NASAの新しい宇宙レーザーは地球の消えゆく氷を追跡します

9月15日、NASAは地球から310マイル上空にレーザーを発射し、これまでにない方法で惑星の氷床をスキャンし、これらの凍った風景の標高の変化を鉛筆の幅まで記録します。

NASAの氷、雲、陸の標高衛星-2(ICESat-2)に搭載されているレーザーは、正確にはレーザーパルスあたり300兆個の光子と呼ばれる緑色光の亜原子粒子を地球に浴びせます。衛星は、燃料供給とハードウェアシステムが維持されている限り、91日ごとに1,387のユニークなトラックを飛行しながら、極から極へと地球を調査します。ミッションの終わりまでに、科学者たちは、地球の気温が上昇するにつれて氷が最も速く後退している場所と、それが私たちの将来にとって何を意味するのかを明らかにするのに役立つ多数の新しいデータを期待しています。

ICESat-2は、基本的に、気候と氷の科学者にとってクリスマスが早い時期です。(または、見方によっては数年遅れて、NASAは当初技術的な問題がミッションを後退させる前に2016年に打ち上げを望んでいました。)昨年地球温暖化を示唆し た大統領の後援の下で打ち上げられているという事実これまでのところ、トランプ政権の政治的逆風に対してかなり不浸透性あることが証明され ている機関であるNASAで、暴風雨が精神を弱体化させていないため、現実的ではないかもしれません。

この時点でジッターがある場合は、ローンチの成功を超えています。「毎日恐怖に変動することに興奮のスペクトル上の私の自身の場所は、」トム・ノイマン、ICESat-2とNASAの副プロジェクトの科学者は、Eartherに語りました。

その名前が示すように、ICESat-2は、元のICESatミッション(2003年に打ち上げられ、2009年までデータを収集した衛星)の続編です。

どちらのミッションも、氷の表面の標高を測定することです。そのためには、レーザー高度計に依存します。つまり、地面に光のパルスを発射し、その光の一部が衛星に戻るまでにかかる時間を決定します。その移動時間と衛星の正確な位置およびレーザーのポインティング角度を組み合わせることで、衛星から地面までの距離を計算し、高度を計算するために使用できます。

しかし、ICESatのGeoscience Laser Altimeter System(衛星の宇宙に打ち上げられた最初のレーザー高度計)とICESat-2のAdvanced Topographic Laser Altimeter System(ATLAS)の類似点はここで終わります。後者 は、氷の表面の研究に関しては大きなアップグレードになります。

オリジナルのICESatは、1秒間40回、単一の光線を発射し、地球の表面に沿って約560フィート(170メートル)ごとに高度を測定できるようにしました。ATLASは1秒間に10,000パルスを発射し、レーザー光は機器を出るときに3対のビームに分割されます。ビームのペアは、地上で1.9マイル(3 km)離れています。

より速い発砲は、ICESat-2が28インチごとに高度測定を行うことを意味します—解像度の劇的な増加。 さらに、単一のビームの代わりに3つの間隔を空けたレーザーペアを使用すると、ICESat-2は、衛星が頭上を飛行するときにその軌道の傾斜を測定できます。

最後に、元のICESatミッションは、レーザーの寿命の問題のために1年に約2か月しか稼働しませんでしたが、ICESat-2は一年中測定を行います。NASAのゴダード宇宙飛行センターの氷河学者であるブルックメドレー氏は、アーサー氏に、「私たちがどうしたらよいかを必ずしも知っているよりも多くのデータがあるだろう」と語った。

科学者たちは、これらすべてのデータを、衛星や航空機を介して、または現場でリモートで収集された他の情報と組み合わせて、西南極で最も危険にさらされている氷河を妨げる棚氷の薄化から、東南極の氷の平原の微妙な変化まで、あらゆるものの推定を改善したいと考えています。将来の海面上昇への大きな影響。

