Из космоса миссия НАСА PACE обнаруживает углерод в небе, на суше и в море.

Будь то растения или животные, парниковые газы или дым, атомы углерода существуют в различных соединениях, поскольку они движутся по множеству путей в системе Земли. Вот почему миссия НАСА «Планктон, аэрозоль, облака, экосистема океана» (PACE), запуск которой запланирован на январь 2024 года, была разработана для того, чтобы заглянуть на Землю из космоса и увидеть эти многочисленные формы углерода так, как это не делал ни один другой спутник. цвета, еще не видимые с точки зрения космоса.

«PACE стоит на плечах некоторых гигантов, но предыдущие и нынешние спутники ограничены в том, сколько цветов радуги они могут видеть на самом деле», — сказал Джереми Верделл, научный сотрудник миссии PACE в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте. Мэриленд.

Хотя одной из основных целей миссии является измерение цветов на поверхности океана, на расстоянии 420 миль (676,5 км) между PACE на орбите и уровнем моря находятся части сложной углеродной сети, которую спутник также сможет отслеживать. .

Атмосфера

Судя по местоположению PACE в космосе, одной из ближайших к обнаружению форм углерода могут быть тонкие шлейфы дыма и пепла, поднимающиеся в атмосферу от пожаров. Углерод является ключевым строительным блоком большей части жизни на Земле, включая жизнь растений. При сгорании молекулы растительности на основе углерода превращаются в другие соединения, некоторые из которых превращаются в пепел в этих шлейфах.

Приборы на PACE смогут отслеживать эти дымные облака, а также другие частицы атмосферного аэрозоля, измеряя их характеристики, включая относительное количество дыма в разных местах. Комбинация этих измерений, сделанных двумя сопутствующими поляриметрами PACE, SPEXone и Hyper-Angular Rainbow Polarimeter-2 (HARP2), а также подробные измерения цвета дыма, сделанные прибором Ocean Color Instrument (OCI), также помогут ученым определить, что именно сгорел.

«Каждый инструмент приносит что-то свое», — сказал Энди Сэйер, руководитель проекта PACE по изучению атмосфер в NASA Goddard. «Однако, собрав их все вместе, вы получите больше всего информации». Сэйер также является старшим научным сотрудником Мэрилендского университета округа Балтимор.

Эти измерения помогают ученым лучше понять баланс между поступающей от Солнца энергией и исходящей от Земли энергией, а также то, где она может поглощаться в промежутках между вещами в атмосфере, такими как эти дымовые шлейфы. Даже на местном уровне PACE может предоставить информацию о том, как дым влияет на качество воздуха, воздействуя на сообщества, которые могут находиться вблизи пожаров.

Земля

Вглядываясь сквозь частицы дыма и другие аэрозоли, PACE также может рассказать нам о здоровье наземных растений и деревьев. Даже после разрушительного лесного пожара начинает расти и процветать свежая зеленая растительность. Благодаря большему количеству спектральных диапазонов и цветов с будущего спутника ученые смогут понять, какие виды растений восстанавливаются после пожаров на протяжении многих лет.

«В то время, когда мы сталкиваемся с беспрецедентным изменением климата, мы должны быть в состоянии понять, как глобальная растительность реагирует на окружающую среду», — сказал Фред Хьюмрих, доцент-исследователь Университета Мэриленда, округ Балтимор, и член Команда PACE по науке и приложениям.

PACE сможет отслеживать различные оттенки цветов в растительности, а цвет растений может быть индикатором здоровья. Подобно тому, как комнатные растения начинают желтеть, если их недостаточно поливают, растения по всему миру меняют цвет, испытывая стресс. Здоровые растения поглощают углерод в виде углекислого газа в процессе фотосинтеза, в то время как нездоровые растения, которые не могут завершить фотосинтез, оставляют углекислый газ бродить по атмосфере. Учитывая, что углекислый газ является парниковым газом, эти измерения также играют важную роль в более детальном понимании изменения климата.

Измеряя полный цветовой спектр, PACE будет отслеживать крошечные изменения в пигменте, чтобы определить, как растения реагируют на стрессовые факторы, помогая ученым узнать, используют ли они окружающий углерод или нет. Раньше эти цвета в основном рассматривались при полевых исследованиях конкретных областей. Стрессовые факторы, такие как засухи, были определены с использованием данных о погоде, но охватить большие пространства было сложно.

«Впервые мы действительно сможем наблюдать за изменениями в состоянии здоровья растений по всему миру», — сказал Хьюмрих. «Это значительно улучшит наше понимание того, как функционируют экосистемы и как они реагируют на стресс».

Океан

От растений на суше до организмов в океане, PACE будет рассматривать водные просторы Земли для измерения фитопланктона — буква «Р» в его названии. Обладая способностью измерять широкий спектр цветов, PACE теперь не только сможет видеть больше на поверхности океана, но и поможет ученым различать виды фитопланктона.

«Это похоже на то, что вы рисовали очень грубыми кистями, а теперь у вас есть тонкие, тонкие кисти, которые помогают объяснить гораздо больше в деталях», — сказала Ивона Цетинич, океанограф из Лаборатории экологии океана в НАСА имени Годдарда.

Фитопланктон, мелкие организмы, живущие на поверхности океана, играют решающую роль в пищевой цепи и глобальном круговороте углерода. Каждый тип фитопланктона обеспечивает свой путь в этой обширной паутине маршрутов, по которым может идти углерод, все в зависимости от характеристик планктона. Один путь может привести к тому, что углерод станет пищей для более крупных видов, а другой может привести к тому, что углерод станет отходами, погрузившись глубже в океан.

Ученые, проводящие полевые работы, обнаружили, что виды фитопланктона незначительно различаются по цвету, и идентифицировали этот фитопланктон в небольших масштабах. Способность PACE измерять полный спектр цветов поможет ученым определить разницу между фитопланктоном в глобальном масштабе, увидев больше этих цветов, углубив понимание путей и количества углерода.

Хотя одной из ключевых целей PACE является обзор океана, его линия обзора охватывает также атмосферу и сушу. Благодаря этим обширным наблюдениям и огромному количеству собранных данных PACE дает возможность увидеть, как связаны атмосфера, земля и океан, в том числе сложной паутиной углеродных путей.

«Я воодушевлен этой возможностью для открытий, которые предлагает эта обсерватория», — сказал Верделл. «У меня есть все основания ожидать, что мир совершит великие дела с этими данными».