נשימה של כדור הארץ נצפתה בלוויין

נאס"א תעשה ניסיון נוסף להכניס את מצפה הכוכבים המקיף לחלל כדי לענות על שאלות אודות ההתחממות הגלובלית.

בבוקר חורף מוקדם אחד צפה דייוויד קריסף בחלומו משגר לחלל החיצון.

הוא היה בהמראה של לוויין נאס"א חדש שהגה, משימה שנקראת מצפה הכוכבים מסלולית, שתעקוב אחר פחמן דו חמצני מהחלל. קריספ, מדען בכיר במעבדת הנעת הסילון של נאס"א בקליפורניה, עבד על הפרויקט במשך תשע שנים.

כשהטיל שנשא את הלוויין עזב את בסיס חיל האוויר ונדנברג שבדרום קליפורניה ונורה לשמיים, החוקר וצוות המדע שלו עקבו אחר דרכו.

"הכל עבר בצורה מושלמת לחלוטין בשלוש הדקות וה 42 השניות הראשונות," אמר קריספ. "ואז הכל השתבש.".

הרקטה שנשאה את הלוויין לא הצליחה להשיל חלק מסוים שהגן על הלוויין במהלך השיגור והיה כבד מכדי להגיע למסלול. קריספ וצוותו צפו באימה כיצד משימתם התרסקה לאוקיאנוס השקט, אי שם ליד אנטארקטיקה. זה היה 29 בפברואר 2009.

"זה לא היה היום הכי טוב שלי," אמר קריספ. החוקר דן כעת ברגע ההרסני בדיוק רגוע של מדען.

אך מאז שהגה את הפרויקט לראשונה לפני כמעט 15 שנה, הוא ומדענים אחרים חיכו בקוצר רוח להזדמנות להשתמש בלוויין זה כדי לעקוב אחר הכמויות העצומות יותר ויותר של פחמן דו-חמצני שפולטו בני האדם. מידע כזה יכול לשמש בסיס למעקב אחר פליטות אם אי פעם אושר חוזה אקלים עולמי.

כישלון השיגור הביא לכך שככל שהשאלה מאיפה מגיע הפחמן הדו-חמצני ומה בדיוק הספוג זה הפכה לחשובה יותר ויותר, המכשיר שעשוי היה לענות על שאלות אלה היה אי שם בקרקעית האוקיאנוס.

מפקחי נאס"א של קריספ אמרו לו לא לוותר, כי המצפה הפחמן המקיף יכול לקבל הזדמנות שנייה. זה לקח זמן, אך בסופו של דבר אושרה ומומנה המצפה השני המקיף פחמן מסלולית - שנקרא כיום OCO-2. אם הכל ילך כמתוכנן, זה ייקח לשמיים ב -1 ביולי.

זמן קצר לאחר מכן, המצפה יתחיל במשימתו העיקרית: פתרון תעלומת הפחמן החסר.

לאן פחמן דו חמצני הולך עדיין שאלה פתוחה

בשנים שחלפו מאז הציע קריספ את מצפה הפחמן במקור, רמות ממוצעות של פחמן דו חמצני אטמוספרי עלו מכ- 365 חלקים למיליון לכמעט 400 עמודים לדקה, שלא נצפו בהיסטוריה האחרונה של כדור הארץ.

כ -40 מיליארד טונות של פחמן דו חמצני משוחררים לאטמוספירה מדי שנה כתוצאה מפעילות אנושית - כ -5.5 טון לאדם בכדור הארץ.

בהתבסס על נתון זה, מדענים העריכו שכמות ה- CO2 באטמוספירה צריכה לעלות בכ -1 אחוז בשנה.

"זה לא," אמר קריספ. זה גדל במחצית מזה, או 0.5 אחוזים בשנה.

אז לאן שאר הפחמן הדו-חמצני הולך? זו השאלה ש- OCO-2 מנסה לענות עליה.

מדענים גילו שכמחצית מ- CO2 החסר, או רבע מהסך הכל, הולך לאוקיאנוס. אבל מדוע יחס זה נשאר קבוע, כשהאוקיאנוס תמיד סופג מספיק מדי שנה בכדי שווה למחצית מהכמות ההולכת וגוברת של בני אדם, זה עדיין בגדר תעלומה.

באשר למה שקורה לשאר חסרי הפחמן הדו-חמצני, המדענים מניחים שהוא נלקח על ידי יערות ואדמה. עם זאת, אילו יערות מבצעים את ההרמה הכבדה היא עדיין שאלה פתוחה.

"משהו באוקיאנוס או בביוספרה היבשתית סופג מחצית מפחמן הדו-חמצני שפולטנו", אמר קריספ.

כאשר העולם מתחמם ויותר CO2 נשאב לאטמוספרה, מדענים צריכים להבין לאן פחמן הולך כדי לחזות מה עשוי להשתנות בעתיד, אמרה אנמרי אלדרינג, סגנית מדען הפרויקט של המשימה החדשה של מצפה הפחמן.