ICESat-2は、空中の広がりだけでなく海氷の厚さを測定するために最適化された最初の機器でもあり、氷の年齢と健康状態を知ることができます。タイミングは偶然のようです。ちょうど昨年、科学者たちは、最も古くて最も厚い北極海の海氷が存在すると考えられていた地域のグリーンランドの北で、1回ではなく2回の開放水域の形成を目撃しました。

全体像を超えて、ICESat-2のデータは、より焦点を絞った研究プロジェクトをいくつでも提供します。スクリップス海洋研究所の氷河学教授であるヘレンフリッカーは、元のICESatミッションで発見された100を超える氷底湖(氷床の下に形成される湖)にチェックインすることを楽しみにしています。私たちは、これらの湖を理解し始めたばかりです。これらの湖は、数シーズンにわたっていっぱいになるか、排水され、その下に埋められている氷のダイナミクスに影響を与える可能性があります。

「これらの湖のデータを取得するとすぐに、[元の] ICESatが終了してから、湖が排水されたか、埋められたかがわかるので、非常に興奮しています」とフリッカーはEartherに語り、ICESat-2のビューでは、新しい氷底湖も検出できるはずです。

2014年にアラスカの氷河で撮影された融雪池。

draniダス、コロンビア大学のラモント・ドハティ地球観測所氷河学のアシスタント研究教授、湖の別の種類に興奮しています。彼女は、ICESat-2の緑色のレーザー光を利用して、夏の間に氷床の表面に形成される 融雪池の深さを測定したいと考えています。赤外線を放射する元のICESatミッションは、これにはあまり役に立ちませんでした。

「赤外線は水に吸収されるので、[池]には浸透しません」とDasはEartherに語った。「しかし、緑はできます。それは私が本当に楽しみにしているユニークなことです。」

それから、氷とはまったく関係のないアプリケーションがあります。たとえば、一部の研究者は、この衛星が地球の遠く離れた高緯度の森林について私たちに何を教えてくれるかに興味を持っています。

メリーランド大学カレッジパーク校とNASAゴダードの助教授であるローラダンカンソン氏は、元のICESatミッションは、森林の高さ、天蓋の覆い、バイオマスなど、情報を提供する世界の森林炭素マップの作成に使用される情報を推定するのに役立つとEartherに語った。気候変動モデル。ATLASは、密に覆われた熱帯林に侵入するのに問題があるかもしれませんが、科学者が北アメリカとユーラシアの広大な帯をカバーするより開放的な北方林の森林構造とバイオマスを推定するのに役立つはずです。この秋に国際宇宙ステーションに打ち上げられるもう1つのレーザー高度計ミッションであるGlobalEcosystems DynamicsInvestigation(GEDI)は、森林構造の研究用に最適化されますが、緯度約52度の南北を飛行することはありません。

「ICESat2とGEDIの相乗効果は特にエキサイティングです」とDuncansonはEartherに語った。「GEDIがカバーしないところはどこでも、ICESat2はカバーします。」

ICESat-2の準備への道のりは長く、時には困難なものでした。NASAの監察局が昨年発表したレポートの詳細によると、マネージャーは、ミッションが2012年に開発に入ったとき、ATLASの構築の複雑さを過小評価していました。その結果、NASAは「ミッションのコストとスケジュールを大幅に過小評価」し、最終的に他の機関から資金を引き出しました。報告書によると、地球科学はそれを完成させることを計画しています。

2014年にATLASのプロジェクトマネージャーを引き継いだNASAの機械エンジニアであるDonyaDouglas-Bradshaw氏は、このような機器を開発する際には、予期しない障害が当然のことであると述べています。「何か新しいものを構築しているときはいつでも、挑戦することになります」と彼女はEartherに語った。

しかし、彼女の見解では、このようなミッションが最終的に科学界に提供できるものにとって、課題はそれだけの価値があります。

「科学者が何をしようとしているのか、何を学ぼうとしているのかについて話しているのを聞いて、あなたがこの巨大な楽器のオーケストレーションに参加し、巨大なチームの人々を巻き込んで、それが機能するのを見るのは素晴らしいことです。ダグラス・ブラッドショーは言った。「私たちが成し遂げることができることにただ驚いています。」

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