Jak satelity pozwoliły nam lepiej rozumieć zmiany klimatu? Satelity są naszymi uszami i oczami na zmiany, jakie zachodzą na Ziemi. Choć służą także do szpiegowania, bez nich nie wiedzielibyśmy jak bardzo wpływamy na klimat planety.
Od momentu, w którym pierwszy człowiek poleciał w Kosmos, perspektywa, z której patrzymy na Ziemię uległa tak radyklanej zmianie, że trudno porównać ją do jakiegokolwiek innego wydarzenia w historii. Od tysięcy lat, już od zarania cywilizacji patrzymy w niebo. Starożytne cywilizacje widziały na nim bogów, odczytywały z nich przyszłość i przeszłość, arabscy kupcy i holenderscy żeglarze za pomocą gwiazd szukali oddalonego o tysiące kilometrów drogi celu podróży, a współczesny człowiek coraz częściej zadawał sobie pytanie, czy jest w stanie dolecieć do innych planet?
Kiedy po raz pierwszy polecieliśmy w Kosmos perspektywa zmieniła się radykalnie, bowiem do tej pory, przez tysiąclecia patrzyliśmy na “niebo” od dołu. Wreszcie, po latach udało nam się spojrzeć w dół i zobaczyć, że to, co do tej pory nazywaliśmy “niebem” było atmosferą otaczającą planetę – niebieskim płaszczem, który oddziela nas od bezkresnego kosmosu pełnego zimna i ciemności. Z perspektywy orbity niebiskie niebo nie wydaje się już gigantycznym obszarem, którego granice trudno zmierzyć, ale rysuje się bardziej jak cienka warstwa, której tylko niewielki uszczerbek naraziłby nas na globalną klęskę.
Kosmos zmienia perspektywę
Nie bez przyczyny pierwsi astronauci, którzy mieli możliwość zobaczenia Ziemi z innej niż większość ziemian perspektywy, często angażowali się w działanie ruchów ekologicznych i głosili prawdę o niewielkiej niebieskiej planecie zawieszonej w czarnej przestrzeni. Prawdę o tym, że często nie rozumiemy, jak bardzo kruchy jest dom, który posiadamy.
Od czasu pierwszych lotów w Kosmos sporo zmieniło się zarówno w zasobach wiedzy, jakie mamy o Wszechświecie, ale i o samej Ziemi i zmianach, które dzieją się na jej powierzchni, w oceanach czy atmosferze. Eksploracja Kosmosu i badanie procesów na planecie jest bowiem ściśle połączone, a odkrycia dotyczące na przykład zmian klimatu nie byłyby możliwe, gdyby nie sieć naukowych satelitów, które przez lata umieszczaliśmy na orbicie.
Pierwsza taka sonda została umieszczona w 1959 roku. Od tej pory satelity obserwują Ziemię i dostarczają cennych informacji bez których naukowa wiedza o procesach atmosferycznych, geologicznych czy hydrologicznych nie byłaby tak bogata. W 1984 roku Earth Radiation Budget Satelitte dokonał pomiarów emisji paliw kopalnych i jako jeden z pierwszych satelitów pozwolił ocenić jak działalność człowieka w sferze spalania węgla i ropy naftowej wpływa na ziemski klimat.
Jak zbadano ilość CO2?
Bez danych pochodzących z tego urządzenia o wiele trudniej byłoby zrozumieć strukturę i genezę dziury ozonowej, która powstała nad południowym biegunem planety. Jeszcze inna misja – Orbiting Carbon Observatory – pozwoliła na stworzenie pierwszych map stężenia dwutlenku węgla na świecie, a wystrzelona w 2016 roku misja Sentinel-3A za którą odpowiadała Europejska Agencja Kosmiczna, zbadała temperaturę powierzchni morza, a także pomagała w mapowaniu zasięgu występowania lodowców.
„Dwutlenek węgla w atmosferze ma zasadnicze znaczenie dla równowagi energetycznej naszej planety i jest głównym czynnikiem umożliwiającym wyjaśnienie, jak zmienia się klimat na Ziemi” – powiedział o misji Orbiting Carbon Observatory 2 (następcy wspomnianej sondy) Michael Freilich, dyrektor wydziału NASA ds. nauki o Ziemi.
W czasie trwania misji OCO-2 dostarczał najpełniejszych danych dotyczących emisji dwutlenku węgla oraz obszarów pochłaniających go na powierzchni całego globu, takich jak oceany i lasy. Pomiary stężenia CO2 wykonywane przez satelitę OCO-2 były łączone z danymi pochodzącymi ze stacji naziemnych, samolotów oraz innych satelitów.
Aktualnie na różnych orbitach Ziemi znajdują się 162 “satelity klimatyczne”. Jedne z nich są w pełni sprawne, inne “półoperacyjne”, co oznacza, że niektóre z ich czujników przestały działać, ale pozostałe sprawują się bez zarzutu i mimo to wciąż dostarczają dane, które uzupełniają wiedzę o wpływie człowieka na klimat Ziemi.
Wszystkie z tych satelitów można podzielić na dwie grupy w zależności od orbity. Jedne z nich to satelity geostacjonarne, które znajdują się na ściśle ustalonej wysokości 35 786 kilometrów i lecą z prędkością, która pozwala im pozostać nad jednym punktem Ziemi. Druga grupa to satelity na Niskiej Orbicie Okołoziemskiej, których pułap waha się między 400 a 1400 kilometrów.
