Земля из космоса: 15 удивительных вещей за 15 лет

В декабре 1999 года NASA запустила спутник, который открыл новую эру в нашей способности видеть, измерять и понимать Землю. Спутник, названный Terra, стартовал в космос 18 декабря 1999 (он был разработан для 5-летней исследовательской миссии, но по-прежнему продолжает собирать бесценные данные о суше, атмосфере и океане). В 2002 и 2004 годах, вслед за Terra стартовали два новых спутника, названные Aqua и Aura. Их часто называют тремя основными спутниками NASA системы наблюдения за поверхностью Земли, которая всерьёз началась с Terra и теперь включает в себя парк из 18 спутников. Они произвели революцию в способности наблюдать нашу планету из космоса.

NASA, а так же и другие космические агентства, запускали спутники для изучения Земли и ранее. Но последние 15 лет произвели более всесторонний взгляд на Землю из космоса, чем любой другой период в истории. В то время, когда наша планета переживает критически важные изменения, этот глобальный взгляд предлагает не только потрясающие снимки, но и жизненно важную информацию о том, как меняется Земля.

Для того, чтобы отпраздновать 15 лет успешной работы системы наблюдения за поверхностью Земли, NASA собрали 15 впечатляющих и интересных изображений, собранных тремя орбитальными спутниками NASA.

1. Blue Marble 2002 (Синий марбл 2002)

Получение полной фотографии Земли из космоса требует непростой последовательности действий. В 1972 году экипаж «Аполлона-17» взял на Луну камеру для того, чтобы получить снимок с полным изображением сферы Земли в поле зрения. В 2002 году ученые NASA и визуализаторы сшили вместе результаты долгих месяцев наблюдений за поверхностью земли, океанами, морским льдом и облаками в истинно-цветную мозаику без всяких швов, используя гиперспектральную систему MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer – сканирующий спектрорадиометр среднего разрешения), — инструмент на борту Terra. Они добавили слой облаков для создания итоговой композиции Blue Marble, которая стала одной из самых знаковых изображений Земли нового века. В 2007 году компания Apple выбрала Blue Marble в качестве фона по умолчанию для iPhone. Версия MODIS Blue Marble в настоящее время используется в качестве базового слоя для многих визуализаций данных NASA Земли.




Западное полушарие Blue Marble, созданное в 2002 году

2. Разрушение шельфового ледника

Горный хребет бежит вверх по позвоночнику Антарктического полуострова, в то время как шельфовые ледники обрамляют его с обеих сторон. С начала 2002 года, на протяжении нескольких месяцев, инструмент MODIS на борту Terra наблюдал один из моментов разрушения и исчезновения шельфовых ледников, давая ученым и миру возможность с высоты птичьего полета наблюдать это драматическое явление. В январе поверхность шельфового ледника Ларсена пошла рябью, стали образовываться скопления воды от таяния льда. В середине февраля, передний край шельфового ледника отступил примерно на шесть миль, и большие айсберги начали откалываться и уплывать далеко в море. 7 марта 2002 года шельф был уже полностью разрушен.



Разрушение шельфового ледника Ларсена в Антарктике, период с 31 января по 13 апреля 2002

3. Озоновые измерения на краю диска

Обнаружение газовых молекул озона, определение их месторасположения в атмосфере требует выхода за край диска Земли. С орбиты, край диска Земли представляется нечетким синим ореолом, который сияет над поверхностью. Инструменты, такие как Microwave Limb Sounder (MLS) на борту спутника Aura позволяют наблюдать край диска Земли. В результате, исследуется вид атмосферы Земли сбоку, вплоть до того, где она прореживается в космос. Эта перспектива позволяет учёным измерять химический состав атмосферы Земли слой за слоем. Важное значение это имеет для мониторинга газов, которые способствуют образованию дыр в озоновом слое и, в отношении оценки воздействия на облака — на изменение климата. С помощью Microwave Limb Sounder впервые были измерены все космические газы, которые участвуют в цикле разрушения озонового слоя, давая учёным первые сведения, с помощью которых можно смоделировать весь процесс разрушения озонового слоя.



MLS измерения низких слоёв стратосферы: температуры и концентрации H2O, O3, ClO, BrO, HCl, OH, HO2, HNO3, HCN и N2O, их воздействия на истощение озонового слоя, трансформации парниковых газов и радиационного воздействия на изменения климата

4. Глобальный цикл растительности

Со спутника можно получить фотографии Земли, показывающие где произрастают деревья и растения. Но данные со спутниковых приборов могут сообщать нам даже больше информации, например, какое количество углекислого газа поглощают растения из атмосферы в процессе фотосинтеза. Гиперспектральные системы MODIS на борту Aqua и Terra измеряют поглощение углерода, что позволяет учёным сравнивать продуктивность растений по всему миру. Анимация показывает этот цикл в течение года, отражая сезонный рост и падение зеленой растительности на планете. Тёмные оттенки зеленого цвета показывают более высокие темпы поглощения углерода.



