha a sztereoszkópikus technika segítségével összeállítják, egy három dimenziós modellt kaphatnak, ami alapján az aerosolok és füstfelhők keletkezési helyét is meg tudják határozni. A MISR minden kilenc napban képes az egyenlítő felett egy teljes kört megtenni, és segítségével a kutatók remélik, hogy jobban megérthetik a felhők és aerosolok a bolygó energiaháztartásának változásaiban játszott szerepét.

--------------------------------------------------------------------------------

Mért életjelek:

Jellegzetességek: A Terra egyetlen érzékelője, ami két-három naponta a föld teljes területét átnézi.
Érzékelők: Négy érzékelő-hálózat, amelyek vizsgálják a látható fénytartományt és az infravörös tartomány rövidhullámú, középhullámú és thermal részeiben lévő sugárzásokat.
Szponzor: NASA Goddard Space Flight Center.
Felbontás: 1 km-től 250 méterig.

Miután a földfelszínt 36 külön spektrális sávként érzékeli, a MODIS képes a Terra érzékelőiből a legtöbb életjelet egyszerre megfigyelni. Például, az érzékelők képesek naponta mérni, hogy a föld hány százalékát borítja felhőtakaró. Ez a széles sávokra bontott adathalmaz, a MISR és CERES szenzoraival összeállva kiadja a felhőzet szerepét a bolygó energiaháztartásában - ami fontos terület, mivel jelenleg a készülő globális klíma modellben a felhők jelenleg a legismeretlenebb szereplők. Az érzékelőben megtalálható egy egyedülálló csatorna (1.375 mikronra állítva), amely képes érzékelni a cirrus felhőzetet, amely jelenlegi tudásunk szerint sokban segíti a gobális felmelegedést azzal, hogy a felszínről felszálló hőt magában tartja. A MODIS továbbá azt is figyelni fogja, hogy a különböző gázok és aerosolok hogyan keverednek a felhőkkel és változtatják meg azok hőelnyelő és visszaverő tulajdonságait.
Bár a MODIS főleg a felhőzetet figyeli majd, segít abban is, hogy a felszíni változásokat követhessék a kutatók. Az érzékelők mérik, hogy mennyi havat és jeget hoztak a téli viharok és fagy, továbbá figyeli a "zöldhullámot", azaz a tavaszi kizöldellést, amint terjed a kontinenseken. Látja, hogy mikor, hol és milyen természeti katasztrófa súlyt le - olyanok, mint vulkánkitörés, árvizek, viharok, szárazságok és tüzek - továbbá segíthet az embereknek elhárítani a veszélyeket. A MODIS érzékelői kivételesen érzékenyek a tüzekre, meg tudják különböztetni a lángoló tüzet a parázstól, hogy pontosabb eredményeket adhassanak a légkörbe engedett aerosol és gázmennyiségekről.
Az érzékelők ideálisak a bioszférában bekövetkező nagyobb változások megfigyelésére is, s így segíthetnek a kutatóknak jobban megérteni a globális carbon-kör alakulását. Bár jelenleg még nincs olyan műhold, ami képes lenne az atmoszféra széndioxid koncentrációját megfigyelni, a MODIS képes mérni a növények fotoszintetikus aktivitását, aminek segítségével ki lehet számolni, hogy mennyi üvegházhatást erősítő gázokat szívnak magukba. Ezek mellett, a szenzorok a tengeri élővilág tevékenységébe is belekukkantanak, mivel képesek mérni az óceánban élő klorofil fluoreszkáló sugárzását.

A mikroszkopikus tengeri növényekben található klorofil erősen visszaveri a zöld színt (a képen sárga, zöld és vörös), ami segítségével az olyan műholdak, mint például a Sea WiFS, képesek mérni előfordulásukat. A MODIS egy lépéssel előrébb van, mivel a növények fluoreszkálását méri, s így pontos képet kap életfolyamataikról és aktivitásukról.

Forrás: http://bartext.bartexinfo.hu/articles/issue1/IMM0000140.shtml

Teljes hírlista

<<< Előző hír

Következő hír >>>