Grace به ماموریت خود برای مشاهده آب شدن یخ ها از نزدیک، ادامه می دهد
چند ماه قبل، دو ماهواره مشاهده زمین مربوط به ماموریت GRACE در جو زمین سوختند. اگرچه این مساله برنامه ریزی شده بود، اما متخصصان موسسه Alfred Wegener فاصله چشم گیری را در پایش آب شدن یخ ها در آتلانتیک و گرینلند حس کردند. حال ادامه این ماموریت آغاز خواهد شد و این نقشی حیاتی در پیش بینی بالا آمدگی سطح دریاها در آینده خواهد داشت.
یکی از تهدیدات اساسی در ارتباط با تغییرات آب و هوایی، بالا آمدن مداوم سطح آب دریاهاست، و بدترین چیزی که ممکن است رخ دهد، ذوب شدن شدیدتر ورقه های عظیم یخ در گرینلند و آتلانتیک است. برای اندازه گیری دقیق تر جرم از دست رفته در این ورقه های عظیم یخی، دانشمندان موسسه Alfred Wegener، و مرکز تحقیقات دریایی قطبی Helmholtz (AWI) دائماً به ارزیابی داده های مشاهدات زمینی جمع آوری شده از طریق ماهواره ها می پردازند. برای آن ها، ماهواره های GRACE جفت ماهواره بسیار مهمی بودند. این ماهواره ها از سال ۲۰۰۲ به گردش در مدار خود مشغول بودند، اما در ۲۰۱۷، در ۱۵ سالگی به دلیل کهنه شدن از کار کنار گذاشته شدند، در ابتدای سال جاری آنها بازگشت مجدد و کنترل شده ای به جو زمین داشتند تا طبق برنامه سوزانده شوند. از آن زمان، کارشناسان AWI و جامعه محققان بین المللی مجبور به ادامه کار خود بدون منبع اطلاعاتی بسیار مهم در ارتباط با شرایط ورقه های عظیم یخ بودند.
داده های ثقل
حال، برای پر کردن این جای خالی، در ساعت ۱۲:۴۷ روز ۲۲ می ۲۰۱۸، GRACE Follow-On (GRACE-FO) از پایگاه نیروی هوایی Vandenberg در کالیفرنیا به فضا پرتاب خواهد شد. Ingo Sasgen، متخصص در حوزه ژئوفیزیک از AWI می گوید: “ما بسیار خوشحالیم. در طول ۱۵ سال گذشته، ماموریت GRACE دنباله های زمانی منحصر به فرد و فوق العاده ای در ارتباط با از دست رفتن توده ورقه های یخی را برای ما فراهم نمود. از ژوئن ۲۰۱۷، این دنباله های زمانی با اختلال مواجه شدند که این به معنای آن است که ما داده ای در ارتباط با ذوب شدن یخ در فصل گذشته در گرینلند در اختیار نداریم. این خبر بسیار خوبی است که اندازه گیری ها از سر گرفته خواهند شد.”
نمایش GRACE-FO در مدار (عکس از: NASA/JPL-Caltech)
GRACE مخفف “بازیابی ثقل و آزمایشات اقلیمی” است. همانطور که از این نام بر می آید، وظیفه ماهواره اندازه گیری میدان ثقل زمین بصورت ماهیانه است. این داده های ثقلی بعدتر توسط کارشناسان متعددی و برای برآورده ساختن اهداف متفاوتی بکار گرفته می شوند. این داده ها بطور خاص برای متخصصان در AWI دارای اهمیت بود، چرا که تغییر در توده یخ در گرینلند و آتلانتیک به وضوح در میدان ثقل زمین قابل مشاهده است. اگر یخ بیشتری در نتیجه ذوب شدن و یا جدا شدن از توده که از طریق بارش برف قابل بازیابی نباشد، از دست رود، توده ورقه های یخی و همچنین میدان ثقل در آن منطقه کاهش می یابد. به این ترتیب، اندازه گیری های GRACE می تواند به ما بگوید که در کجا و به چه میزان ورقه های یخ کوچکتر شده و یا گسترش یافته اند.
رادار مایکروویو
ماهواره های دو گانه GRACE از سامانه راداری مایکروویو برای اندازه گیری دائمی فاصله میان خود استفاده کرده و معمولاً در فاصله تقریبی ۲۲۰ کیلومتری از هم پرواز می کنند. اگر اولین ماهواره بر فراز منطقه ای با ثقل بالاتر پرواز کند، اندکی به سمت زمین جذب شده و بنابراین شتاب پیدا می کند. این فاصله این ماهواره با ماهواره دوم را افزایش داده و این اختلاف نمایش دهنده میزان بزرگی تغییرات جاذبه در شعاع ۴۰۰ کیلومتری است. دقت این روش فوق العاده است، امکان اندازه گیری فاصله بین این دو ماهواره چیزی در حدود چند میکرومتر است.
