Zaledwie nieco ponad trzy miesiące po pomyślnym wystrzeleniu 13 sierpnia 2025 r., europejska misja Copernicus Sentinel-5A dostarczyła swoje pierwsze imponujące obrazy gazów w atmosferze ziemskiej. Pierwszy zestaw produktów obejmuje globalną mapę całkowitego ozonu, szczegółowe mapy dwutlenku azotu nad Bliskim Wschodem i Republiką Południowej Afryki, formaldehydu nad środkową Afryką oraz chmurę dwutlenku siarki nad aktywnym wulkanem na Kamczatce. Tym samym Sentinel-5A pokazał, że jest gotowy stać się kluczowym źródłem danych do monitorowania jakości powietrza, klimatu i stanu warstwy ozonowej w skali globalnej.

Nowa era nadzoru atmosfery: Sentinel-5A na MetOp-SG-A1

Sentinel-5 to misja w ramach europejskiego programu Copernicus, dedykowana pomiarom składu atmosfery. Zamiast być samodzielnym satelitą, Sentinel-5 jest zaawansowanym spektrometrem obrazującym umieszczonym na satelitach meteorologicznych drugiej generacji MetOp-SG typu A. Pierwszy taki satelita, MetOp-SG-A1, wszedł na polarną orbitę heliosynchroniczną na wysokości około 830 kilometrów 13 sierpnia 2025 r. i każdego dnia przelatuje nad całą planetą od bieguna do bieguna, rejestrując ślady gazów i aerozoli na całym świecie.

Na MetOp-SG-A1 Sentinel-5A pracuje w towarzystwie szeregu innych instrumentów – od sond podczerwonych i mikrofalowych po zaawansowane czujniki obrazowe – dzięki czemu łączy się informacje o temperaturze, wilgotności, chmurach i właściwościach powierzchni z bardzo precyzyjnymi danymi o składzie powietrza. W nadchodzących latach ten sam typ instrumentu zostanie zainstalowany również w kolejnych satelitach serii MetOp-SG typu A, co zapewnia ciągły szereg pomiarów, który rozciągnie się daleko w lata 40. XXI wieku.

Misją zarządzają Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) i EUMETSAT, podczas gdy dane są wykorzystywane w ramach usług programu Copernicus do monitorowania atmosfery i klimatu, ale także w krajowych służbach meteorologicznych i środowiskowych w całej Europie i na świecie. W przeciwieństwie do geostacjonarnej misji Sentinel-4, która monitoruje Europę i północną Afrykę ze stałego punktu nad równikiem, Sentinel-5 zapewnia globalny obraz całej Ziemi każdego dnia, co umożliwia monitorowanie zanieczyszczenia powietrza i gazów cieplarnianych na poziomie planetarnym.

Jak Sentinel-5 „widzi” niewidzialne gazy

Sercem misji Sentinel-5A jest wysokorozdzielczy spektrometr obrazujący pracujący w siedmiu zakresach widmowych – od ultrafioletowej i widzialnej części widma do bliskiej i krótkofalowej podczerwieni. Instrument mierzy, jak Ziemia i atmosfera odbijają i rozpraszają światło słoneczne, a z drobnych różnic w widmie naukowcy rekonstruują ilość różnych gazów wzdłuż linii obserwacji.

W ten sposób Sentinel-5A może codziennie mierzyć stężenia szeregu kluczowych składników powietrza: ozonu, dwutlenku azotu, dwutlenku siarki, formaldehydu, glioksalu, tlenku węgla i metanu, a także właściwości aerozoli oraz indeks UV. Szerokość obrazowania jest wystarczająco duża, aby pokryć niemal całą planetę w ciągu zaledwie jednego dnia, podczas gdy rozdzielczość przestrzenna jest dostosowana tak, aby wyraźnie rozdzielić miejskie ogniska zanieczyszczeń, duże strefy przemysłowe i odległe obszary, gdzie przeważają naturalne źródła gazów.

