واشنطن العاصمة - في 15 سبتمبر 2018 ، أطلقت ناسا القمر الصناعي 2 للجليد والسحابة والأرض. سوف يطلق عليه معظمهم اسم ICESat-2 ، باختصار. كما يوحي اسمه ، فإن هذا المسبار الذي يدور في المدار سيفحص المياه المتجمدة للأرض. لكنها ستتتبع أكثر من ذلك.
تدور حول الأرض على ارتفاع حوالي 500 كيلومتر (310 ميل) ، وتنطلق عبر الفضاء بحوالي 25200 كيلومتر (15660 ميلاً) في الساعة. بهذه السرعة ، يكمل القمر الصناعي مدارًا واحدًا كل 95 دقيقة أو نحو ذلك. يتحرك ICESat-2 على ما يقرب من 1400 مسار فريد على الأرض ، ويجمع البيانات على طول الطريق. يستغرق إكمالها جميعًا 91 يومًا. عند هذه النقطة ، تبدأ الدورة مرة أخرى.
يعمل توماس نيومان في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. باعتباره غلافًا جليديًا عالم (Kry-oh-SFEER-ik) ، يدرس الصفائح الجليدية والأنهار الجليدية. وصف ICESat-2 ومهمته ، هنا ، في ديسمبر 2018. تحدث في اجتماع الخريف للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي في واشنطن العاصمة
على عكس العديد من مجسات ناسا ، يحمل ICESat-2 أداة واحدة فقط - مقياس الارتفاع بالليزر (آل تيم الطور). يطلق أشعة الليزر الخضراء على الأرض. يجمع تلسكوب الجهاز الضوء الذي يرتد للخلف ويقوم الكمبيوتر بمعالجة هذه البيانات.
يسمح الضوء المنعكس للنظام بقياس ارتفاعه أو ارتفاعه فوق السطح. تم تصميم مدار ICESat-2 ليكون ثابتًا. لذلك ، إذا اكتشف مقياس الارتفاع اختلافًا من نقطة إلى أخرى ، فهذا يعني أن هناك تغييرًا في ارتفاع سطح الأرض. وإذا كان هناك تغيير في الارتفاع من زيارة ICESat-2 واحدة إلى أخرى ، فهذا يعني أن السطح قد تحرك لأعلى أو لأسفل خلال الـ 91 يومًا الماضية.
كيف يعمل مقياس الارتفاع
يطلق ICESat-2 ليزره 10000 مرة كل ثانية. قبل أن تغادر نبضة القمر الصناعي ، يتم تقسيم كل ومضة من الضوء الأخضر إلى ستة أشعة منفصلة. (وهذا يعني أن ICESat-2 يُجري 60000 قياس ضخم كل الثانية!) تحتوي كل نبضة ضوئية على حوالي 300 تريليون فوتون . ومع ذلك ، لن يتمكن سوى عشرات أو نحو ذلك من العودة إلى مستشعرات مقياس الارتفاع. ومع ذلك ، يقول نيومان ، هناك الكثير من المعلومات التي يمكن استخلاصها من تلك الفوتونات القليلة التي تعيدها.
بحلول الوقت الذي تصل فيه الحزم إلى الأرض ، ستكون قد انتشرت. ستشكل كل دائرة الآن دائرة يبلغ عرضها حوالي 17 مترًا (56 قدمًا). في اللحظة التي تفصل بين نبضتين ليزر ، ستكون المركبة قد تحركت حوالي 70 سم (2.3 قدم) على طول مسارها. هذا يعني أنه سيكون هناك تداخل كبير بين قياس الليزر والقياس التالي.
في المواقع القطبية ، يمكن استخدام هذه البيانات لتقدير سمك الجليد البحري. وإليك الطريقة:سترتد بعض الفوتونات عن الجليد العائم. في غضون ذلك ، قد يرتد البعض الآخر عن المياه المفتوحة القريبة. تنتقل تلك المنعكسة عن سطح الجليد في مسار أقصر قليلاً. وذلك لأن سطح الجليد يقف أعلى قليلاً من سطح الماء. لذلك ستعود هذه الفوتونات إلى ICESat-2 أسرع قليلاً من تلك التي ترتد عن الماء. نظرًا لأن العلماء يعرفون تمامًا مدى سرعة انتقال الضوء ، فإن الفارق الزمني بين أول صدى وآخر صدى يتيح للباحثين حساب ارتفاع الجليد فوق الماء.
الذوبان الكبير:الصفائح الجليدية للأرض تتعرض للهجوم
في السنوات الأخيرة ، لاحظ العلماء أن الجليد البحري في القطب الشمالي قد تضاءل. كشفت دراسات الأقمار الصناعية الأخرى ، جنبًا إلى جنب مع العمل الميداني ، أن العديد من الأنهار الجليدية والصفائح الجليدية تتضاءل أيضًا. سيتتبع ICESat-2 هذه الاتجاهات بدقة.
