اطلاعات تازه ناسا درباره چرخه کربن زمین فاش می‌شود

هدف ماموریت PACE ناسا، افزایش درک ما از چرخه کربن زمین، ذرات آلوده و پلانکتون‌های اقیانوس‌هاست.

با انجام پرواز ماموریت PACE ناسا، عملا یک دهه از توسعه تلاش‌ها در این مسیر به پایان خواهد رسید و نتایج این ماموریت به آغاز دوره جدیدی از علم زمین کمک خواهد کرد.
جرمی وردل، دانشمند پروژه ماموریت ماهواره‌ای PACE در این باره گفت:« این یک اتفاق راهگشاست. در طول بیست و پنج سال حضورم در ناسا، این اولین ماموریتی است که حس می‌کنم که به جای آنکه بدانم که دقیقا چه چیزی به دست خواهیم آورد، می‌توانم رشد کنم. این نه تنها داده‌های جدید زیادی که در حال حاضر در اختیار نداریم را فراهم می‌کند، بله به صورتی موثر درها را به روی بسیاری از اکتشافات جدید باز خواهد کرد.»
PACE به چه معناست؟

PACE در حقیقت مخفف کلمات پلانکتون، آئروسول، ابر (Cloud) و اکوسیستم است؛ همه چیزهایی که در ماموریت جدید این فرصت را برای دانشمندان فراهم می‌کنند تا جزئیات بیشتری نسبت به قبل به دست بیاید. ذرات آلودگی و موجودات کوچک اقیانوسی ممکن است به تنهایی هیجان‌انگیز نباشند ولی برای درک برخی از فرآیندها مثل تغییرات آب و هوایی که در شرایط فعلی کره زمین تاثیرگذارند، مهم و کلیدی خواهند بود.

سه ابزار جدید با تکنولوژی بالا امکان چنین مشاهداتی را برای دانشمندان فراهم می‌کنند.

این ماهواره به دو قطب‌سنج مجهز است که ویژگی‌های خاصی از نور خورشید را در هنگام جهش اشیا یا ذرات موجود در هوا را فراهم می‌کند. این مشاهدات، در آشکارشدن ویژگی‌های خاص ذراتی که نور با آنها برخورد می‌کند، کاربردی هستند و در مشاهده ابرها و ذرات معلق در جو، مثل گرد و غبار، دودهای ناشی از آتش‌سوزی و آلودگی‌های صنعتی مفید هستند.

طبق گفته کرک کنوبلسپیس، دانشمند ناسا که یکی از مدیران این پروژه است، اینها برخی از پیشرفته‌ترین قطب‌سنج‌های موجود در دنیا هستند و هردوی آنها ابزارهایی چند زاویه‌ای هستند؛ بدین معنا که تصاویر را از مجموعه‌ای از دیدگاه‌های مختلف جمع‌آوری کرده و کامل‌ترین تصاویر ممکن را از ابرها و ذراتی که مطالعه برروی آنها انجام می‌شود، ارائه می‌دهند.

در حال حاضر تعداد کمی از ماهواره‌ها، دارای چنین قابلیتی هستند و ابزارهای ماموریت PACE تنها برخی از ابزارهایی هستند که داده‌های عمومی را جمع‌آوری می‌کنند.

ابزار شاخص این ماموریت (که تنها نمونه موجود است که به صورت سفارشی در ناسا ساخته شده)، ابزار رنگی اقیانوسی آن (OCI) است که یک طیف رادیومتر است که طول موج و دامنه نور ساطع شده را اندازه‌گیری می‌کند. به زبان ساده‌تر، این ابزاری است که رنگ‌ها را تشخیص می‌دهد و عملکرد خوبی هم دارد: OCI می‌تواند بیش از ۲۰۰ دسته از اطلاعات رنگی، از طیف فرابنفش را طریق نور مرئی تا مادون قرمز را تشخیص دهد.

این پیشرفت بزرگی در مقایسه با ماموریت‌های قبلی ماهواره‌ای است؛ چرا که در ماموریت‌های قبلی، تنها چند طیف رنگی محدود از آبی، سبز و قرمز مشاهده می‌شد. این توانایی جدید این امکان را برای دانشمندان فراهم می‌کند تا بتوانند بین جوامع مختلف پلانکتون در اقیانوس‌ها تمایز قائل شده و این به آنها بینش جدیدی از اکوسیستم‌های دریا خواهد داد.

