Человечество ведет наблюдения за климатом с древних времен, а само слово “метеорология” пришло к нам со времен Аристотеля. Ученые конца XIX — начала XX века собрали воедино общую климатическую картину, открыли связь между содержанием СО2 и температурой, и все же до середины XX века это были местные наблюдения и попытки прогнозирования, без четкого понимания всей системы.
Орбитальные спутники позволили метеорологам и экологам увидеть всю картину целиком, наблюдать динамику изменения климата на Земле, а современные алгоритмы помогли автоматизировать решение множества уравнений, моделирующих погоду.
В этой статье мы рассмотрим, когда появились метеоспутники, каким образом эти устройства помогают бороться с изменениями климата, а также можно ли менять погоду из космоса.
Первые шаги
Ученые начали задумываться об использовании искусственных сателлитов Земли для наблюдения за погодой, климатом и экологической ситуацией еще до первых запусков в космос. А первые аппараты вышли на орбиту спустя всего несколько лет после первых полетов.
Так, в 1959 году США вывели на орбиту спутник Vanguard 2, чтобы следить за дневной облачностью с помощью двух телескопов, приборов для наблюдения удаленных объектов, данные с которых на Землю передавали антенны.
Нельзя назвать эту попытку успешной, так как устройство не смогло собрать достаточное количество достоверных данных из-за того, что при отделении от ракеты получило слишком большое угловое ускорение, проще говоря, оно не было способно сделать четкие снимки. В 1960 году NASA запустило спутник TIROS-1, который стал успешным.
В СССР первые аппараты вышли в космос только к 1967 году, через 10 лет после запуска первого искусственного сателлита Земли. Но при этом советские спутники “Космос-144” и “Космос-156” сформировали первую советскую метеорологическую систему “Метеор”, в которую в итоге входило 35 устройств, вооруженных оптическими, инфракрасными и актинометрическими датчиками.
Данные с метеорологических спутников позволили не только прогнозировать погоду в ближайшем будущем, но и получать и накапливать информацию о всех изменениях во всех точках земного шара, критически необходимые для ученых экологов и метеорологов.
Чем полезны спутники
Спутники, начиная с ранних запусков и до сегодняшнего момента, — наблюдатели, “взор” которых охватывает огромные территории: континенты, участки, где невозможно разместить наземные зонды, куда сложно добраться ученым.
Кроме того, благодаря современным технологиям, устройства научились “смотреть” сквозь облачность, лед и даже землю благодаря инфракрасным камерам высокой точности и апертурным радарам.
Например, современные искусственные сателлиты Земли могут “видеть” месторождения полезных ископаемых, состояние полярного льда на большой глубине, измерять состав воды и даже смотреть сквозь стены зданий.
Некоторые устройства могут фиксировать не только точные данные на текущий момент, а и признаки изменения климата: таяние ледников, изменение уровня мирового океана, содержание газов в атмосфере, особенно СО2.
Одна из областей применения спутников — предотвращение природных катастроф, а именно подготовка к ним и минимизация ущерба. Устройства на околоземной орбите и системы анализа позволяют заранее предупредить о надвигающихся ураганах, цунами, лесных пожарах и даже землетрясениях, а также передают данные об интенсивности стихии и направлении движения.
К примеру, они способны зафиксировать малейшие колебания в толще воды и за считанные секунды рассчитать вероятный район поражения от цунами.
Еще одним преимуществом спутникового наблюдения является то, что такие системы могут сразу и в любой точке мира увидеть внезапные негативные явления, такие как разлив нефти или химикатов, зарождающийся лесной пожар или отколовшийся ледник.
Сложно сказать наверняка, на каком этапе было бы сейчас экологическое движение, но спутниковые технологии однозначно помогли международным организациям в борьбе за очищение планеты. Так, президент Национального центра космических исследований Франции CNES Жан-Ив Ле Галь во время конференции COP21 отметил, что наблюдение за состоянием Земли в значительной степени зависит именно от устройств на околоземной орбите. “Сама COP21 была бы невозможна без помощи спутников”, — отмечает он.
Настоящее и планы на будущее
Сегодня основными климатическими спутниками распоряжается NASA, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США. Именно оно собирает и распространяет большинство данных об изменении климата и экологии планеты.
Например, Terra, запущенный еще в 1999 году, остается флагманом космической группировки дистанционного наблюдения за Землей. Это устройство размером с микроавтобус и весом почти в 5000 кг, с пятью зондами для наблюдения за окружающей средой и изменениями климата, чтобы мониторить атмосферу, океан, почву, снег и лед.
Помогает ему в этом еще один проект NASA — “орбитальное созвездие” (afternoon constellation). Он получили название A-Train (“Поезд А”) из-за того, что устройства пролетают друг за другом над одной и той же точкой Земли с интервалом в несколько минут. Основной элемент созвездия — обсерватория Orbiting Carbon Observatory-2, запущенная в 2014 году.
Европейское космическое агентство (ESA) в партнерстве со Всемирным банком начало проект Eoworld в 2011 году, целью которого стала помощь развивающимся странам в защите лесов, планировании застройки городов, использовании водных ресурсов и контроля за прибрежными зонами, что должно обеспечить необходимую устойчивость экономики к изменению климата.
Кроме того, ESA планирует запустить 20 спутников к 2030 году. Они обеспечат поступление данных на протяжении 20 лет. Эти устройства станут частью самой масштабной системы наблюдения Земли за всю историю освоения космоса.
Коммерческий сектор спутникового мониторинга Земли также стремительно развивается. По оценкам экспертов, на данный момент рынок оценивается в $4,4 млрд, а до 2027 года эта цифра вырастет до $6,3 млрд. Это отлично демонстрирует интерес бизнеса к спутниковому мониторингу, который может помочь не только в получении прибыли, но и в контроле за влиянием производства на окружающую среду.
Например, системы мониторинга EOS Data Analytics уже работают с фермерскими хозяйствами по всему миру, а с 2021 года заработал проект по мониторингу за лесными хозяйствами, цель которого — дать сервис, позволяющий удаленно контролировать состояние леса, получать уведомления на смартфон или компьютер об изменениях и возможных рисках, управлять всеми лесными активами в одном месте, а также прогнозировать затраты на заготовку, транспортировку и хранение леса.
Далекое будущее
Ученые уже давно проводят эксперименты и пробуют разработать аппараты, позволяющие точечно влиять на климат и погоду. Первые такие попытки были сделаны еще во время “Холодной войны”, но они практически ни к чему не привели. До сих пор самый эффективный способ — химический, например, распыление йодистого серебра прямо с самолета, чтобы вызвать дождь. Но отправлять специальные устройства на орбиту, регулярно заправлять их химическими патронами, чтобы вызвать дождь в определенной области, нецелесообразно и чрезвычайно дорого.
Еще один способ — это охлаждение участка атмосферы с помощью лазера. Такая установка требует постоянного питания и в одиночку не способна вызвать образование хоть сколь-нибудь существенной тучи, чтобы ее было заметно с поверхности Земли.
В далеком будущем теоретически возможно использование таких лазеров, при условии, что их будет много. На данный же момент единственным выполнимым условием для такой сети устройств является питание. Человечество давно научилось черпать энергию Солнца с помощью солнечных батарей.
Из-за технологических и финансовых аспектов, плеяды искусственных сателлитов Земли в ближайшем будущем не смогут непосредственно влиять на климат и экологию планеты, но бесспорно они уже стали “глазами” ученых и основным источником данных о нашей планете.