ماموریت جدید GRACE نیز بر رادار مایکروویو تکیه خواهد داشت. Ingo Sasgen توضیح می دهد: “برای فراهم آوردن امکان آغاز به کار سریع ماموریت دوم و تلف نکردن زمان و ریسک به وجود آمدن فاصله در داده ها، تصمیم به استفاده از فناوری های امتحان شده و قابل اعتماد گرفته شود. اگرچه، یک دستگاه اندازه گیری لیزری نیز موجود است که در طول ماموریت امتحان خواهد شد. این دستگاه تقریباً ۲۵ بار دقیق تر از رادار مایکروویو است و به اعتقاد ما می تواند تحلیل های میدان ثقل را بهبود بیشتری بخشد.”
مدل های عددی اقلیمی
مانند ماموریت پیشین، مرکز تحقیقات علوم زمینی آلمان (GFZ) و ناسا پشتیبانی علمی ماموریت GRACE-FO را به انجام می رسانند. مرکز هوافضای آلمان ماموریت را به نیابت از GFZ به انجام می رساند. در مقابل، AWI نه تنها به همکاری با متخصصان در حوزه یخ خواهد پرداخت؛ بلکه دو میلیون یورو را نیز برای پوشش هزینه های شتاب دهنده موشکی Falcon 9 از SpaceX اختصاص خواهد داد.
داده های فراهم شده توسط GRACE-FO ضروری خواهند بود، چرا که نه تنها به Ingo Sasgen و همکارانش در تعیین پاسخ ورقه های عظیم یخ به گرمای جهانی دنباله دار کمک می کند، بلکه داده های لازم برای مدل های ریاضی که به مدل های عددی اقلیمی معروف بوده و برای پیش بینی چگونگی تغییر از دست رفتن یخ در طول زمان مورد استفاده قرار می گیرند را نیز تامین می کند. همچنین، GRACE-FO به اندازه گیری میدان ثقل با دقت بسیار بالا که به کارشناسان در AWI امکان ادغام آنها با داده های دیگر ماهواره ها مانند CryoSat-2 که از رادار برای اندازه گیری دقیق ضخامت پوشش یخ دریایی استفاده می کند، می دهد را ادامه می دهند. CryoSat-2 می تواند برای شناسایی اینکه کدام بخش های ورقه های یخی بیشترین بارش برف را داشته اند، مورد استفاده قرار گیرد. به علاوه، GRACE-FO مقاطع شبکه ای ۴۰۰ کیلومتری را نیز اسکن خواهد نمود، که کار نسبتاً سختی است.
نقاط قوت تکمیلی
CryoSat-2 با اندازه گیری مقاطع ۵ کیلومتری بطور متوسط، قدرت تفکیک بسیار بالاتری را ارائه می دهد. اما CryoSat-2 محدودیت های مربوط به خود را نیز دارد: جاروی راداری آن به لایه های بالایی برف و یخ نیز نفوذ می کند و اندازه گیری دقیق ضخامت آنها را با مشکل مواجه می کند، خصوصاً زمانی که وضعیت دقیق در سایت مشخص نباشد. برای جبران این عارضه، AWI داده های کالیبره کردن را نیز از طریق هواپیماهای تحقیقاتی خود اخذ می کند. یک منبع ابهام دیگر آن است که در طول زمان، برف زیر فشار وزن خود فرو می ریزد که می تواند اندازه گیری ضخامت را با انحراف مواجه می کند. بر اساس اظهارات Ingo Sasgen، “تنها با داده های CryoSat-2 تشخیص اینکه تغییر در ضخامت یخ و برف ناشی از فشردگی برف بوده است و یا ذوب یخ، مشکل است. به همین دلیل است که به GRACE-FO نیاز داریم؛ تغییرات متوالی در میدان ثقل به ما نشان می دهند که آیا یخ و برف واقعاً از دست رفته اند یا نه.” در اصل، این ماهواره ها با ارائه این نقاط قوت تکمیلی، ترکیب بی نقصی را به وجود می آورند.
با آغاز ماموریت GRACE-FO پس از تقریباً یک سال فاصله مهم میان پایش، این مساله به گذشته خواهد پیوست. همانند ماهواره های قبلی، مدت برنامه ریزی شده برای ماموریت ۵ سال است. اما Ingo Sasgen امیدوار است که نسل دوم نیز مانند نسل اول، تا ۱۵ سال به ارائه داده ادامه دهد. “در آن صورت ما سری های زمانی ای در اختیار خواهیم داشت که تقریباً سی سال را پوشش می دهند، که می تواند به عنوان بازه زمانی درست برای نمایش مدل های اقلیمی بکار گرفته شوند. داده های بدست آمده منبع ارزشمندی برای تحقیقات اقلیمی جاری و دهه های آتی خواهند بود.”