آنتونیو مانینو، معاون دانشمند پروژه ماموریت برای اقیانوس‌ها دراین باره گفته:« با در اختیار داشتن طیفی کامل از اطلاعات، ما قادر خواهیم بود تا رنگدانه‌هایی را مورد بررسی قرار دهیم که قبلا چنین امکانی را نداشتیم. تشبیهی که از آن استفاده کرده‌ایم این است که از یک جعبه مدادرنگی ۸ رنگ، به یک جعبه مدادرنگی با ۲۴۸ رنگ می‌رسیم.»
ابرها و اسرار آب و هوا

مشاهدات دقیق‌تر از اقیانوس‌ها و جو، تحقیقات متفاوتی را در برمی‌گیرد که شامل مطالعه درباره مسائل مختلف از شکوفه‌های جلبک‌های سمی گرفته تا کیفیت هوا و همچنین ارتباط بین ابرها و گرمایش زمین خواهد بود.

جوامع پلانکتون‌ها در آب اقیانوس‌ها، شاخص اصلی سلامت دریا هستند. این موجودات کوچک در واقع سنگ‌بنای شبکه غذایی دریایی هستند و اطلاع از اینکه در هر بخش معین از اقیانوس چه گونه‌هایی زندگی می‌کنند، به دانشمندان کمک خواهد کرد تا به پیش‌بینی میزان اکسیژن موجود در آب پرداخته و متوجه شوند که چه گونه‌هایی از ماهی‌ها در آن اطراف پرسه می‌زنند و جمعیتشان به چه ترتیب است؛ اینها اطلاعات ارزشمندی برای صنعت ماهیگیری به شمار می‌رود.

مشاهدات جدید، به علاوه قابلیت هشدار دادن درباره شکوفایی جلبک‌های سمی را خواهد داشت که این جلبک‌ها علاوه بر صنعت ماهیگری و دیگر موجودات دریایی، به جوامع انسانی ساحل نیز آسیب خواهند زد. جامعه پلانکتون‌ها به دانشمندان کمک خواهد کرد تا تخمین بزنند که اقیانوس‌ها چه میزان دی اکسید کربن را از جو جذب می‌کنند. این اطلاعات ارزشمند در پیش‌بینی‌ها در مورد سرعت گرم شدن سیاره زمین در سال‌های آتی بسیار موثر خواهد بود.

PACE در عین حال این امکان را در اختیار محققان قرار می‌دهد تا ذرات معلق در هوا و ابرها در جو را بهتر مشاهده کرده و به برخی از بزرگترین تردیدهای دانشمندان آب و هوا ، پاسخ خواهد داد.

مارک زلینکا، دانشمند جوی در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور که در این پروژه مشارکتی ندارد گفته:« دو تردید بزرگ وجود دارد که ما را از این نظر که آینده آب و هوایی به چه ترتیب خواهد بود، دچار ابهام کرده. یکی از آنها انسان است و دیگری ابرها هستند.»

انواع مختلف ابرها بسته به خصوصیات فیزیکی‌شان مانند اندازه، تعداد و ترکیب قطرات آب می‌توانند باعث خنک یا گرم شدن آب و هوا شوند. درک نحوه شکل‌گیری ابرها و نحوه جابجا شدن آنها در شرایطی که زمین در حال گرم شدن است، گام مهمی برای پیش‌بینی دقیق تغییرات آب و هوایی است.

ذرات معلق در هوا هم ارتباط نزدیکی با تحقیقات ابری دارند. ابرها هنگامی تشکیل می‌شوند که قطرات آب در اطراف ذرات ریز هوا متراکم شده باشند. باید این را در نظر داشت که انواع مختلف ذرات معلق در هوا بر اندازه و فراوانی قطرات آب تاثیرگذارند و باعث تغییر خواص فیزیکی ابرها خواهند شد. اما دانشمندان همچنان سوالات زیادی در مورد نحوه عملکرد این فرآیند فیزیکی دارند.

زلینکا دراین باره گفت:« هنوز مشخص نیست که ذرات معلق در هوا، چگونه و با چه روش‌هایی بر ابرها تاثیر می‌گذارند.» و در ادامه به این نکته اشاره کرد که اینجاست که نقش مهم رصدهای ماهواره‌ای مشخص می‌شود. در اختیار داشتن داده‌های بیشتر به دانشمندان در درک بهتر این فرآیندها کمک خواهد کرد و آنها این داده‌ها را در مدل‌های پیش‌بینی آب و هوای آینده زمین مورد استفاده قرار خواهند داد.

کنوبلسپیس در این رابطه گفت:« ما این توانایی را نداریم که در آزمایشگاه یک کره زمین بسازیم. تنها آزمایشگاه ما، خود کره زمین است ولی ما نمی‌توانیم همه جای زمین را در تمام زمان‌ها ببینیم. در نتیجه داشتن مشاهدات جامع و کامل از زمین به ما کمک خواهد کرد تا مدل‌هایمان را بهتر درک کرده و بهبود ببخشیم و همین در پیش‌بینی اتفاقات آینده بسیار موثر و مفید خواهد بود.»