To rozróżnienie jest o tyle ważne, że poszczególne orbity definiują zadania, jakie stawiane są przed danym satelitą. Orbita geostacjonarna umożliwia satelitom nieprzerwane monitorowanie określonego regionu planety. Sondy na LEO (ang. Low Earth Orbit – Niskiej Orbicie Okołoziemskiej) mogą monitorować różne fragmenty planety, a także atmosfery w zależności od punktu, nad którym się znajdują. Więcej, ich zasięg jest prawie nieograniczony, bo przy odpowiednim ustawieniu w odpowiednim czasie mogą “podglądnąć” każdy skrawek powierzchni lądów lub mórz.
Czy warto wydawać pieniądze na badania Kosmosu?
Satelity badawcze są drogie, ale ich koszt jest uzasadniony. Kontrakt na budowę satelity Sentinel-3A, który został zawarty w 2008 roku (budowa trwała 8 lat!) opiewał na kwotę 305 mln euro.
“Satelity mają znaczącą przewagę nad badaniami terenowymi i są w stanie przekazać dane, których nie udałoby się osiągnąć za pomocą urządzeń na Ziemi. Mają przewagę w ilości danych, której nigdy nie zdoła zniwelować człowiek przy użyciu aparatury na powierzchni. Największym problemem takich badań, który rozwiązywany jest przez satelity, jest zasięg: możemy wiedzieć, co dzieje się na ocenach półkuli południowej, na słabo zaludnionych obszarach świata lub w Arktyce lub na Antarktydzie, gdzie trudno w ogóle prowadzić jakiekolwiek badania” – mówi dr Simon Keogh kierujący zespołem analizującym dane z satelitów naukowych w MetOffice, brytyjskim Biurze Meteorologicznym.
Naukowcy zdają sobie z tego sprawę. Pomiary satelitarne temperatury Ziemi, emisji gazów cieplarnianych, poziomu mórz, smogu czy kurczących się obszarów lodu i stref leśnych mają zasadnicze znaczenie dla jeszcze lepszego zrozumienia zmian klimatycznych i tempa ich działania.
Za pomocą wspomnianej misji Sentinel-3 udało się między innymi prześledzić tempo topienia się lodowców Antarktydy, które skutkuje podnoszeniem się poziomu mórz na świecie. Misja – której celem jest głównie monitorowanie oceanów, wybrzeży oraz kontrolowanie zmian poziomu morza i topografii mórz – pomogła ustalić, że pokrywa lodowa Grenlandii topnieje sześć razy szybciej niż w latach 80. XX wieku.
Podobne zadanie mają satelity NASA o nazwie ASTER, które także wykorzystuje się do śledzenia ubytku pokrywy lodowej. Seria zdjęć, która została wykonana przez urządzenia pozwoliła na mapowanie zmian w czapach polarnych i pokazanie ubytków, jakie z czasem zachodzą w ich strukturze.
Copernicus Sentinel-5P, który został wysłany na orbitę przez Europejską Agencję Kosmiczną w październiku 2017 roku, uważany jest za najbardziej zaawansowane narzędzie do monitorowania zanieczyszczeń. Podzespoły satelity są w stanie śledzić emitowane: tlenek węgla, dwutlenek azotu, ozon i aerozol. Wcześniej, bo w styczniu 2009 r. Japońska Agencja Kosmiczna (JAXA) umieściła na orbicie satelitę GOSAT (Greenhouse Gases Observing Satellite), którego zadaniem była obserwacja procesów cieplarnianych zachodzących na Ziemi. Urządzenie monitoruje 56 tysięcy miejsc na planecie i mierzy gęstość dwutlenku węgla w ich okolicach.
Zdjęcia satelitarne pozwalają również oszacować w jakim stopniu obszary Ziemi, które cechuje wysoka bioróżnorodność (jak na przykład lasy tropikalne Brazylii) zagrożone są przez procesy wylesiania. Dzięki zdjęciom satelitów należących do NASA udało się zbadać proces degradacji leśnej pokrywy lasów deszczowych. Dzięki tym danym wiemy, że stan Rondônia w zachodniej Brazylii, na terenie którego niegdyś znajdowało się 208 000 kilometrów kwadratowych lasów, teraz stał się jedną z najbardziej wylesionych części Amazonii.
Część sond pozwala na analizowanie stopnia zanieczyszczenia oceanów, które prowadzi do zaburzenia bioróżnorodności i zagraża gatunkom zamieszkującym dany rejon. Na zdjęciach satelitarnych widać także, jak dużo plastiku każdego roku dostaje się do oceanów. Dane służą także do oszacowania tempa wymierania rafy koralowej. Około jednej czwartej gatunków w oceanach żyje dzięki istnieniu raf, a tylko w ciągu ostatnich 30 lat ponad połowa koralowców została zniszczona. Według ostrożnych szacunków uczonych, 90% raf koralowych przestanie istnieć w ciągu najbliższych 50 lat.
Dzięki zdjęciom z Kosmosu wiemy, jakie ilości powierzchni planety narażone są na procesy pustynnienia. Według UNCCD (United Nations Convention to Combat Desertification) każdego roku 12 milionów hektarów ziemi uprawnej staje się jałowe z powodu pustynnienia i suszy.
„Jeśli nie możesz tego zmierzyć, nie możesz tym zarządzać”, powiedziała María Fernanda Espinosa Garcés, przewodnicząca Zgromadzenia Ogólnego Narodów Zjednoczonych na COP 24 w Katowicach, podsumowując, jak ważne są satelity do pomiaru zmian klimatu.
Trudno odmówić tej opinii słuszności. Bez wiedzy jaką dają nam dane pochodzące z sond krążących na orbitach nie bylibyśmy w stanie zbierać informacji na temat procesów, które dzieją się na naszej planecie. Dzięki nim możliwe jest przeciwdziałanie skutkom nie tylko ocieplającego się klimatu, ale także lokalnym powodziom, suszom czy innym kataklizmom. Grzechem byłoby nie skorzystać z tej wiedzy.
Tekst: Michał Lewandowski