Podejście to rozbudowuje dziedzictwo instrumentów takich jak GOME, SCIAMACHY i Sentinel-5P (TROPOMI), ale przy większej liczbie kanałów widmowych, poprawionej stabilności i precyzyjniejszej kalibracji. Dzięki temu Sentinel-5 stanie się odniesieniem dla długoterminowego monitorowania zmian w składzie atmosfery, w tym trendów gazów cieplarnianych i śladów zanieczyszczeń z miast, energetyki, przemysłu i transportu.

Pierwsze globalne obrazy ozonu: spojrzenie na tarczę ochronną Ziemi

Pierwszym opublikowanym obrazem Sentinel-5A jest globalna mapa całkowitego ozonu zarejestrowana 13 października 2025 r. Mapa przedstawia całkowitą kolumnę ozonu, co oznacza, że mierzona jest ilość ozonu zsumowana przez całą grubość atmosfery nad każdym punktem na Ziemi. Chociaż część ozonu występuje również w warstwach przyziemnych, gdzie działa jako szkodliwe zanieczyszczenie, całkowita kolumna jest w dużej mierze określana przez ozon stratosferyczny – warstwę ochronną na wysokości 15–35 kilometrów, która pochłania większość promieniowania ultrafioletowego Słońca.

Na mapie Sentinel-5A bardzo wyraźnie wyróżnia się dziura ozonowa nad Antarktydą, obszar, w którym wartości kolumny ozonu spadają poniżej 220 jednostek Dobsona. Jest to próg często używany jako operacyjna definicja dziury ozonowej. O tej porze roku, podczas antarktycznej wiosny, dziura ozonowa tradycyjnie rozszerza się i pogłębia z powodu reakcji chemicznych napędzanych przez chlor i brom ze związków, które w przeszłości były emitowane do atmosfery.

Stosowanie substancji zubożających warstwę ozonową, takich jak chlorofluorowęglowodory, zostało zakazane przez międzynarodowy Protokół Montrealski pod koniec lat 80. XX wieku. Jednak związki te przetrwają w atmosferze przez dziesięciolecia, więc regeneracja warstwy ozonowej jest powolna i stopniowa. Długoterminowe serie pomiarowe pokazują, że oznaki regeneracji pojawiają się dopiero w ostatnich latach, a Sentinel-5A przejmuje teraz część odpowiedzialności za kontynuację tej globalnej „karty zdrowia” warstwy ozonowej.

Łącząc nowe dane Sentinel-5A z archiwum poprzednich misji, naukowcy mogą precyzyjniej śledzić, jak szybko ozon wraca do wartości sprzed intensywnego zanieczyszczenia, odróżniać naturalne wahania od długoterminowych trendów i weryfikować skuteczność umów międzynarodowych.

Dwutlenek azotu: ślad działalności człowieka nad Bliskim Wschodem

Drugi przedstawiony obraz pokazuje pionową kolumnę dwutlenku azotu (NO₂) nad Bliskim Wschodem, również zarejestrowaną 13 października 2025 r. Na mapie wyraźnie widać „gorące punkty” w pobliżu dużych miast, rafinerii ropy i gazu, elektrowni cieplnych oraz zakładów metalurgicznych. Dodatkowe ogniska podążają za głównymi korytarzami transportowymi, gdzie intensywny ruch drogowy i morski bezpośrednio przyczynia się do emisji tlenków azotu.

Dwutlenek azotu jest jednym z najważniejszych gazów, gdy mówimy o zanieczyszczeniu powietrza w miastach. Powstaje przede wszystkim ze spalania paliw kopalnych – w silnikach samochodów i ciężarówek, w kominach elektrowni, zakładów przemysłowych, ale także w gospodarstwach domowych używających kuchenek gazowych lub ogrzewania paliwami kopalnymi. W atmosferze bierze udział w tworzeniu ozonu przyziemnego i cząstek wtórnych, pogarszając smog i wpływając na zdrowie układu oddechowego.

