Szkiełko i oko

Konstelacja satelitarna A-Train jest powszechnie znana wszystkim interesującym się teledetekcją Ziemi z kosmosu. Idea jest prosta: na wspólnej orbicie umieszcza się kilka satelitów, tak że przelatują one jeden za drugim nad danym obszarem, w zdefiniowanym odstępie czasowym. Odstęp ten wynosi od 15 sekund do 8 minut (przy wysokości orbity 700 km przekłada się to na (w przybliżeniu) odpowiednio 4 tysiące km i około 130 km).

Plusem takiego rozwiązania jest możliwość uzyskania informacji o tym samym fragmencie Ziemi, niemal w tym samym czasie, ale poprzez kilka różnych instrumentów, niemożliwych do "zapakowania" na pokład jednego satelity. Do niedawna w skład A Train wchodziły dwa teledetekcyjne "kombajny" - dwa z trzech okrętów flagowych systemu EOS: Aqua i Aura - oraz trzy mniejsze misje: Parasol, Calipso i CloudSat. W gronie tym miał znaleźć się jeszcze satelita OCO do badań dwutlenku węgla, ale jak pisałem jakiś czas miał pecha.

Powyżej: Aktualny (styczeń 2010) stan konstelacji A-Train. Od lewej: Aura, Calipso, CloudSat i Aqua. Rys.: NASA/A.Kotarba.

W rodzinie A Train z końcem ubiegłego roku zaszła mała zmiana. Z konstelacją pożegnał się Parasol, którego orbitalny żywot powoli dobiega końca. Aby pozostać w konstelacji satelity muszą bardzo precyzyjnie kontrolować swoją pozycję, korygować wszelkie odstępstwa od obowiązującej orbity. To wymaga odpalania pokładowych silników, a w konsekwencji zużywanie zapasów paliwa. Gdy paliwo się kończy i dalsza stabilizacja satelity nie jest możliwa, pojawia się ryzyko utraty kontroli nas satelitą - zagrożenie dla całej konstelacji. Z tego względu, po 5 latach wspólnych obserwacji Parasol przeniesiono na orbitę niższa o 4 km, która umożliwia obserwacje wspólne z pozostałymi satelitami już tylko raz na jakiś czas. Miejsce po Parasol się jednak nie zmarnuje. Zajmie je satelita Glory, mający obserwować chemiczne, mikrofizyczne i optyczne właściwości aerozoli (na dzisiaj, start planowany jest w październiku 2010).

Zatem A-Train obecnie to 4 (słownie: cztery) satelity, a nie pięć, jak można przeczytać w niemal wszystkich źródłach internetowych.

Powyżej: Orbiting Carbon Observatory, czyli co by było, gdyby nie stało sie co się stało. Rys. NASA

Niestety, nie wszystkie starty rakiet nośnych z satelitami na pokłdzie kończą się sukcesem. Pół biedy jeśli utracony zostaje satelita telekomunikacyjny, bo tracą na tym miłośnicy TV, dostając zamiast 12634 kanałaów jedynie 12306. Gorzej, gdy utracony zostaje satelita naukowy - przygotowywany przez wiele lat kosztem porównywalnym z kilkunastoma minutami działań wojennych USA na dowolnym froncie. Do listy nieudanych misji można dodać teraz satelitę Orbiting Carbon Observatory (OCO), którego celem były pomiary stężenia atmosferycznego dwutlenku węgla. Szczęsciem w nieszczęściu jet to, że kilka tygodni wczesniej podobnego satelitę umieścili na orbicie Japończycy. Skoro więc Amerykanom sie nie udało, popatrzmy co zdzialali Japończycy. Poniżej mój tekst sprzed kilku tygodni, mówiący o satelice GOSAT/Ibuki.

