Супутник NASA OCO-2 відзначає 10 років вивчення вуглекислого газу

Другого липня 2024 року орбітальна обсерваторія вуглецю NASA OCO-2 відсвяткувала десяту річницю з моменту запуску. Створений лабораторією реактивного руху NASA, цей супутник став золотим стандартом для вимірювання концентрацій вуглекислого газу з космосу та несподівано перетворився на потужний інструмент технологічного, екологічного та навіть економічного прогресу.

Коли ідею OCO вперше запропонували, вона не отримала всезагального схвалення. На той час чимало експертів скептично ставилися до можливості вимірювання CO2 з космосу. На відміну від азоту та кисню, які є основними компонентами земної атмосфери, вуглекислий газ є слідовим газом, часто не більше кількох сотень частин на мільйон.

У квітні 2003 року невелика група науковців зібралася в Каліфорнійському технологічному інституті на першу нараду наукової команди OCO. Вони взялися за складне завдання визначення способу вимірювання CO2 з космосу за допомогою супутника та приладів, які просто не існували.

OCO-2 розроблявся в рамках програми NASA Earth System Science Pathfinder, яка підтримує невеликі, недорогі місії, здатні забезпечити величезну цінність для високоефективних цілей. Супутник несе високороздільний спектрометр, який збирає дані в трьох вузьких спектральних діапазонах. Два діапазони вимірюють чіткий відбиток, який залишає CO2 при поглинанні сонячного світла, а один проводить те ж вимірювання для кисню.

Перший запуск у 2009 році завершився невдачею, коли несправна ракета-носій знищила перший OCO відразу після старту. Японське агентство аерокосмічних досліджень JAXA успішно запустило супутник спостереження парникових газів GOSAT того ж року, що дало команді OCO можливість перевірити та вдосконалити свої методи.

Другого липня 2014 року на базі ВПС Ванденберг у Каліфорнії сотні гостей розстелили ковдри на гравійній землі, очікуючи запуску OCO-2. Вів'єн Пейн, нинішній науковий керівник проєкту OCO-2, чекала разом зі своєю чотирирічною донькою. Після технічної затримки запуск перенесли на наступну ніч. О третій ранку за тихоокеанським часом OCO-2 бездоганно стартував у космос, хоча туман заважав спостерігачам побачити політ.

Після запуску OCO-2 приєднався до щільно скоординованої групи супутників спостереження Землі, відомої як Afternoon Constellation. Літаючи у формації, супутники могли поєднувати свої спостереження, щоб розкрити більше, ніж будь-яка окрема місія. Науковці виявили, що OCO-2 може не лише вимірювати CO2, але й виявляти ознаки здоров'я рослин.

Це відкриття відкрило можливості для різних людей, включаючи Мадлен Фестін, колишню пожежницю з Монтани, яка працювала з даними OCO-2 через стажування в програмі DEVELOP. OCO-2 може виявляти слабке світіння, яке віддають рослини під час фотосинтезу. Це світіння, яке називається сонячно-індукованою флуоресценцією, пропонує швидкий, чутливий індикатор здоров'я рослин.

Команда Мадлен, співпраця між науковцями OCO-2 та Лісовою службою США, працює над оновленням моделей пожежного ризику, деякі з яких розроблялися в 1980-х роках, шляхом включення даних флуоресценції.

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, науковець з обробки даних з Фінляндії, переїхав до Лос-Анджелеса працювати в JPL над місіями OCO-2 та OCO-3 якраз коли пандемія COVID-19 охопила планету. На півночі від Полярного кола в Соданкюля кластер земних інструментів включає польову станцію, яка є частиною мережі спостереження загального вуглецевого стовпа. Ці станції діють як наземна команда OCO-2 та OCO-3.

Станція у Фінляндії є однією з близько 30 подібних станцій, розкиданих по всьому світу. Станції на далекій півночі відіграють особливо цінну роль, оскільки супутники часто мають труднощі з точним вимірюванням CO2 над засніженою землею. Порівняння між OCO-2 та наземними станціями показують хорошу узгодженість 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 OCO-2 та OCO-3 також використовувалися для вивчення викидів як з міст, так і з великих електростанцій. Цей підхід пропонує новий спосіб відстеження змін викидів з часом без необхідності постійного наземного вимірювання. Науковці поєднують супутникові дані з моделями вітру та міськими картами для відстеження CO2 до його джерел.

Коли масштабні лісові пожежі спалахнули в австралійських лісах у 2019 році, дослідники використали дані OCO-2 для вивчення кризи, що розгорталася. OCO-2 зафіксував збільшення атмосферного CO2, і науковці використали ці дані для уточнення оцінок того, як такі події сприяють глобальному вуглецевому бюджету.

Ханна Мерфі, стажерка програми DEVELOP, яка почне навчання в магістратурі в коледжі Хантера в Нью-Йорку восени 2025 року, вивчала мистецтво та працювала художником-постановником у Лос-Анджелесі. Вона ніколи не уявляла себе працюючою з супутниковими даними, але побачила, наскільки візуальними вони можуть бути.

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.