"תפקידם של הטרופיים הוא שאלה גדולה. יש אנשים שחושבים שהטרופיים אחראיים לתפוס את כל הפחמן הזה כרגע, ואנשים אחרים חושבים שזה באמת [היערות הבוריאליים בצפון]," אמרה.

הבנה זו יכולה לעזור לאנשים לקבל החלטות כיצד להיאבק גם בשינויי אקלים. אם מדענים לומדים כי יערות טרופיים תופסים את רוב הפחמן הדו חמצני, ניתן לנקוט בפעולות נוספות כדי להגן עליהם או להחזירם. אם למעשה מדובר ביערות בוריליים גבוהים באזור הארקטי, העדיפות יכולה להגיע לשימורם.

הלוויין מסייע בפרויקט זה על ידי מדידות מדויקות מאוד של כמות הפחמן הדו חמצני באטמוספירה. OCO-2 יאסוף "במיליון נקודות ביום", אמר אלדרינג. זה צריך לקחת כל כך הרבה כי רק 10 עד 20 אחוז מהדגימות הללו יביאו להערכות מדויקות של פחמן דו חמצני אטמוספרי.

היתרון העיקרי של המדידות מבוססות החלל הוא הכיסוי והרזולוציה שלהן.

"אנו ניצור את המערך השלם והצפוף הזה של מדידות CO2 ברחבי העולם," אמרה.

המדענים ישתמשו במדידות אלה כדי לחשב את ריכוזי הפחמן הדו חמצני באטמוספירה. אלה מושווים למדידות אמת קרקעיות מעל פני האדמה, כדי לוודא שהן מדויקות.

בעוד שמדעני נאס"א ואחרים ממתינים בקוצר רוח להשקת ה- OCO-2, לוויין קודם ששוגר בשנת 2009 על ידי קונסורציום של שותפים יפניים, כולל הסוכנות היפנית לחקר החלל (JAXA), המשרד לאיכות הסביבה והמכון הלאומי לחקר הסביבה. נתנה להם את האפשרות לעבוד עם נתונים דומים, אם מוגבלים יותר.

הלוויין היפני נקרא לווין תצפית חממות, המכונה גם GOSAT. מתוך עד 10,000 מדידות שחיישני GOSAT יכולים לאסוף מדי יום, כ -1,000 מהם חסרי ענן מספיק כדי להניב הערכות מדויקות של פחמן דו חמצני ומתאן, גז חממה חזק נוסף.

בעבודה עם צוות GOSAT היפני, מדענים של נאס"א למדו הרבה על אופן מדידת גזי החממה מהחלל.

אך שימושי ככל שהיה GOSAT, הוא אינו מספק את המידע הדרוש לכימות מקורות פליטה, או כדי לפתור את השאלה הגדולה שחוקרים כמו Crisp, Eldering ומדעני אקלים אחרים מחפשים: זיהוי התהליכים הטבעיים האחראים לקליטת המחצית החסרה של פחמן דו חמצני הנפלט לאטמוספרה.

לשם כך, מדענים זקוקים לרגישות, רזולוציה וכיסוי רבים יותר של העולם.

זה מה ש- OCO-2 עושה. הוא אוסף פי 96 יותר מדידות מ- GOSAT, וכל מדידת OCO-2 רגישה יותר לשינויים קטנים בפחמן הדו-חמצני, במיוחד על פני משטחים כהים.

מכיוון שכך, הלוויין החדש צפוי לספק נתונים שימושיים הרבה יותר באזורים מעוננים חלקית, כמו יערות הגשם הטרופיים הללו, מעל האוקיאנוס או ביערות צפוניים גבוהים.

"הייתי קצת פנאט עם דיוק וצפיפות מדידה", מודה קריספ.

מדד 'רגיש להפליא' מהחלל

למרות שמשימתו של OCO-2 היא למדוד מהיכן מגיע הפחמן הדו-חמצני ולאן הוא הולך, הוא אינו מודד ישירות את שני הערכים הללו.

במקום זאת, הוא משתמש בעוצמת אור השמש המשתקף מעל פני כדור הארץ כדי לקבוע את ריכוז מולקולות הפחמן הדו-חמצני במיקומים שהוא מודד, ואז משתמש במודלים כדי להבין אילו מקומות, כמו ערים או תחנות כוח, הם מקורות לפחמן דו חמצני, ואילו, כמו יערות או אוקיינוס, סופגים אותו.

מכיוון ששיטת מדידה זו תלויה ב"ראייה "אל פני כדור הארץ, לפעמים עננים או טופוגרפיה מחוספסת כמו הרים יכולים להפריע. זו הסיבה שהוא זקוק לכמות מדידות כה צפופה כדי לעזור להתגבר על הבעיה.