Bez gzów cieplarnianych i wywoływanego przez nie efektu cieplarnianego Ziemia byłaby skutą lodem, bardzo mroźna planetą. Z drugiej strony, zbyt duża ilość gazów cieplarnianych może spowodować "przegrzanie" atmosfery Błękitnej Planety, którego skutki odczułaby cała biosfera. Nic więc dziwnego, że klimatolodzy z taką uwagą przyglądają się składnikom atmosfery, mozolnie licząc ile więcej lub mniej promieniowania zatrzymuje dany jej element. Od ubiegłego piątku starania klimatologów wesprze japoński satelita Ibuki (po japońsku „oddech”), biorący na celownik dwutlenek węgla i metan - dwa spośród czterech najważniejszych gazów cieplarnianych.

Misja Ibuki ma bardzo ambitne cele. Po pierwsze pomiary mają być dokonywane w około 56 tysiącach punktów, równomiernie rozmieszczonych na całym globie. Współczesna sieć obserwacji naziemnych może zaoferować jedynie około 300 punktów obserwacyjnych, w większości skupionych w Europie, USA i Japonii. Co gorsza, co kraj to obyczaj i wiele z naziemnych stanowisk pomiarowych dysponuje odmiennym instrumentarium, utrudniając porównywanie wyników badań. Takich problemów nie będzie miał Ibuki, obserwujący każde miejsce w identyczny sposób. Charakter orbity pozwoli satelicie powracać nad ten sam teren co trzy dni, dzięki czemu dziesięć razy na miesiąc naukowcy z całego świata będą uzyskiwać mapę globalnego rozkładu dwutlenku węgla i metanu, a to otworzy drzwi do obserwacji dynamiki procesów emisji i pochłaniania tych gazów. Mówiąc obrazowo, dosłownie zobaczymy jak Ziemia dokonuje wdechu i wydechu dwutlenku węgla i metanu, jak nimi oddycha.

Powyżej: GOSAT/Ibuki - nadzieja na globalne pomiary stężęń dwutlenku wegla. Rys. JAXA.

Kolejna zaleta Ibuki to dokładność pomiarów. Choć gazy cieplarniane były już obserwowane z orbity, nigdy z precyzją rzędu 4 ppm (cząstek na miliard), jaką deklarują twórcy japońskiego satelity. Wartość 4 ppm nie jest przypadkowa i odpowiada średniemu rocznemu poziomowi wahań stężenia dwutlenku węgla. By móc wychwycić zmiany z roku na rok, czułość satelity musiała co najmniej zrównać się z tą wartością. Naukowcy z Kraju Kwitnącej Wiśni mają jednak nadzieję, że ostatecznie uda im się osiągnąć dokładność zaledwie jednej cząstki na miliard! Jak widać określanie Japończyków mistrzami precyzji nie jest przypadkowe.

Ciężar szalenie wnikliwych obserwacji musi udźwignąć TANSO-FTS, spektrometr fourierowski rejestrujący promieniowanie podczerwone, którego absorpcja przez dwutlenek węgla i metan powoduje ogrzewanie atmosfery. Instrument pozwoli zmierzyć nie tylko stężenie gazów, ale i ich zmienność w pionowym profilu atmosfery. W celu eliminacji potencjalnych błędów pomiarowych, równolegle z TANSO-FTS będzie pracował TANSO-CAI, sensor rejestrujący położenie chmur i aerozoli, uniemożliwiających poprawne określenie stężenia gazów cieplarnianych. Regularne obserwacje powinny rozpocząć się za kilka tygodni, gdy tylko zakończy się pierwsza części misji, obejmująca „rozruch” i kalibrację instrumentów naukowych.

Nie wykluczone, że Ibuki będzie również spędzał sen z powiek niektórym politykom. Japończycy silnie akcentują bowiem rolę satelity jako strażnika przestrzegania Protokołu z Kioto. Wszelkiego rodzaju próby nieuczciwego rozliczania się z deklaracji redukcji emisji dwutlenku węgla, będą teraz z łatwością wychwytywane - instrumenty Ibuki pokażą czarno na białym, który kraj ile gazu w danym roku wysalał do atmosfery.