NASA skúma arktický morský ľad zo vzduchu aj z obežnej dráhy

NASA počas aprílovej expedície nad kanadskou Arktídou testovala prístupy, ktoré majú zlepšiť meranie hrúbky a úbytku morského ľadu. Vedci lietali nad Severným ľadovým oceánom v lietadle z obdobia druhej svetovej vojny a svoje pozorovania načasovali tak, aby sa prekrývali s meraniami satelitov.

Snímka zobrazuje: NASA Scientists Take to Air and Space to Study Arctic Sea Ice.

Zdroj: https://www.nasa.gov/missions/airborne-science/nasa-scientists-take-to-air-and-space-to-study-arctic-sea-ice/

Výprava súvisí so senzorom, ktorý inžinieri v Jet Propulsion Laboratory v južnej Kalifornii v súčasnosti testujú. Prístroj má pomáhať určovať, ako rýchlo arktický morský ľad mizne. Do vesmíru sa pritom podľa NASA dostane až približne o rok. Vedci preto už teraz overujú, ako bude fungovať v kombinácii s ďalšími leteckými, pozemnými a satelitnými meraniami.

Tím strávil v teréne dva týždne a vo vzduchu približne 50 hodín. Lietadlo sa často pohybovalo vo výške okolo 1 500 stôp, teda približne 457 metrov. Na palube sa nachádzali viaceré presné prístroje na meranie hrúbky morského ľadu a snehu, ktorý ho pokrýva. Medzi nimi bol aj zástupný prístroj podobný mikrovlnnému rádiometru testovanému v JPL.

Hrúbku morského ľadu nemožno určiť jediným jednoduchým odčítaním. Vedci potrebujú poznať výšku ľadu nad hladinou, hĺbku snehu na jeho povrchu aj mikrovlnné žiarenie vychádzajúce z povrchu. Lety preto plánovali podľa preletov satelitov, aby mohli porovnávať údaje o rovnakých častiach ľadu z viacerých výšok.

V oblasti pri meste Inuvik tím skúmal plávajúci ľad a spolupracoval s misiou Surface Water and Ocean Topography (SWOT), ktorú NASA vyvinula spoločne s francúzskou vesmírnou agentúrou CNES. SWOT je určený najmä na mapovanie výšky oceánov a sladkých vôd, no dokáže zachytiť aj výšku morského ľadu nad hladinou.

Neskôr vedci pracovali pri Cambridge Bay, kde sa pripojili k výskumníkom z European Space Agency, nemeckého Alfred Wegener Institute a kanadskej University of Calgary. Koordinované lety viedli nad poľným táborom a pod dráhami satelitov NASA Ice, Cloud, and Land Elevation Satellite-2 (ICESat-2) a ESA CryoSat-2.

Výprava zároveň pomohla pripraviť budúce merania misie Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter (CRISTAL), ktorú ESA vyvíja v spolupráci s NASA. Vedci počas kampane použili prístroje podobné tým, ktoré má CRISTAL niesť, vrátane mikrovlnného rádiometra testovaného v JPL.

Sahra Kacimi z JPL, vedecká vedúca expedície, zdôraznila, že pri vývoji a overovaní algoritmov pre súčasné aj budúce misie je nevyhnutné spájať merania z vesmíru, lietadiel a pozemných staníc. Takéto porovnanie môže zlepšiť odhady hrúbky ľadu a pomôcť sledovať, ako sa klimatické podmienky v Arktíde menia.

Arktický ľad pritom nie je jednoliata plocha. Časť je pevne spojená s pevninou, iná sa voľne pohybuje v oceáne. Vietor a morské prúdy ľad posúvajú, lámu a deformujú. Vznikajú v ňom dlhé praskliny, otvorené úseky oceánu aj mohutné hrebene z navŕšených kryh. Niektorý ľad prežije iba jednu sezónu, zatiaľ čo hrubší môže pretrvať niekoľko rokov. Viacročného ľadu však v mnohých častiach Arktídy ubúda.

Presnejšie údaje o hrúbke pomáhajú vedcom lepšie rozumieť zmenám v celom arktickom systéme. Výsledky môžu podporiť navigáciu, výskum počasia a oceánov aj plánovanie budúcich satelitných pozorovaní. S rastúcou lodnou prevádzkou zároveň región získava väčší strategický a hospodársky význam. Kacimi upozornila, že pokračujúce otepľovanie Arktídy môže zasiahnuť verejnú bezpečnosť aj ekonomické záujmy.

Vedci sa počas expedície stretli aj s miestnymi obyvateľmi, ktorí zmeny v Arktíde sledujú priamo vo svojich komunitách. Kacimi hovorila s komunitnými lídrami a študentmi na STEM tábore o tom, ako miznúci ľad ovplyvňuje život v regióne. Satelitné údaje podľa nej ukazujú význam ľadu pre globálnu klímu, no pre ľudí žijúcich v Arktíde má oveľa bezprostrednejší význam.

Prečo je hrúbka morského ľadu dôležitejšia než jeho plocha

Pri sledovaní Arktídy nestačí zistiť, akú veľkú plochu ľad pokrýva. Rovnako podstatné je vedieť, aký je hrubý. Dve oblasti s podobným rozsahom ľadu môžu obsahovať veľmi odlišné množstvo zamrznutej vody, ak je jedna pokrytá tenkým sezónnym ľadom a druhá hrubšími viacročnými kryhami.