Na obszarze Bliskiego Wschodu Sentinel-5A po raz pierwszy umożliwia obserwowanie tych emisji w sposób jednolity, dzień po dniu, ponad granicami państwowymi. Jest to szczególnie ważne w regionie, gdzie ruch morskich tankowców, rozwój przemysłu i szybka urbanizacja prowadzą do złożonej mozaiki źródeł zanieczyszczeń. Dane z Sentinel-5 będą mogły być bezpośrednio wykorzystywane w modelach jakości powietrza, ale także do weryfikacji deklarowanych emisji z sektora energetycznego i przemysłowego.

Na mapie widoczne są również części, gdzie sygnał jest mniej wyraźny lub „wycięty” – najczęściej chodzi o obszary pokryte chmurami. Ponieważ chmury zasłaniają widok instrumentów na warstwy powietrza blisko powierzchni, w takich przypadkach dane o NO₂ nie mogą być wiarygodnie obliczone, a obszary te są oznaczane jako niepokryte lub niewiarygodne. Systemy przetwarzania danych dostarczają zatem wraz z wielkościami fizycznymi także informacje o jakości i wiarygodności każdego piksela.

Wysokie stężenia dwutlenku azotu nad Republiką Południowej Afryki

Trzeci opublikowany obraz dwutlenku azotu koncentruje się na Republice Południowej Afryki. Podwyższone wartości NO₂ szczególnie wyróżniają się nad regionem Highveld, gdzie skoncentrowana jest większość południowoafrykańskich elektrowni węglowych oraz duża liczba kopalń i przemysłu ciężkiego. Na tym obszarze emisje z sektora energetycznego stanowią trzon lokalnego zanieczyszczenia powietrza, a pomiary satelitarne zapewniają zewnętrzny, niezależny pogląd na poziom tych emisji.

W połączeniu z pomiarami naziemnymi z sieci stacji państwowych i regionalnych, dane Sentinel-5 umożliwią bardziej szczegółową ocenę wpływu sektora energetycznego na jakość powietrza i zdrowie ludności, ale także na zobowiązania klimatyczne państw opierających się na węglu. Wysokie poziomy NO₂ są często powiązane także z emisjami innych zanieczyszczeń, takich jak dwutlenek siarki i cząstki zawieszone, które wspólnie przyczyniają się do powstawania kwaśnych deszczy, zamglenia atmosfery i problemów oddechowych.

Formaldehyd nad Afryką: ślad pożarów i wegetacji

Czwarty obraz Sentinel-5A pokazuje pionową kolumnę formaldehydu (HCHO) nad Afryką 13 października 2025 r. Podwyższone stężenia wzdłuż północno-zachodniego wybrzeża Angoli są związane z pożarami roślinności i rolniczym wypalaniem ściernisk, podczas gdy zwiększone poziomy nad Republiką Środkowoafrykańską pochodzą z kombinacji pożarów i naturalnych emisji z wegetacji w lasach tropikalnych.

Formaldehyd to reaktywny, potencjalnie rakotwórczy gaz, który w atmosferze działa również jako pośredni wskaźnik obecności innych związków spalinowych, zwłaszcza lotnych związków organicznych (LZO). Część formaldehydu powstaje bezpośrednio w pożarach, a część w wyniku reakcji chemicznych innych gazów organicznych emitowanych przez rośliny lub działalność ludzką. Właśnie dlatego monitorowanie formaldehydu z kosmosu pomaga naukowcom lepiej zrozumieć, jak zmienia się chemia troposfery nad obszarami z intensywnymi pożarami lub bujną roślinnością.