يلاحظ نيومان أن مقياس الارتفاع لا يمكنه تتبع التغييرات في كل بقعة على الأرض. على سبيل المثال ، لن يمر بالقرب من حوالي 450 كيلومترًا (280 ميلاً) إلى القطب الشمالي أو الجنوبي. هذا يعني أن هناك بعض النقاط العمياء في قياساته. وحتى تلك المسارات التي يتخذها القمر الصناعي ليست عريضة بما يكفي لتوفير تغطية كاملة لخط العرض الأدنى المواقع.
ولكن هناك فائدة واحدة كبيرة يقدمها ICESat-2:سيبحث هذا المسبار في نفس البقع مرارا وتكرارا. لذلك يمكنه توثيق التغييرات من موسم إلى آخر ومن سنة إلى أخرى ، كما يقول نيومان.
ماذا يحدث على الأرض؟
سيعطي ICESat-2 العلماء فرصة لمراقبة جميع أنواع التضاريس ، حتى البقع غير المغطاة بالجليد. (إذا كنت تتذكر ، فإن جزءًا من الاسم الكامل لـ ICESat-2 يتضمن عبارة "ارتفاع الأرض".) في الواقع ، سوف ترتد الفوتونات من مقياس ارتفاع القمر الصناعي إلى الفضاء من أي شيء على سطح الأرض.
هذا يفتح الكثير من الاحتمالات ، كما تقول لوري ماجرودر. إنها قائدة فريق ICESat-2 وتعمل في جامعة تكساس في أوستن. وقد أوضحت بعضًا من هذه الاحتمالات في اجتماع AGU 2018.
يمكن لـ ICESat-2 مراقبة غابات الأرض ، على سبيل المثال. كما أشارت إلى أن مقياس الارتفاع يمكن أن يقيس ارتفاع الجليد البحري ، فإنه يمكنه قياس ارتفاعات الأشجار. يتطلب الأمر عملاً أكثر قليلاً من قياس الجليد. لماذا ا؟ بعض الفوتونات التي تعود إلى مستشعرات ICESat-2 سترتد مرة أخرى من الفروع الموجودة أعلى الشجرة. البعض الآخر سوف ينعكس من الفروع السفلية. ومع ذلك ، سيكون الآخرون قد نجحوا في العودة من أرض الغابة. يسمح الفارق الزمني بين الفوتونات الأولى التي عادت والفوتونات الأخيرة للباحثين بتقدير ارتفاعات الأشجار داخل كل بقعة ليزر بعرض 17 مترًا. يمكن للباحثين استخدام هذه المعلومات ، إلى جانب البيانات التي جمعها العلماء على الأرض ، لتقدير كمية الكربون المخزنة في تلك الغابات. يأتي الكربون من ثاني أكسيد الكربون (CO) الذي تمتصه الأشجار. يساعد قياس نسبة الكربون في الأشجار علماء المناخ على مراقبة كيفية إزالة غابات ثاني أكسيد الكربون المسببة لارتفاع درجة حرارة الأرض من الهواء وتخزينها بواسطة تلك الأشجار.
إليك شيء أنيق آخر يمكن لـ ICESat-2 القيام به:يمكن لضوء الليزر الأخضر (طول موجة 532 نانومتر) اختراق الماء. إذا لم تكن تلك المياه غائمة أو مليئة بالرواسب المعلقة ، فيمكن أن يصل هذا الضوء إلى أعماق تصل إلى 30 مترًا (98 قدمًا). لذلك يمكن لـ ICESat-2 مراقبة أعماق البحيرات والخزانات. يسمح ذلك للعلماء بقياس كمية المياه التي تحتويها هذه الخزانات.
الشرح:ما هو نموذج الكمبيوتر؟
يعتقد ماجرودر أن مقياس الارتفاع ICESat-2 يمكن استخدامه أيضًا لقياس أعماق المياه الساحلية. هذه الأعماق لا تتغير بسرعة. يمكن للسفن قياسها بدقة أكبر. ومع ذلك ، تشير إلى أن البيانات من ICESat-2 ستوفر مجموعة سلسة من القياسات التي تمتد من المياه الساحلية إلى اليابسة وتتكرر كل ثلاثة أشهر. و ذلك ، كما تقترح ، يمكن أن تساعد في بناء نماذج كمبيوتر لإسقاط ارتفاعات تسونامي في المستقبل أو عرام العواصف بشكل أفضل. وتلاحظ أن هؤلاء يمكن أن يضربوا السواحل أثناء الإعصار أو بعد زلزال كبير في البحر.
