Менее чем через три месяца после начала миссии спутник НАСА для наблюдения за льдом, облаками и сушей-2, или ICESat-2, уже превзошел ожидания ученых. Спутник измеряет высоту морского льда с точностью до дюйма, отслеживает рельеф ранее не нанесенных на карту антарктических долин, исследует удаленные ледяные щиты и всматривается сквозь полог леса и мелкие прибрежные воды.
С каждым проходом спутника ICESat-2 миссия пополняет наборы данных, отслеживающих быстро меняющийся лед на Земле. Исследователи готовы использовать эту информацию для изучения повышения уровня моря в результате таяния ледяных щитов и ледников, а также для улучшения прогнозов морского льда и климата.
«ICESat-2 станет фантастическим инструментом для исследований и открытий, как для криосферных наук, так и для других дисциплин», - сказал Том Нойманн, научный сотрудник проекта ICESat-2 в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
Нойманн и другие сотрудники научной группы ICESat-2 поделились первым взглядом на результаты исследования спутника на ежегодном собрании Американского геофизического союза во вторник в Вашингтоне, округ Колумбия
Заполнение пробелов
На топографических картах Трансантарктических гор, разделяющих Восточную и Западную Антарктиду, есть места, которые другие спутники просто не видят. Некоторые инструменты не вращаются так далеко на юге, другие улавливают только крупные детали или самые высокие точки и поэтому пропускают второстепенные пики и долины. С первым запуском ICESat-2 ученые начали заполнять эти детали.
«Это захватывающая местность», - сказал Бенджамин Смит, гляциолог из Вашингтонского университета в Сиэтле и член научной группы ICESat-2.«Мы можем измерять склоны с крутизной более 45 градусов, а может быть, даже больше, на всем протяжении этого горного хребта».
Поскольку ICESat-2 движется по орбите над Антарктическим ледяным щитом, отраженные фотоны отражаются от поверхности и показывают высокие ледяные плато, трещины во льду глубиной 65 футов (20 метров) и острые края шельфовых ледников, уходящие в океан. Эти первые измерения могут помочь заполнить пробелы в картах Антарктики, сказал Смит, но ключевая научная часть миссии ICESat-2 еще впереди. По мере того, как исследователи уточняют информацию о том, куда указывает инструмент, они могут начать измерять подъем или падение ледяных щитов и ледников.
«Очень скоро у нас будут измерения, которые мы сможем сравнить с более ранними измерениями высоты поверхности», - сказал Смит. «И после того, как спутник проработает год, мы сможем наблюдать, как ледяные щиты меняются в зависимости от времени года».
На тонком льду
Когда морской лед впервые образуется в полярных океанах, до того, как на него упадет снег и ветер разобьёт его о другие льдины, он тонкий, плоский и гладкий. Это делает его хорошим местом для проверки точности данных ICESat-2, поскольку все длинные участки должны быть примерно одинаковой высоты, - сказал Рон Квок, исследователь морского льда из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния.
Пока? «Данные впечатляют, - сказал Квок. «Свежий лед абсолютно плоский с точностью до пары сантиметров».
В первые месяцы данные ICESat-2, собранные над арктическим и антарктическим морским льдом, показывают тонкий лед, толстый лед и такие особенности, как ледяные торосы. Области открытой воды в трещинах между льдинами, называемые отводами, выделяются в данных из-за разницы в отражательной способности льда и воды. Сравнивая высоту этой водной поверхности с высотой льда, ученые оценивают надводный борт и толщину льда. Благодаря высокой точности ICESat-2, а также шести лучам спутника, одновременно принимающим данные, исследователи получат беспрецедентное представление о толщине морского льда, которое будет использоваться для улучшения моделирования и прогнозирования климата.
Кроме того, способность идентифицировать недавно сформированный тонкий лед поможет исследователям отслеживать сезонные изменения в отдаленных полярных регионах и понимать процессы, которые управляют этими процессами. Данные о толщине льда также помогут ученым улучшить компьютерные модели того, как морской лед реагирует на потепление в Арктике, а также прогнозы морского ледяного покрова.