ולמרות שפעילות אנושית משחררת הרבה פחמן דו חמצני לאטמוספרה, כדי לגלות זאת מהחלל, המכשיר צריך להיות "רגיש להפליא", אמר קריספ.

לדוגמא, כדי לראות את טביעת הרגל הפחמנית של לוס אנג'לס, אמר, "עלינו לזהות שינוי של 10 אחוז באורם של צבעים מסוימים של אור שמש המוחזר. עד כמה עלינו לכייל את המכשיר הזה."

לכן, לאחר שיגור הלוויין, ייקח כמה חודשים להכניס אותו למסלול הנכון ולכייל את המכשירים שלו, כאשר המדענים עובדים על אימות המדידות שלו מהחלל עם תחנות אחרות המודדות פחמן דו חמצני אטמוספרי מהקרקע.

מדידת בונוס לוכדת את בריאות הצומח

בשנים שבין אובדן המצפה הפחמן המקורי ל- OCO-2, מדענים הבינו גם כי למשימה יש תועלת צדדית - אחד המכשירים שלה מסוגל למדוד אם צמחים צומחים.

הלוויין יכול למדוד מאפיין הנקרא פלואורסצנטי, שהוא אות אור שמופעל על ידי צמחים הגדלים. לא ניתן לראות את זה בעין האנושית, אך כל עוד צמח הוא פוטוסינתזה, הוא גם משחרר מעט אור, או פלואורסצנטי.

מדידה זו מאפשרת לחוקרים להבין כיצד יערות גדולים, התופסים כמויות אדירות של פחמן דו חמצני ומשחררים חמצן, מגיבים לבצורת בעוצמה משתנה, אמר ג'ושוע פישר, מדען במעבדת הנעת הסילון של נאס"א. מדידה זו יכולה גם לעזור לחקלאים לראות בצורת בגידולים.

מודלים רבים של אקלים עולמי צופים שחלקים מיערות הגשם באמזונס עלולים למות עם התגברות הבצורת בעתיד. מכיוון שהיער המסיבי הזה תופס הרבה פחמן דו חמצני ומשחרר הרבה חמצן, זה "קצת מדאיג", אמר פישר.

במקור, מדידת פלואורסצנטית זו הייתה אמורה להיות תיקון למדידות האחרות שהלוויין מבצע. אך אז הבינו מדענים שניתן להשתמש בו גם באופן עצמאי למדידת בריאות הצומח.

לוויינים אחרים המשמשים באופן מסורתי לניטור פעילות הצמחים משתמשים לעתים קרובות במדידה הנקראת ירקרקות, וזה בדיוק מה שזה נשמע - הם רואים שינויים בצבעים של צמחים מהחלל. אבל בדיוק כמו פרחים חתוכים באגרטל, צמחים יכולים להיות ירוקים וגם להיות מתים, מסביר פישר ומדענים לעיתים קרובות לא ידעו זאת עד מאוחר מדי.

לעומת זאת, אות הקרינה מגיע רק מגידול צמחים, מה שמעניק לחוקרים את היכולת לראות אם צמחים צומחים או שהם לחוצים.

בשילוב עם לוויין נאס"א אחר שהושק לאחרונה, מדידת המשקעים הגלובלית (ClimateWire, 28 בינואר), ולוויין חדש למדידת לחות קרקע שישוגר בהמשך השנה, מדענים כמו פישר יוכלו לעקוב אחר סוגים שונים של לחץ ביערות, בין אם הם בצורת או אובדן לחות אדמה, והשתמשו במשימת ה- OCO-2 כדי לראות כיצד זה משפיע על הצמיחה ואיך צמחים סופגים פחמן דו חמצני.

"כשאתה מחבר את המשימות האלה יחד, אתה באמת מתחיל לתאר את כל כדור הארץ ולא רק היבט אחד שלו," אמר פישר.

השלמת 'עסק לא גמור'

מאז שהמשימה הראשונה נפלה לאוקיאנוס, הייתה השאלה הבלתי נמנעת: האם זו תצליח?

בעוד שיש תמיד סיכון מסוים, ראלף בסיליו, מנהל הפרויקט של המצפה השני במסלול הפחמן המקיף, אמר כי רכב השיגור של הלוויין הזה, רקטת דלתא II, משיג הצלחה טובה יותר מ- 98 אחוזים.

הרגשות שחווה בזיליו כאשר המצפה הראשון נפל לים הוא לא היה מאחל אפילו לאויבו הגרוע ביותר, אמר המדען. לאחר השיגור הכושל, הוא היה אובד עצות.

"מהנדס מאומן לפתור בעיות. ולא הייתה לנו בעיה לפתור," אמר. "היה לנו אפס. וזה היה רגע מכאיב מאוד עבורנו.".

הלוגו למשימה השנייה של מצפה הכוכבים המסתובב נראה כמו עוף החול, העולה לכיסוי הגלובוס. ובעלות של חיסול עסק לא גמור זה. ".