Введение
Изучение энергетического бюджета Земли имеет огромное значение для понимания климатических изменений и общего состояния нашей планеты. С момента запуска первого спутника Explorer 1 в 1958 году, NASA активно работает над сборами данных о взаимодействии солнечной энергии и атмосферы Земли. В этой статье мы рассмотрим 42-летнюю историю измерений и их влияние на науку.
Зачем измерять энергетический бюджет Земли?
Согласно Брусу Баркстрому, попытки понять радиационный бюджет начались еще в 1880 году. Энергетический бюджет Земли представляет собой метафору хрупкого равновесия между энергией, поступающей от Солнца, и энергией, излучаемой обратно в космос. Долгосрочные и точные записи данных критически важны для понимания энергетического баланса нашей планеты.
Собранные данные улучшают модели, которые предоставляют сезонные и долгосрочные прогнозы, помогающие индустрии и политикам лучше планировать будущее.
Последние достижения
Спутник NASA Earth Radiation Budget Satellite (ERBS), часть эксперимента ERBE, был создан для исследования того, как солнечная энергия поглощается и повторно излучается Землёй. Запущенный 31 января 1958 года, Explorer 1 стал первым спутником, отправленным в космос США. Его основным научным инструментом был детектор космических лучей, предназначенный для измерения радиационной среды в околоземном пространстве. Хотя его последние данные были переданы в мае 1958 года, он продолжал вращаться вокруг Земли более 58 000 раз.
К 1975 году, всего через пять лет после того, как Explorer 1 сгорел при входе в атмосферу, NASA запустила первый инструмент Nimbus, который предоставил первые глобальные и прямые наблюдения за количеством солнечной радиации, входящей и выходящей из Земли. Это помогло подтвердить и улучшить ранние климатические модели и заложило основу для эксперимента ERBE.
В 1984 году ERBE был запущен на борту спутника ERBS с шаттла Challenger. Баркстром вспоминает, как команда проснулась в 3:30 утра, чтобы увидеть запуск, и как яркий след от ракеты осветил всё небо, когда шаттл покинул облака.
Важность облаков в энергетическом бюджете
Ранние исследования, проведенные в рамках миссии CERES (Clouds and the Earth’s Radiant Energy System), использовали данные, полученные от Nimbus и ERBE, для изучения роли облаков в энергетическом бюджете Земли. Седьмая и последняя модель CERES Flight Model-6 достигла «первого света» в январе 2018 года.
На протяжении 10 лет ERBE предоставлял бесценные данные, которые помогли ученым исследовать взаимодействия энергии между Солнцем, облаками и Землёй. В конце 1980-х годов спутниковые инструменты впервые наблюдали, что облака охлаждают климат Земли. Брусу Уэлики, бывшему главному исследователю CERES, удалось разработать алгоритм, который помог количественно оценить облачное воздействие — разницу между компонентами радиационного бюджета при обычных облачных условиях и безоблачных условиях.
Новые горизонты и технологии
С новыми знаниями о роли облаков в энергетическом бюджете Земли, научная команда стремилась собрать больше данных. В 1997 году был запущен первый из новой серии инструментов CERES, который продолжил важные измерения ERBE. С тех пор в космосе было активировано шесть других инструментов CERES для измерения солнечной энергии, отражаемой Землёй, тепла, излучаемого планетой, и роли облаков в этом процессе.
Кори Присли, главный исследователь CERES, отметил, что прибор CERES является маленьким и элегантным, предлагая наиболее точные радиометрические данные, когда-либо собранные NASA. В настоящее время команда работает над созданием следующего поколения инструментов для выполнения тех же задач.
Заключение
В течение 42 лет NASA наблюдает за энергетическим бюджетом Земли. Научная команда NASA Langley является единственной группой, производящей данные ERB на глобальном уровне. Несмотря на значительные достижения в понимании энергетического бюджета и используемых технологиях, наше понимание продолжает развиваться.
«В наблюдательной науке вы никогда не завершаете своё понимание, поэтому всегда есть вероятность, что кто-то откроет что-то новое», — говорит Баркстром. Это подчеркивает важность постоянного измерения и анализа данных, чтобы оставаться в курсе изменений на нашей планете.