Ponieważ formaldehyd jest często skoncentrowany blisko powierzchni, chmury mają jeszcze większy wpływ na pokrycie danych niż w przypadku niektórych innych gazów. W obszarach częściowego zachmurzenia algorytmy przetwarzania danych mogą wprowadzać błędy systematyczne, więc pierwsze produkty formaldehydu z Sentinel-5A są oznaczone jako wstępne. W miarę udoskonalania kalibracji i modeli przetwarzania, oczekuje się poprawy dokładności i zwiększenia spójności przestrzennej tych map.

Dwutlenek siarki nad wulkanem Kluczewska Sopka

Piąty obraz, który wyróżnili eksperci, przedstawia chmurę dwutlenku siarki (SO₂) nad wulkanem Kluczewska Sopka na półwyspie Kamczatka, na dalekim wschodzie Rosji. Jest to jeden z najaktywniejszych wulkanów na świecie, który wybuchał ponad pięćdziesiąt razy od początku XVIII wieku. Nawet poza szczytami erupcyjnymi, z krateru często stale wydobywają się gazy i dym.

Sentinel-5A bardzo wyraźnie wychwytuje wąską, ale intensywną chmurę dwutlenku siarki, która ciągnie się z wiatrem na setki kilometrów od źródła. Dwutlenek siarki w atmosferze może powodować podrażnienie dróg oddechowych, a długotrwała obecność wysokich stężeń prowadzi do zwiększonego ryzyka chorób układu oddechowego i sercowo-naczyniowego. SO₂ jest jednocześnie prekursorem kwaśnych deszczy, ponieważ w atmosferze utlenia się i tworzy cząstki siarczanowe.

Dla wulkanologów i służb ochrony ludności takie pomiary mają podwójną wartość. Z jednej strony pomagają przy wydawaniu ostrzeżeń dla ruchu lotniczego, ponieważ chmury gazu i pyłu wulkanicznego mogą uszkodzić silniki odrzutowe. Z drugiej strony, serie map SO₂ umożliwiają ocenę, jak bardzo emisje wulkaniczne przyczyniają się do całkowitej ilości siarki w atmosferze w porównaniu z przemysłem i energetyką.

Fałszywe barwy promieniowania Ziemi: kontrola zdrowia instrumentów

Ostatni wyróżniony obraz z pierwszego zestawu danych pokazuje promieniowanie Ziemi w okresie od 5 do 6 października 2025 r. Jest to kompozyt w fałszywych barwach, w którym różnym kanałom przypisano składową czerwoną, zieloną i niebieską, co daje globalną mapę, na której wyraźnie rozróżnia się kontynenty, oceany i chmury. W przeciwieństwie do specjalistycznych map poszczególnych gazów, ten obraz służy przede wszystkim do sprawdzania ogólnego „zdrowia” instrumentu.

Takie kontrole są kluczowe we wczesnej fazie misji, kiedy instrument jest jeszcze kalibrowany i kiedy algorytmy do przekształcania surowych pomiarów w produkty geofizyczne (np. stężenia gazów) są intensywnie testowane. Poprzez porównanie tych zdjęć z danymi z innych satelitów i modeli, zespoły w ESA, EUMETSAT i instytucjach partnerskich potwierdzają, że Sentinel-5A poprawnie mierzy intensywność i kształt widmowy promieniowania w całym polu widzenia.

Dopiero gdy takie „inżynieryjne” testy zostaną zakończone i potwierdzona zostanie długoterminowa stabilność instrumentu, produkty takie jak mapy ozonu, dwutlenku azotu czy formaldehydu są ogłaszane jako operacyjne i gotowe do użycia w oficjalnych systemach prognoz i ostrzegania.

Komplementarne spojrzenie z Sentinel-4 i dziedzictwo Sentinel-5P

Sentinel-5 nie działa w próżni – ani dosłownie, ani w przenośni. Na orbicie geostacjonarnej nad Europą od 2025 r. działa misja Sentinel-4, która co godzinę mierzy kluczowe gazy nad Europą i północną Afryką. Zapewnia ona wyjątkowo dobrą rozdzielczość czasową nad jedną częścią świata, podczas gdy Sentinel-5 na orbicie polarnej codziennie pokrywa całą planetę. Razem tworzą system, który może jednocześnie śledzić krótkotrwałe epizody zanieczyszczenia i długoterminowe trendy globalne.