Snímka zobrazuje: NASA Scientists Take to Air and Space to Study Arctic Sea Ice.

Zdroj: https://www.nasa.gov/missions/airborne-science/nasa-scientists-take-to-air-and-space-to-study-arctic-sea-ice/

Hrúbka zároveň naznačuje, ako ľad reaguje na zmeny prostredia. Tenký ľad sa môže meniť rýchlejšie, zatiaľ čo starší a hrubší ľad má inú odolnosť voči topeniu, vetru a pohybu oceánu. Ide o všeobecný vedecký kontext, ktorý vysvetľuje, prečo NASA pri tejto kampani merala viacero vlastností naraz, nielen samotný rozsah ľadovej pokrývky.

Ako vedci kombinujú merania z lietadla a satelitov

Satelity poskytujú široký pohľad na rozsiahle územia, no ich údaje treba overovať meraniami priamo nad povrchom. Lietadlo môže preletieť nad konkrétnymi miestami a zaznamenať podrobnejšie údaje o snehu, výške ľadu či jeho mikrovlnných vlastnostiach. Pozemné merania potom poskytujú ďalšiu kontrolu.

Snímka zobrazuje: NASA Scientists Take to Air and Space to Study Arctic Sea Ice.

Zdroj: https://www.nasa.gov/missions/airborne-science/nasa-scientists-take-to-air-and-space-to-study-arctic-sea-ice/

Keď sa všetky pozorovania týkajú rovnakého úseku ľadu v rovnakom období, vedci môžu lepšie posúdiť, čo presne satelitné senzory zaznamenávajú. Takto sa vyvíjajú a overujú algoritmy, ktoré neskôr premieňajú surové signály z prístrojov na odhady fyzikálnych vlastností ľadu.

Čo do meraní prinášajú jednotlivé misie

Misie zapojené do kampane plnia odlišné úlohy. SWOT mapuje výšku oceánov a sladkých vôd, pričom jeho merania možno využiť aj na určenie časti morského ľadu nad hladinou. ICESat-2 a CryoSat-2 poskytujú údaje o polárnom povrchu z obežnej dráhy. CRISTAL sa pripravuje ako ďalšia polárna misia a má niesť prístroje určené na topografiu ľadu a snehu.

Snímka zobrazuje: NASA Scientists Take to Air and Space to Study Arctic Sea Ice.

Zdroj: https://www.nasa.gov/missions/airborne-science/nasa-scientists-take-to-air-and-space-to-study-arctic-sea-ice/

Letecká kampaň preto nebola iba samostatným pozorovaním. Slúžila aj ako skúška toho, ako môžu rôzne typy údajov spolupracovať. Konkrétne výsledky o tom, čo kampane priniesli pre budúce algoritmy, však zdroj bližšie nerozoberá.

Arktída ako meniace sa prostredie

Morský ľad ovplyvňuje arktické prostredie v mnohých mierkach. Jeho pohyb mení podmienky na hladine oceánu a zmeny v ľadovej pokrývke zasahujú ekosystémy, ktoré sú na toto prostredie viazané. NASA počas expedície zaznamenala aj arktické líšky a zajace, no samotná kampaň bola zameraná predovšetkým na fyzikálne merania ľadu a snehu.

Snímka zobrazuje: NASA Scientists Take to Air and Space to Study Arctic Sea Ice.

Zdroj: https://www.nasa.gov/missions/airborne-science/nasa-scientists-take-to-air-and-space-to-study-arctic-sea-ice/

Pre ľudí v Arktíde má stav ľadu aj praktický rozmer. Ovplyvňuje pohyb v regióne, fungovanie komunít a spôsob, akým možno využívať okolité vody. NASA v zdrojovom materiáli spája lepšie meranie zmien aj s navigáciou, výskumom počasia a oceánov a s rastúcim strategickým a hospodárskym významom Arktídy.

Čo zostáva neisté a čo bude nasledovať

Samotné meranie hrúbky ľadu zostáva náročné, pretože závisí od viacerých premenných: výšky ľadu nad vodou, snehu na jeho povrchu a mikrovlnných emisií. Každá z nich môže ovplyvniť interpretáciu údajov. Preto vedci porovnávajú údaje z lietadiel, satelitov a povrchu namiesto toho, aby sa spoliehali na jediný zdroj.

Snímka zobrazuje: NASA Scientists Take to Air and Space to Study Arctic Sea Ice.

Zdroj: https://www.nasa.gov/missions/airborne-science/nasa-scientists-take-to-air-and-space-to-study-arctic-sea-ice/

Najbližším krokom je pokračovanie testovania senzora v JPL a príprava jeho využitia v budúcej vesmírnej misii. Letecká kampaň poskytla dáta z konkrétnych oblastí pri Inuviku a Cambridge Bay, no na pochopenie dlhodobého vývoja Arktídy budú potrebné pokračujúce pozorovania. Zdroj neuvádza presný harmonogram vypustenia testovaného senzora ani konečné výsledky jeho overovania.

Zdroj: NASA Breaking News

Pôvodný článok: https://www.nasa.gov/missions/airborne-science/nasa-scientists-take-to-air-and-space-to-study-arctic-sea-ice/