«У нас будет гораздо более высокое разрешение того, где находится лед, а где вода в краевых ледяных зонах, где плотный ледяной покров встречается с океаном, во время таяния и замерзания», - сказал Квок. «Это будет новая наука, о которой стоит подумать».
Вне льда
ICESat-2 всегда включен, проводит измерения не только на полюсах, но и в тропических и умеренных широтах, и то, что он может увидеть, уже удивило исследователей.
«Мы все были ошеломлены, увидев удивительные детали ICESat-2 благодаря его технологии обнаружения», - сказала Лори Магрудер, научный сотрудник Техасского университета и руководитель научной группы ICESat-2.«На каждой поверхности была какая-то удивительная особенность, которую мы не привыкли видеть с первым ICESat».
Например, фотоны, возвращающиеся из-за океана, отслеживают отдельные волны. По словам Магрудера, в чистых прибрежных районах батиметрия видна иногда на глубине до 80 футов (25 метров), что может помочь в исследованиях, включая моделирование штормовых нагонов.
И поскольку ICESat-2 вращается вокруг леса, он может различать не только верхушки деревьев, но и внутренние кроны деревьев и лесную подстилку. Хотя команда не была уверена, насколько ясной будет местность под густыми пологами, подобными тем, которые встречаются в тропических лесах, данные оказались даже лучше, чем ожидалось. Измеряя высоту деревьев по всему миру, миссия ICESat-2 сможет улучшить оценки того, сколько углерода хранится в лесах.
Проверка цифр, преодоление разрыва
Пока научная группа ICESat-2 анализировала первые наборы данных, коллеги из NASA Operation IceBridge собирали данные на самолетах над Антарктидой, летая по тем же траекториям, по которым вращался спутник.
На обширных равнинах, покрытых рябью льда, скалистых пиках, торчащих из ледяного щита, и линиях трещин, спускающихся вниз по ледникам, воздушная кампания измеряла высоту поверхности с помощью лазерных высотомеров Airborne Topographic Mapper, толщину снега и льда с помощью радаров и подледниковая батиметрия с помощью гравиметра. В течение десяти лет IceBridge исследовал регион, но этой осенью они также собирали данные, чтобы проверить точность ICESat-2.
В ходе трех отдельных полетов IceBridge исследовал плоское плато вдоль линии 88 градусов южной широты, где сходятся все орбиты ICESat-2. Другие полеты отслеживались через ледники, ледяные потоки и горы по отдельным спутниковым траекториям - иногда прямо в тот момент, когда спутник проходил над головой. Для измерения морского льда команда IceBridge совершила непродолжительный полет на высоте 500 футов, чтобы измерить скорость ветра, рассчитать, насколько далеко сместился лед с момента его измерения ICESat-2, а затем скорректировать траекторию полета для съемки того же участка льда.
«Почти каждый полет включает в себя треки ICESat-2», - сказал Джозеф МакГрегор, научный сотрудник проекта IceBridge в NASA Goddard. «Мы пролетаем над быстро меняющимися выходными ледниками, более медленно меняющимися внутренними частями и необычными поверхностями, которые представляют интерес для ICESat-2. Основная цель IceBridge - преодолеть разрыв между ICESat и ICESat-2, так что это очень полезно знать. что мы завершаем этот процесс."
Первый спутник ICESat работал с 2003 по 2009 год, когда IceBridge начал свои кампании. ICESat-2 запущен 15 сентября с авиабазы Ванденберг в Калифорнии. Его лазерный прибор под названием ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter System) посылает импульсы света на Землю. Затем с точностью до миллиардной доли секунды измеряется, сколько времени требуется отдельным фотонам, чтобы вернуться на спутник. По словам Ноймана, ATLAS запустил свой лазер более 50 миллиардов раз с момента первого включения 30 сентября, и все показатели прибора показывают, что он работает должным образом.