Супутник NASA OCO-2 святкує десятиріччя дослідження вуглекислого газу.

Протягом останніх десяти років космічна обсерваторія OCO-2 спостерігає за рівнями CO2 з орбіти, що кардинально змінює наше сприйняття кліматичних явищ.

Другого липня 2024 року NASA OCO-2, орбітальна обсерваторія, що займається спостереженням за вуглецем, відзначила десятиріччя з моменту свого запуску. Розроблений в лабораторії реактивного руху NASA, цей супутник став еталоном для вимірювання концентрацій вуглекислого газу з космічного простору і несподівано став важливим інструментом для технологічного, екологічного та навіть економічного розвитку.

Коли концепцію OCO вперше представили, вона не викликала однозначного схвалення. Багато фахівців на той момент виявляли скепсис щодо можливості дистанційного вимірювання CO2 з космосу. На відміну від таких основних складових атмосфери, як азот і кисень, вуглекислий газ є слідовим елементом, чия концентрація часто не перевищує кількох сотень частин на мільйон.

У квітні 2003 року в Каліфорнійському технологічному інституті відбулася перша зустріч команди науковців OCO, яка складалася з невеликої групи дослідників. Їхнє завдання полягало у розробці методу вимірювання вмісту CO2 з космосу за допомогою супутників та інструментів, які на той момент ще не були створені.

OCO-2 був розроблений у рамках програми NASA Earth System Science Pathfinder, що підтримує компактні та економічні місії, здатні надавати значну цінність для досягнення важливих наукових цілей. Цей супутник оснащений високоякісним спектрометром, який здійснює збір даних у трьох вузьких спектральних діапазонах. Два з цих діапазонів фіксують характерний сигнал, який CO2 залишає при поглинанні сонячного світла, тоді як третій виконує аналогічне вимірювання для кисню.

Перший запуск, що відбувся у 2009 році, закінчився невдачею, оскільки ракета-носій зазнала поломки і знищила перший OCO негайно після старту. Тим часом, Японське агентство аерокосмічних досліджень JAXA успішно запустило супутник для моніторингу парникових газів GOSAT у тому ж році, що дозволило команді OCO протестувати та покращити свої підходи.

2 липня 2014 року на території ВПС Ванденберг у Каліфорнії сотні людей розклали свої ковдри на гравійній поверхні, очікуючи на запуск OCO-2. Вів'єн Пейн, яка в той час була науковим керівником проєкту OCO-2, разом зі своєю чотирирічною донькою терпляче чекала на подію. Через технічні затримки запуск перенесли на наступну ніч. О третій годині ранку за часом Тихого океану OCO-2 успішно вирушив у космос, хоча туман завадив спостерігачам насолодитися видимістю польоту.

Після введення в експлуатацію OCO-2 став частиною ретельно скоординованої групи супутників спостереження за Землею, відомої як Afternoon Constellation. Завдяки спільному польоту, ці супутники змогли об'єднати свої дані, що дозволило отримати більш глибокі результати, ніж кожна окрема місія. Дослідники виявили, що OCO-2 здатний не лише вимірювати вміст CO2 у атмосфері, але й виявляти ознаки стану рослинності.

Це відкриття відкрило нові горизонти для багатьох людей, серед яких і Мадлен Фестін, колишня пожежниця з Монтани, яка отримала досвід роботи з даними OCO-2 завдяки стажуванню в програмі DEVELOP. Прилад OCO-2 здатен виявляти слабке світіння, яке рослини випромінюють під час фотосинтезу. Це світіння, відоме як сонячно-індукована флуоресценція, є швидким і чутливим показником стану здоров’я рослин.

Команда Мадлен, що об'єднує зусилля науковців OCO-2 та Лісової служби США, займається модернізацією моделей оцінки ризику виникнення пожеж. Ці моделі, деякі з яких були створені ще в 1980-х роках, тепер доповнюються новими даними про флуоресценцію.

