Uruchomiony w lipcu 2022 r., NASAMisja EMIT na pokładzie Międzynarodowa Stacja Kosmiczna ewoluowało od mapowania minerałów na pustyniach do szerszej roli w naukach o klimacie, rolnictwie i hydrologii.
Obecnie pomaga określić emisję gazów cieplarnianych, mierzyć tempo topnienia pokrywy śnieżnej i oceniać wpływ pyłu na klimat, wspierając liczne nowe projekty badawcze z różnych dziedzin nauki.
Obserwując naszą planetę z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej od lipca 2022 roku, misja NASA EMIT (Earth Surface Mineral Dust Source Investigation) rozpoczyna swój kolejny akt.
Początkowo spektrometr obrazujący był przeznaczony wyłącznie do mapowania minerałów w pustynnych regionach Ziemi, aby pomóc określić wpływ chłodzenia i ogrzewania, jaki pył może mieć na klimat regionalny i globalny. Instrument wkrótce dodał kolejną umiejętność: identyfikowanie źródeł emisji gazów cieplarnianych, w tym składowisk śmieci i infrastruktury opartej na paliwach kopalnych.
Źródło: NASA/JPL-Caltech
Rozszerzenie misji i nowe zastosowania
Po przedłużeniu misji w tym roku EMIT gromadzi obecnie dane z regionów położonych poza pustyniami, poruszając tak różnorodne tematy, jak rolnictwo, hydrologia i nauki o klimacie.
Spektrometry obrazujące, takie jak EMIT, wykrywają światło odbite od Ziemi i rozdzielają światło widzialne i podczerwone na setki pasm długości fali – w zasadzie kolory. Naukowcy wykorzystują wzorce odbicia i absorpcji przy różnych długościach fal, aby określić skład tego, co obserwuje instrument. Podejście to nawiązuje do eksperymentów pryzmowych Izaaka Newtona z 1672 roku, podczas których fizyk odkrył, że światło widzialne składa się z tęczy kolorów.
„Przełomy w optyce, fizyce i chemii doprowadziły do tego, gdzie jesteśmy dzisiaj dzięki temu niesamowitemu instrumentowi, dostarczającemu danych pomocnych w odpowiedzi na palące pytania dotyczące naszej planety” – powiedziała Dana Chadwick, kierownik ds. zastosowań EMIT w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA w południowej Kalifornii.
Nowe projekty badawcze wykorzystujące EMIT
Podczas swojej przedłużonej misji dane EMIT będą przedmiotem 16 nowych projektów w ramach programu NASA Research Opportunities in Space and Earth Science (ROSES), który finansuje badania naukowe na uniwersytetach, w instytucjach badawczych i NASA.
Na przykład US Geological Survey (USGS) i Służba Badań Rolniczych Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA) badają, w jaki sposób EMIT może ocenić praktyki rolnicze przyjazne dla klimatu. Praktyki te – rośliny okrywowe ozime i uprawa konserwująca – obejmują ochronę gruntów uprawnych w sezonach nie wegetacyjnych żywymi roślinami lub martwą materią roślinną, aby zapobiec erozji i zarządzać azotem.
Zarządzanie rolnictwem i środowiskiem
Spektrometry obrazowe są w stanie gromadzić dane na temat rozmieszczenia i cech roślin i materii roślinnej na podstawie wzorców odbijanego przez nie światła. Informacje te mogą pomóc agencjom rolniczym w zachęcaniu rolników do stosowania zrównoważonych praktyk i potencjalnie pomóc rolnikom w zarządzaniu polami.
„Dodajemy więcej dokładność i zmniejszenie błędów w pomiarach, które dostarczamy użytkownikom końcowym” – powiedziała Jyoti Jennewein, fizyk naukowiec z Działu Badań Rolniczych z siedzibą w Fort Collins w Kolorado i współprzewodnicząca projektu.
Projekt USGS-USDA dostarcza także informacji na temat podejść analitycznych dla przyszłej misji NASA w zakresie biologii powierzchni i geologii w widzialnej podczerwieni krótkofalowej. Satelita będzie pokrywał ląd i wybrzeża Ziemi częściej niż EMIT, zapewniając lepszą rozdzielczość przestrzenną.