Один год глобального цикла растительности на Земле. Можно увидеть сезонные колебания в разных частях мира

5. Потепление Арктики

Основная причина снижения уровня летнего морского льда в Арктике — это потеря белой отражающей поверхности, которая отражает энергию солнца обратно в космос. Поэтому лёд тает и обнажает темные воды океана, которые поглощают солнечную энергию, потенциально провоцируя потепление в Арктике, где температура растет в два-три раза быстрее в последние десятилетия, чем где-либо еще на планете. CERES (Clouds and the Earth’s Radiant Energy Systems) – инструмент на борту Terra и Aqua, который продолжает измерять количество солнечной радиации, поглощенное Землёй с 2000 года. В Арктике этот показатель увеличился на 5% — число, которое может показаться не таким большим, если не считать, что скорость поглощения практически не менялась на всей остальной территории земного шара, и ни один другой регион на земле не показал подобных изменений.



Анимация показывает изменение морского льда и поглощения солнечного излучения в летние месяцы в Арктике в период между 2000 и 2014. Синий цвет показывает места, где морской лёд уменьшился; красный цвет показывает места, где поглощения солнечного излучения возросло за последние 15 лет

6. Чистое дыхание в США

Нас может удивить тот факт, что во многих частях Соединенных Штатов качество воздуха улучшилось за последние годы. По мере появления новых автомобилей, ужесточились правила регулирования выбросов на дорогах. В то же время промышленность и электростанции придерживаются жестких ограничений по загрязнению. Некоторые из основных загрязнителей, которые могут вызвать проблемы со здоровьем значительно снизились за последние 15 лет. В последние годы ученые NASA выяснили, как измерить концентрацию одного загрязняющего вещества — диоксида азота, используя инструмент OMI на борту спутника Aura. Смотрите визуализацию, показывающую как качество воздуха в США улучшилось с 2005 по 2011 года.



Загрязнение диоксидом азота с 2005-2011 снизилось на всей территории Соединенных Штатов

7. Горящая планета

Каждый год около трети поверхности суши Земли тронуто огнем. Мы не знали этот факт пока MODIS, инструмент на борту спутников Terra и Aqua, не начал сканировать Землю четыре раза в день для того, чтобы определить каждую огненную точку на планете. За пятнадцать лет с момента создания глобальной пожарной карты, они наблюдали более 40 миллионов активных пожаров. Карта сыграла революционную роль в понимании учеными того, где происходят пожары и как они влияют на экосистемы. Выяснилось, что газ, выпущенный в атмосферу, способствует изменению климата, ухудшению качества воздуха, и это влияет на здоровье человека. В режиме реального времени, пожарная карта является одним из самых востребованных продуктов для борьбы с лесными пожарами в Соединенных Штатах и по всему миру.



Африканских пожары в течение 2006 года (показаны красным цветом)

8. Дымовые шлейфы из космоса

Датчики на борту спутников Terra и Aqua могут не только обнаружить тепло, исходящее от лесных пожаров, а также «вычислить» количество активных пожаров по всему миру в любой момент времени. Они предоставляют снимки активных пожаров и измерения их дымовых шлейфов. Взгляды на пожар из космоса теперь стали обычным явлением, но датчики помимо этого предоставляют ученым реальные данные о том, как далеко дым распространяется от источника, и как высоко поднимается в атмосфере. MISR (Multi-angle Imaging Spectroradiometer) инструмент на борту спутника Terra, сыграл важную роль в получении дополнительной информации о том: как лесной пожар провоцирует шлейфы дыма; как дымовые шлейфы проникают в верхние слои атмосферы; как перья дыма смешиваются с облаками.



Столб дыма от пожара в Калифорнии 23 августа 2013 года

9. Движение морского льда

Aqua был не первым спутником, исследующим морской лёд из космоса. Зато с помощью него впервые были получены высококачественные данные, что позволили учёным увидеть ледяной покров Арктики (плавающий слой морского льда больше, чем вся континентальной часть США) перемещающимся и изменяющимся изо дня в день. Морской лед сжимается летом и расширяется зимой — и каждый день, в течение этого цикла, он принимает различные формы. С помощью инструмента AMSR-E на борту Aqua можно увидеть насколько это красивое зрелище.



Морской лед плавает на поверхности океана, увеличивается и уменьшается в зависимости от сезона. Приведённый период: 4 сентября 2009 – 30 января 2011. Спутниковые наблюдения показывают: общая масса морского льда сократилась за последние 15 лет в связи с изменением климата

10. Колебания количества углекислого газа

Наземные датчики показывают, что в северном полушарии содержание углекислого газа в атмосфере увеличивается и уменьшается в зависимости от времени года. Этот цикл связан с фотосинтетической деятельностью растений, деревьев и фитопланктона. Но без глобального взгляда со спутника, мы никогда бы не увидели картину того, как эти колебания будут выглядеть. Инструмент AIRS на борту Aqua измеряет концентрацию углекислого газа на расстоянии в несколько тысяч футов над поверхностью. И визуализация этих данных даёт представление о том, как именно парниковые газы распространяются по всему миру, и как их концентрация меняется в зависимости от сезона.