Кароль Брюгге, технолог OCO-2, регулярно їздила до пустелі Невада для калібрування супутника. Команда з JPL часто приєднувалася до гостей з Японії та інших міжнародних колег. Вони несли ручні спектрометри та вимірювали відбиття сонячного світла від поверхні Землі, точно синхронізуючи з моментом проходження супутника над головою.

У 2018 році в Нордвейку, Нідерланди, Девід Крісп запропонував створити команду для складання бюджету CO2 по країнах. Незважаючи на скептицизм колег, його наполегливість зараз приносить плоди. Високоточні вимірювання OCO-2 тепер можуть виявляти CO2, пов'язаний не лише з країнами, але й з великими містами, промисловими зонами та навіть окремими електростанціями.

У 2019 році запустили OCO-3 на Міжнародну космічну станцію, використовуючи запасні частини від OCO-2. Унікальна орбіта дає новий ракурс огляду. OCO-3 також має спеціальний режим сканування, який дозволяє науковцям наближати області інтересу для детального вивчення викидів вуглецю та рослинності.

Отто Ламмінпяя, дослідник у сфері обробки даних з Фінляндії, переїхав до Лос-Анджелеса, щоб працювати в JPL над проектами OCO-2 та OCO-3, саме в той час, коли світ охопила пандемія COVID-19. На північ від Полярного кола в Соданкюля розташований кластер наземних інструментів, що включає польову станцію, яка є частиною мережі спостереження за загальним вуглецевим стовпом. Ці станції виконують роль наземної команди для OCO-2 та OCO-3.

Станція, розташована у Фінляндії, є однією з приблизно 30 аналогічних об'єктів, які розкидані по всьому світу. Особливо важливу роль відіграють станції, розташовані на далекій півночі, оскільки супутники часто стикаються з труднощами у точному вимірюванні рівня CO2 над засніженими територіями. Дослідження, що порівнюють дані OCO-2 з показниками наземних станцій, демонструють високу ступінь узгодженості, з різницею менше 1 частини на мільйон.

Сасваті Дас, постдокторант JPL, переїхала до Лос-Анджелеса в 2022 році працювати над OCO-2. На науковій нараді в Боулдері, Колорадо, представлені дослідження охоплювали різноманітні теми. OCO-2 використовується для розробки ранніх прогнозів посухи. Завдяки здатності виявляти флуоресцентне світіння від фотосинтезу рослин, OCO-2 може передбачати швидкі посухи за три місяці до розгортання екологічного занепаду.

Дані з місій OCO-2 та OCO-3 також слугували для аналізу викидів як з урбанізованих територій, так і з потужних електричних станцій. Ця методологія відкриває нові можливості для моніторингу змін викидів у часі, оминаючи потребу у безперервних наземних спостереженнях. Дослідники інтегрують супутникову інформацію з моделями вітрових потоків та міськими схемами, щоб простежити шлях CO2 до його джерел.

У 2019 році, коли в австралійських лісах розпочалися масштабні пожежі, вчені звернулися до даних супутника OCO-2 для аналізу цієї кризи. Цей супутник зафіксував зростання рівня CO2 в атмосфері, і дослідники використали цю інформацію для більш точного визначення впливу подібних подій на глобальний вуглецевий баланс.

Ханна Мерфі, стажерка програми DEVELOP, планує розпочати магістратуру в коледжі Хантера в Нью-Йорку восени 2025 року. Вона має досвід роботи художником-постановником у Лос-Анджелесі та вивчала мистецтво. Хоча спочатку вона не думала, що займатиметься супутниковими даними, їй стало цікаво, наскільки вони можуть бути візуально привабливими.

OCO-2 та OCO-3 створені для вивчення CO2 та здоров'я рослин, але їхній вплив сягає глибше до зв'язків, які поєднують нашу атмосферу, екосистеми та життя. Ця робота продовжується новим поколінням науковців.