Zwiększanie szacunków topnienia śniegu
W ramach innego nowego projektu zbadane zostanie, czy dane EMIT mogą pomóc w udoskonaleniu szacunków szybkości topnienia pokrywy śnieżnej. Taka poprawa mogłaby wpłynąć na gospodarkę wodną w stanach takich jak Kalifornia, gdzie woda roztopowa stanowi większość zaopatrzenia w wodę dla rolnictwa.
Spektrometry obrazowe, takie jak EMIT, mierzą albedo śniegu – procent odbijanego przez niego promieniowania słonecznego. To, co nie jest odbite, jest pochłaniane, zatem obserwacje wskazują, ile energii pochłania śnieg, co z kolei pomaga w oszacowaniu szybkości topnienia śniegu. Przyrządy rozpoznają również czynniki wpływające na albedo: wielkość ziaren śniegu, zanieczyszczenie pyłem lub sadzą lub jedno i drugie.
W przypadku tej pracy kluczowa jest zdolność EMIT do pomiaru poza światłem widzialnym. Lód „dość pochłania bliską podczerwień i krótkofalowe fale podczerwone” – powiedział Jeff Dozier z Uniwersytetu Kalifornijskiego, emerytowany profesor w Santa Barbara i główny badacz projektu.
Inne projekty finansowane ze środków ROSES skupiają się na kwitnieniu dzikich kwiatów, fitoplanktonie i dynamice węgla w wodach śródlądowych, różnorodności biologicznej ekosystemów i cechach funkcjonalnych lasów.
Skutki klimatyczne pyłu
Naukowcy z EMIT będą w dalszym ciągu badać wpływ pyłu na klimat. Unoszony w powietrze przez wichury ciemniejszy, wypełniony żelazem pył pochłania ciepło Słońca i ogrzewa otaczające powietrze, podczas gdy jaśniejsze, bogate w glinę cząstki działają odwrotnie. Naukowcy nie są pewni, czy pył unoszący się w powietrzu ma ogólny efekt chłodzenia lub ocieplenia planety. Przed EMIT mogli jedynie przyjmować kolor cząstek w danym regionie.
Misja EMIT „zapewnia nam wyniki o laboratoryjnej jakości wszędzie tam, gdzie potrzebujemy informacji” – powiedziała Natalie Mahowald, zastępca głównego badacza misji i naukowiec zajmujący się systemem Ziemi na Uniwersytecie Cornell w Ithaca w stanie Nowy Jork. Wprowadzając dane do modeli komputerowych systemu Ziemi, Mahowald spodziewa się zbliżyć się do dokładnego określenia wpływu pyłu na klimat w miarę ocieplania się Ziemi.
Wykrywanie gazów cieplarnianych
Misja będzie w dalszym ciągu identyfikować emisję metanu i dwutlenku węgla z punktowych źródeł, gazów cieplarnianych najbardziej odpowiedzialnych za zmiany klimatyczne, a obserwacje są dostępne za pośrednictwem Portal danych EMIT i Amerykańskie Centrum Gazów Cieplarnianych.
Zespół EMIT udoskonala także oprogramowanie, które identyfikuje i mierzy smugi gazów cieplarnianych w danych, a także pracuje nad usprawnieniem tego procesu za pomocą automatyzacji uczenia maszynowego. Dopasowując się do Inicjatywa otwartej nauki NASAdzielą się kodem z organizacjami publicznymi, prywatnymi i non-profit wykonującymi podobną pracę.
„Upublicznienie tej pracy zasadniczo popchnęło naukę o pomiarach emisji ze źródeł punktowych do przodu i rozszerzyło wykorzystanie danych EMIT” – powiedział Andrew Thorpe, specjalista ds. JPL technolog ds. badań kierujący projektem EMIT dotyczącym gazów cieplarnianych.
Więcej o EMIT
Instrument EMIT został opracowany przez Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA, zarządzanym na zlecenie agencji przez Caltech w Pasadenie w Kalifornii. Wysłany na Międzynarodową Stację Kosmiczną w lipcu 2022 r. EMIT odbywa przedłużoną, trzyletnią misję, podczas której wspiera szereg projektów badawczych. Produkty danych EMIT są dostępne pod adresem Centrum aktywnego archiwum rozproszonego procesów lądowych NASA do użytku innych badaczy i ogółu społeczeństwa.