Средние годовые данные по углекислому газу показаны желтым цветом (с помощью AIRS); поверх них данные по растительности показаны зеленым цветом (с помощью MODIS)

11. Тайны облаков и аэрозолей

До сих пор не изучено влияние на изменение климата облаков и маленьких взвешенных частиц, называемых аэрозолями. Некоторые облака отражают солнечные лучи, в то время как другие их поглощают. Некоторые аэрозоли рассеивают свет и вызывают охлаждающий эффект, а другие поглощают свет и вызывают эффект нагрева. Аэрозоли могут также рассеивать облака, что еще более усложняет картину. Ученые использовали инструменты MODIS на Terra и Aqua для того, чтобы начать непрерывное долгосрочное наблюдение облаков и аэрозолей, что в конечном итоге поможет научному сообществу лучше понять их тайну. В последние годы были запущены другие спутники NASA (помимо Terra и Aqua) для изучения дополнительных видов облаков и аэрозолей при помощи различных типов инструментов.



Шлейфы пыли из Ирана, Афганистана и Пакистана распространяются на юг через Аравийское море, 28 декабря 2012

12. Топографические карты

Исследователи уже давно продвинулись вперед и нанесли на карту местность неизведанных ранее территорий, делая подробные топографические карты гор, рек, холмов и равнин. Глобальная цифровая модель рельефа (Global Digital Elevation Model), произведённая усовершенствованным спутниковым радиометром теплового излучения и отражения (ASTER — Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer), инструментом на борту Terra, выводит его на совершенно новый уровень. ASTER собирает пары изображений с небольшим смещением земной поверхности. Небольшие смещения изображений дают информацию о глубине и позволяют ученым визуализировать местность Земли в 3D. Первая Глобальная цифровая модель рельефа увидела свет в 2009 году. Она представляла собой сшитые вместе 1,3 млн сцены земной поверхности. Ещё ни разу не удавалось охватить такое большое количество фрагментов. Это была топографическая карта с самым высоким разрешением, которая охватывала 90 процентов поверхности Земли. Ученые используют данные о рельефе чтобы понять, как Земля изменяется с течением времени, особенно от стихийных бедствий, таких как оползни, землетрясения, наводнения и цунами.



NASA и министерство экономики, торговли и промышленности Японии выпустила в свет Глобальную цифровую модель рельефа (Global Digital Elevation Model) 29 июня 2009 года



Лос-Анджелес на севере граничит с цепью гор Сан-Габриэль

13. Танец планктона

Когда крошечные растения в океане начинают цвести, они распространяются на сотни километров. Во всем мире цветение фитопланктона составляет примерно половину от всего фотосинтеза на Земле и являются основными звеном в принятии углерода из атмосферы и передачи его в океан. С цветением фитопланктона огромное количество рыб и морских млекопитающих, питающимся этим видом пищи, собираются в одном месте, и этот факт косвенно поддерживает их популяцию. Ежедневные наблюдения за цветом океана с помощью приборов MODIS на борту спутников Terra и Aqua, резко изменили понимание учеными сложных биологических и физических отношений между фитопланктоном, морскими экосистемами и глобальный углеродным запасом.



Цветение фитопланктона у берегов Исландии, 24 июня 2010 года

14. Отображение угарного газа (окись углерода)

Угарный газ представляет собой загрязняющее вещество без цвета и запаха, образующееся из пожаров, выхлопных труб транспортных средств и других антропогенных источников. Попав в атмосферу, данный загрязнитель способствует образованию смога, иногда за тысячи километров от места исходного возникновения. Окись углерода входит в состав ингредиентов для приземного озона — вредного загрязнителя. На борту Terra имеется инструмент MOPITT для измерения загрязняющих веществ в тропосфере. MOPITT был первым устройством, отслеживающим источники окиси углерода по всему миру. По данным, собранным с приборов MOPITT, AIRS, а так же по данным, собранным с европейских спутников, ученые обнаружили, что выбросы окиси углерода сокращаются в размере 1% в год с 2000 года.



Среднемесячная концентрация в тропосфере окиси углерода на высоте около 12000 футов, в апреле 2000 года (слева) и в апреле 2014 года

15. Восстановление озонового слоя

Монреальский протокол от 1987 года запрещает использование озоноразрушающих веществ. Это был знаковым моментом для международного сообщества, побуждающим собраться вместе и решить серьезную экологическую угрозу. Озоновый слой в стратосфере действует как солнцезащитный крем для Земли, защищая все живое на поверхности от вредного солнечного излучения. Спутниковые измерения стратосферного озона были важны для мониторинга сезонного появления озоновой дыры над Антарктидой. Продолжая измерения, начатые спутниками NOAA, инструмент OMI на спутнике Aura стал свидетелем некоторых признаков, которые сигнализируют, что дыры в озоновом слое находятся на пути к выздоровлению.



Минимальная концентрация озона над Антарктидой с 1979 по 2013 год

Источник: geektimes.ru/post/243429/