NASA перевіряє супутник PACE у водах Каліфорнії

Восени 2024 року в затоці Монтерей у Каліфорнії спостерігалося масштабне цвітіння фітопланктону, яке привернуло рибу, дельфінів, китів, морських птахів та на кілька тижнів у жовтні науковців. Команда з Дослідницького центру NASA Ames у Кремнієвій долині разом із партнерами з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі та Військово-морської аспірантури провела два тижні на узбережжі Каліфорнії, збираючи дані про атмосферу та океан для перевірки того, що бачать супутники з космосу. Навесні 2025 року команда повернулася для збору даних за інших екологічних умов.

Науковці називають цей процес валідацією. Місія PACE, що означає «Планктон, Аерозолі, Хмари, океанська Екосистема», була запущена у лютому 2024 року та розроблена для трансформації нашого розуміння океанських та атмосферних середовищ. Зокрема, супутник надасть науковцям детальний погляд на життя біля поверхні океану та склад і кількість аерозольних частинок в атмосфері.

Щоразу, коли NASA запускає новий супутник, агентство відправляє команди валідаційних наук по всьому світу для підтвердження того, що дані з приладів у космосі відповідають тому, що традиційні прилади можуть побачити на поверхні. AirSHARP є однією з таких команд, спеціально розгорнутою для валідації продуктів від Океанського кольорового приладу супутника.

Океанський кольоровий прилад працює шляхом вимірювання відбитого сонячного світла. Коли сонячне світло відбивається від поверхні океану, воно створює специфічні відтінки кольору, які дослідники використовують для визначення того, що знаходиться у водній товщі внизу. Для валідації даних приладу дослідницькі команди повинні підтвердити, що вимірювання безпосередньо на поверхні відповідають тим, що отримані з супутника. Вони також повинні зрозуміти, як атмосфера змінює колір океану, коли відбите світло подорожує назад до супутника.

У жовтні 2024 року та травні 2025 року команда AirSHARP проводила одночасні повітряні та морські кампанії. Вихід у поле протягом різних сезонів дозволяє команді збирати дані за різних екологічних умов, валідуючи якомога більшу частину діапазону приладу.

Протягом 13 днів польотів на літаку Twin Otter команда під керівництвом NASA використовувала прилади під назвою 4STAR-B та C-AIR для збору даних з повітря. Водночас партнери з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі використовували низку відповідних приладів на борту дослідницького судна R/V Shana Rae для збору даних з поверхні води.

Океанський кольоровий прилад вимірює так зване водне відбиття, яке надає інформацію про мікроскопічний склад водної товщі, включаючи молекули води, фітопланктон та частинки, такі як пісок, неорганічні матеріали та навіть бульбашки. Колір океану змінюється залежно від того, як ці матеріали поглинають та розсіюють сонячне світло. Це особливо корисно для визначення кількості та типів фітопланктону.

Команда AirSHARP використовувала радіометри з відповідною технологією — C-AIR з повітря та C-OPS з води — для збору даних водного відбиття. «Прилад C-AIR модифікований з приладу, який встановлюється на дослідницьких суднах і робить вимірювання поверхні води з дуже близької відстані», сказав науковий співробітник NASA Ames Семюел ЛеБлан. «Проблема полягає в тому, що ви дуже локально прив'язані до однієї області за раз. Те, що наша команда успішно зробила, це встановила його на літак, що дозволяє нам охопити всю затоку Монтерей».

Більша команда валідації PACE порівняє вимірювання приладу з спостереженнями, зробленими датчиками набагато ближче до океану, щоб переконатися, що вони збігаються, і внести корективи, коли вони не збігаються.

Одним з факторів, який може впливати на дані приладу, є присутність штучних та природних аерозолів, які взаємодіють з сонячним світлом під час його руху через атмосферу. Аерозоль відноситься до будь-якої твердої або рідкої речовини, що знаходиться в повітрі, такої як дим від пожеж, сіль від морських бризок, частинки від викидів викопного палива, пустельний пил та пилок.

Уявіть трубу довжиною 420 миль, з супутником PACE на одному кінці та океаном на іншому. Все всередині труби — це те, що науковці називають атмосферним стовпом, і він повний крихітних частинок, які взаємодіють з сонячним світлом. Науковці кількісно оцінюють цю аерозольну взаємодію за допомогою вимірювання, що називається оптичною глибиною аерозолю.

«Під час AirSHARP ми по суті вимірювали на різних довжинах хвиль, як світло змінюється частинками, присутніми в атмосфері», сказала науковий співробітник NASA Ames Крістіна Пістоне. «Оптична глибина аерозолю — це міра згасання світла, або скільки світла розсіюється або поглинається аерозольними частинками».

Команда вимірювала оптичну глибину аерозолю за допомогою спектрометра 4STAR-B, який був розроблений у NASA Ames і дозволяє науковцям ідентифікувати, які аерозолі присутні та як вони взаємодіють з сонячним світлом.

Політ цих приладів вимагав використання літака Twin Otter, яким керувала Військово-морська аспірантура. Twin Otter унікальний своєю здатністю виконувати польоти на надзвичайно низькій висоті, роблячи проходи до 100 футів над водою в ясних умовах.

«Це інтенсивний спосіб літати. На такій низькій висоті пілоти постійно стежать за птахами, високими кораблями та навіть дикими тваринами, такими як кити, що виринають», сказав Ентоні Бухольц, директор Повітряного дослідницького центру військово-морської аспірантури.

З цвітінням фітопланктону, що приваблює стільки дикої природи в затоці, яка вже повна кораблів, це не мала справа. «Пілоти уважно стежать за радаром і літають вручну», сказав Бухольц, «все це при дотриманні ретельних планів польотів, що перетинають затоку Монтерей та виконують тісні спіралі над дослідницьким судном Shana Rae».

Дані, зібрані з фази кампанії 2024 року, доступні в двох системах архівування даних. Дані з приладу 4STAR доступні в архіві даних PACE, а дані з C-AIR зберігаються в архіві даних SeaBASS. Інші дані від команди валідаційних наук NASA PACE доступні через веб-сайт PACE.

Семюел ЛеБлан та Крістіна Пістоне фінансуються через Інститут екологічних досліджень району затоки, який є некомерційною організацією, заснованою науковцями та зосередженою на підтримці наук про Землю та космос.