Do tego obrazu nawiązuje również Sentinel-5P (Precursor), który od 2017 roku dostarczał bardzo szczegółowe mapy gazów takich jak NO₂, SO₂, CH₄ i CO. Dane Sentinel-5P pozostają kluczowe dla analizy okresu przed 2025 rokiem, podczas gdy Sentinel-5A i jego następcy przejmą rolę nośników statystyki atmosferycznej w dekadach, które nadejdą. Ciągłość między tymi misjami ma kluczowe znaczenie dla wszystkich badań naukowych zajmujących się trendami klimatycznymi, długoterminowymi zmianami w jakości powietrza i skutkami umów międzynarodowych o redukcji emisji.

Długoterminowa misja dla polityki, nauki i zdrowia publicznego

Wraz z planowanym czasem pracy satelitów MetOp-SG i serią instrumentów Sentinel-5 na wielu kolejnych platformach, oczekuje się, że misja będzie dostarczać kluczowych danych przez co najmniej dwie dekady. Taki zakres czasowy umożliwia wyraźne oddzielenie krótkoterminowych oscylacji – takich jak zmiany sezonowe lub pojedyncze epizody smogu – od powolnych, ale ważnych trendów związanych ze zmianami klimatu i zmianami w miksie energetycznym.

Dane Sentinel-5 są już włączone do systemów prognozowania jakości powietrza i indeksu UV, gdzie uzupełniają pomiary naziemne i modele numeryczne. Gdy mapy ozonu, dwutlenku azotu, cząstek i innych składników powietrza zostaną włączone do modeli operacyjnych, służby meteorologiczne i środowiskowe mogą terminowo wydawać obywatelom ostrzeżenia o podwyższonym poziomie zanieczyszczenia, porady dla grup wrażliwych i zalecenia dotyczące ograniczenia ekspozycji.

Jednocześnie szczegółowe informacje o rozkładzie przestrzennym i ewolucji gazów służą jako ważne narzędzie dla decydentów. Państwa i regiony mogą porównywać rzeczywiste stężenia i szacowane emisje z celami zdefiniowanymi przez europejskie dyrektywy o jakości powietrza i plany klimatyczne. W praktyce oznacza to, że pomiary satelitarne będą coraz częściej służyć jako dodatkowy „niezależny sędzia”, który pokazuje, na ile krajowe inwentaryzacje emisji i zapowiedziane środki są zgodne z tym, co rzeczywiście dzieje się w atmosferze.

Od pierwszych obrazów do służby operacyjnej

Chociaż Sentinel-5A jest jeszcze w fazie odbioru, pierwsze obrazy ozonu, dwutlenku azotu, formaldehydu, dwutlenku siarki i promieniowania Ziemi pokazują, że instrument działa zgodnie z oczekiwaniami. Inżynierowie i naukowcy kontynuują teraz precyzyjną kalibrację, porównują dane z pomiarami naziemnymi i innymi satelitami oraz udoskonalają algorytmy, za pomocą których z widm wyprowadza się wielkości atmosferyczne.

W miarę jak przetwarzanie danych będzie się stabilizować, Sentinel-5 stanie się standardowym źródłem informacji wejściowych dla badań klimatycznych, modeli prognoz jakości powietrza, ostrzeżeń zdrowotnych o promieniowaniu UV i monitorowania globalnych emisji gazów cieplarnianych. Pierwsze opublikowane produkty to zaledwie zapowiedź tego, co misja przyniesie w ciągu swojego długiego życia operacyjnego – ciągły, bezprecedensowy globalny nadzór atmosfery, w służbie nauki, zdrowia publicznego, ochrony środowiska i gospodarki.