Mere end en carbonkopi:OCO-3 på rumstationen

NASA er klar til at lancere et nyt ruminstrument, der vil bruge udsigtspunktet på den internationale rumstation til at overvåge Jordens kulstofkredsløb. En opfølgning på den stadig aktive OCO-2-mission, OCO-3 vil bringe ikke kun et nyt udsigtspunkt, men også nye teknikker og nye teknologier til NASAs kuldioxidobservationer. Hvorfor lancerer vi et nyt kulstofobservatorium? Læs videre.

Hvorfor kuldioxid?

Kuldioxid (CO ₂ ) naturligt cykler ind og ud af luften fra planter og dyr, havet, og jord, med cyklussen forbliver i balance på lang sigt. CO ₂ tilføjet til atmosfæren af ​​menneskelige aktiviteter i løbet af de sidste 250 år har øget mængden af ​​gas, der forbliver i atmosfæren. Denne ekstra gas fanger varmen gennem drivhuseffekten, resulterer i en opvarmning af klimaet. NASA og andre videnskabelige institutioner holder et vågent øje med denne og andre atmosfæriske ændringer og de måder, Jorden reagerer på dem, løbende søger at forbedre vores observationer. OCO-3 er den seneste tilføjelse til den globale rumbaserede flåde, der observerer denne kritiske drivhusgas. OCO-3 blev bygget ved at tilpasse en dubletversion af OCO-2, oprindeligt bygget som en "flyreserve - en nøjagtig kopi, som en mission bygger i tilfælde af, at der er et problem med det originale instrument. Således vil OCO-3 udvide og forbedre et datasæt, der allerede har bevist sin værdi.

Hvorfor rumstationen?

Rumstationen kredser Jorden mellem 52 grader nord til 52 grader sydlige breddegrader - omkring Londons og Patagoniens breddegrader. Langt de fleste af Jordens byer og landbrugsområder, ansvarlig for det meste af vores planets kulstofabsorption og -emissioner, falder inden for denne zone. Hvor OCO-2's polære kredsløb overtager det hvert sted på nøjagtig samme tidspunkt af dagen, rumstationens kredsløb vil placere OCO-3 over hvert sted på et lidt forskelligt tidspunkt på hver bane. Monteret udvendigt på undersiden af ​​rumstationen, OCO-3 vil indsamle de første observationer fra daggry til skumring af variationer i kuldioxid fra rummet over tropiske og midterste breddegrader, giver et bedre overblik over emissions- og absorptionsprocesser. For eksempel, de store kulstoflagre i den hurtigt skiftende Amazonas regnskov er en kritisk del af Jordens kulstofkredsløb, men når OCO-2 flyver over skoven omkring kl. 13:30, eftermiddagsskyer har normalt bygget sig op, skjule området fra instrumentets visning. OCO-3 vil passere Amazonas på alle tidspunkter af dagen, opfanger langt mere skyfri data.

Hvilken slags instrument er OCO-3?

Det er et spektrometer - faktisk, tre spektrometre, der deler et teleskop. Ligesom radioer indstillet til forskellige stationer, spektrometrene er "tunet" til at observere forskellige sæt af bølgelængder i det elektromagnetiske spektrum. Hver atmosfærisk gas absorberer sollys ved et bestemt sæt bølgelængder, og kuldioxid er ingen undtagelse. To af OCO-3's spektrometre registrerer to sæt bølgelængder, hvor kuldioxidabsorptionen er stærk; den tredje registrerer bølgelængder med stærk absorption af ilt, som forskerne skal bruge for at kunne beregne det samlede antal molekyler i den del af atmosfæren, hvor målingen er foretaget. Ved at kombinere dataene fra de tre spektrometre kan forskere opnå en måling af CO2 så nøjagtig, at den registrerer forskellen mellem, for eksempel, 405 og 406 molekyler af gassen i hver 1 million luftmolekyler.

Kan OCO-3 se andet end kulstof?

OCO-3 observerer en meget svag glød, som planter udsender under fotosyntesen, kaldet solar-induceret fluorescens (SIF). Dette lys er alt for svagt til, at mennesker kan bemærke det under normale omstændigheder, men det er den mest nøjagtige indikator for fotosyntese, der kan måles fra rummet. Når jordens klima ændrer sig, nedbør og temperatur ændrer plantevækst over hele kloden på måder, der kan påvirke verdens fødevaresikkerhed. At forstå præcis, hvornår fotosyntesen sker – hvordan dens sæsonbestemte opstart og nedlukning ændrer sig fjerntliggende steder rundt om i verden – kan hjælpe os med at forberede os på fremtidens udfordringer. OCO-3's SIF-måling vil have samme høje opløsning som OCO-2'er, og det nye instrument vil tilføje en evne til hurtigt at dreje og pege sine sensorer mod tårne ​​på jorden, hvor SIF overvåges lokalt, indsamler data i næsten samme rumlige skala som disse tårne, så dets målinger kan valideres. Fordi fotosyntese er en vigtig del af det globale kulstofkredsløb, SIF-dataene supplerer OCO-3's kuldioxidmålinger.

Hvad er nyt?

OCO-3 vil demonstrere en ny teknik til at måle kulstofemissioner i byer, vulkanudbrud og andre lokale kulstofkilder fra rummet. Oprindelsen af ​​kuldioxid kan være svær at skelne fra satellit, fordi gassen blandes hurtigt og ensartet i luften. For eksempel, vi ved fra globale emissionsdata, at mere end 70 procent af kuldioxidemissionerne fra menneskelige aktiviteter kommer fra byer. OCO-2's kredsløb producerer en lang række målinger, der skærer gennem nogle få byer, men det er stadig en udfordring at indsamle satellitdata nok detaljeret til at skelne mellem en bys egen produktion og CO2, der drev ind i byen på luftstrømme, som måske er blevet udgivet for måneder siden på den anden side af kloden. OCO-3s nye funktion kaldes "snapshot mode". Denne scanningsteknik, muliggjort af instrumentets evne til at dreje og pege hurtigt, producerer et tætvævet tæppe af målinger over et område på omkring 50 gange 50 miles (80 gange 80 kilometer) - omtrent på størrelse med Los Angeles-bassinet.