مشاهدات PACE تصویر بهتری از آلودگی و کیفیت هوا در سراسر جهان را ارائه می‌دهد که اینها اطلاعات مهمی برای مشاهدات دانشمندان و سیاستمدارانی است که به دنبال بهبود شرایط سلامتی انسانها هستند.

وردل در ادامه به این نکته اشاره کرده که هر سه ابزار و مشاهدات آنها به دانشمندان کمک خواهد کرد تا درک کاملی از ارتباط نزدیک بین جو زمین و اقیانوس‌های آن داشته باشند. او ادامه داد:«سهم ما در اینجا، از نظر شرایط جامع آب و هوایی، در کنار درک بهتری از نحوه تعامل ذرات معلق در هوا، اقیانوس‌ها و ابرهاست و در این بین نیم‌نگاهی هم به درک موثر نقش‌های مختلف آنها در گرم شدن جو و در نتیجه آن، گرم شدن اقیانوس‌ها خواهیم داشت.»
استاندارد طلایی

طبق گفته وردل، دانشمندان ناسا برای اولین بار در حدود ۲۰ سال پیش درباره پروژه PACE فکر کرده بودند و ایده آنها، توسعه ماموریتی بود که مکمل دیگر ابتکارات ماهواره‌ای ناسا برای رصد زمین از جمله برنامه طولانی مدت Landset‌، پروژه مشاهده اقیانوس SeaWiFS و ماموریت Aqua که بر چرخه آب زمین متمرکز بود باشد.

به گفته وردل، ناسا رسما در دسامبر ۲۰۱۴ و بعد از یک دهه تفکر، برنامه‌ریزی و انتشار گزارش‌های متفاوت در مورد سیستم‌های بالقوه جدید، به این پروژه چراغ سبز نشان داد. از آن زمان تاکنون، تیم‌های مختلف پروژه به طور کامل مشخصات فنی ماموریت، پیامدهای آن در تحقیقات علمی و در عین حال ارزش آن برای جوامع انسانی عادی، از جمله برنامه‌های کاربردی برای ماهیگیری و نظارت بر کیفیت هوا را تعیین و مشخص کرده‌اند.

البته این پروژه چالش‌های خاص خودش را هم داشته است. طولانی‌ترین تعطیلی تاریخ دولت آمریکا (یک تعطیلی کامل ۳۴ روزه که بین دسامبر ۲۰۱۸ تا ژانویه ۲۰۱۹ بود) باعث شد تا بسیاری از کارکنان ناسا به مرخصی موقت بروند. پس از آن هم شیوع پاندمی کووید ۱۹، تاخیرهای متعددی را در جدول زمانی پرتاب ایجاد کرد تا پرتابی که در ابتدا قرار بود در پائیز ۲۰۲۲ انجام شود برای چندین ماه به تعویق بیفتد.

اما طبق گفته وردل خاطرات خوبی هم وجود داشته‌اند. در ۱۴ نوامبر سال ۲۰۲۳، فضاپیمای PACEاز مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا در مریلند به مرکز فضایی کندی در فلوریدا منتقل شد تا این پروژه وارد مرحله جدیدی شود.در روز چهاردهم نوامبر سال ۲۰۲۳، فضاپیمای PACE از مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا در میرلند به مرکز فضایی کندی در فلوریدا منتقل شد تا این پروژ وارد مرحله جدیدی شود.

وردل در این رابطه ادامه داد: « قرار دادن آن روی کامیون، تماشای رسیدن آن به مرکز جدید، شگفت‌انگیز بود.»

زمانی که ماهواره در مدارش قرار بگیرد، سریعا شروع به جمع‌آوری داده‌ها خواهد کرد. هرچند که ممکن است انجام آزمایش‌های لازم برای کسب اطمینان از اینکه همه چیز درست کار می‌کند، یک تا دو ماه طول بکشد.

وردل گفت:« در پایان شصت روز، دریچه‌ها باز خواهند شد.» طبق گفته او، تمرکز این ماموریت برروی مشارکت ناسا در علوم زمین و آب و هوایی خواهد بود. او ادامه داد:« تا به حال چنین ماموریتی انجام نشده. این یک مطالعه ترکیبی برروی دریا و آسمان است و تحقیقی است که هیچ موسسه دیگری در آمریکا یا کشور دیگری برروی آن کار نمی‌کند. به نظرم این مطالعه استاندارد طلایی دلیل وجود علم زمین ناسا خواهد بود.»