Innowacyjna misja amerykańskiej agencji kosmicznej NASA, znana pod akronimem PREFIRE, otrzymała zielone światło na przedłużenie swojej działalności do września 2026 roku. Ta znacząca decyzja nie tylko wydłuża żywotność misji, ale także radykalnie rozszerza jej zakres naukowy. Początkowo skupiona wyłącznie na obszarach polarnych Ziemi, misja skieruje teraz swoje precyzyjne instrumenty na monitorowanie całej planety. Składająca się z pary miniaturowych satelitów, tak zwanych CubeSatów, wielkości pudełka na buty, PREFIRE ma kluczowe zadanie: zmierzyć zdolność pary wodnej, chmur i innych kluczowych elementów atmosfery i powierzchni Ziemi do zatrzymywania ciepła, które w przeciwnym razie zostałoby wypromieniowane w kosmos. Zebrane dane stanowią bezcenne źródło, które pozwoli naukowcom na znaczną poprawę modeli klimatycznych i dokładności prognoz pogody, w tym przewidywania siły i częstotliwości burz.

Zrozumienie termostatu Ziemi

Wystrzelona wiosną 2024 roku misja PREFIRE (Polar Radiant Energy in the Far-InfraRed Experiment) rozpoczęła precyzyjne pomiary promieniowania cieplnego, które nasza planeta emituje w kosmos nad Arktyką i Antarktydą. Mechanizm stojący za globalnym klimatem jest w zasadzie prosty, ale w szczegółach niezwykle złożony. Ziemia pochłania ogromną ilość energii słonecznej, głównie w rejonach tropikalnych. To ciepło jest następnie transportowane w kierunku biegunów, które otrzymują znacznie mniej bezpośredniego światła słonecznego, za pośrednictwem złożonych systemów wiatrów, wzorców pogodowych i prądów oceanicznych. Pokrywy lodowe, pokrywa śnieżna, chmury i inne elementy środowiska polarnego następnie wypromieniowują część tego napływającego ciepła z powrotem w kosmos. Duża część tego procesu odbywa się w formie promieniowania dalekiej podczerwieni. Różnica między ilością ciepła, którą Ziemia pochłania w tropikach, a ilością, którą wypromieniowuje z biegunów, jest kluczowym czynnikiem wpływającym na globalną temperaturę planety, napędzając dynamiczne systemy klimatyczne i pogodowe, których doświadczamy na co dzień.

To właśnie pomiar energii w spektrum dalekiej podczerwieni czyni misję PREFIRE wyjątkową. Jest to część spektrum elektromagnetycznego, której dotychczasowe misje nie były w stanie szczegółowo zmierzyć, a stanowi ona "krytyczne brakujące ogniwo" w naszym rozumieniu budżetu energetycznego Ziemi. Bez tych danych nasze modele klimatyczne charakteryzowały się znaczną niepewnością. PREFIRE bezpośrednio rozwiązuje ten problem, dostarczając dane, które pozwolą na kalibrację i udoskonalenie prognoz dotyczących przyszłych zmian klimatycznych.

Zaawansowana technologia w sercu misji

W samym sercu misji znajduje się para niezwykle zaawansowanych spektrometrów, zaprojektowanych i zbudowanych przez Laboratorium Napędu Odrzutowego (JPL) NASA w Południowej Kalifornii. Instrumenty te są przeznaczone do pomiaru długości fal światła w dalekim podczerwieni spektrum elektromagnetycznego. Ich czułość jest rewolucyjna – są w stanie wykryć dziesięć razy więcej różnych długości fal w tym spektrum w porównaniu z jakimkolwiek podobnym instrumentem, który do tej pory znajdował się w kosmosie. Ta niezwykła precyzja zapewnia badaczom bezprecedensowy wgląd w kluczowe procesy zachodzące na powierzchni Ziemi i w atmosferze. Obejmuje to szczegółowe monitorowanie topnienia i tworzenia się lodu powierzchniowego, topnienia i akumulacji śniegu oraz zmian w gęstości i rodzaju pokrywy chmur.

Brian Drouin, naukowiec projektu misji PREFIRE w JPL, podkreślił znaczenie tych pomiarów: "Satelity PREFIRE pokazują, że przy tych dłuższych falach ilość promieniowania uciekającego w kosmos może różnić się nawet o 5 procent w zależności od rodzaju lodu. Pomiary, które obserwują te same obszary, ale przy krótszych falach, po prostu nie wykazują tej różnicy." Te dane ilustrują potęgę nowej technologii i jej zdolność do wykrywania subtelnych, ale krytycznych różnic w systemie Ziemi, które dotychczas były ukryte.

Rozszerzenie uwagi na obraz globalny

Chociaż CubeSaty misji PREFIRE od samego początku zbierały dane o całej planecie, zespół naukowy w fazie podstawowej misji skoncentrował swoją analizę na obszarach polarnych. Wraz z przedłużeniem misji, ten fokus zostanie teraz rozszerzony, aby objąć dane z reszty świata. To rozszerzenie otwiera drzwi do zupełnie nowych możliwości naukowych i zastosowań.

Tristan L’Ecuyer, główny badacz misji z Uniwersytetu Wisconsin–Madison, wyjaśnił nowe cele: "Mamy zdolność zbierania danych dla całego świata, nie tylko dla biegunów. To, co będziemy teraz mogli zrobić, to analizować wielkość cząstek lodu w chmurach, co bezpośrednio wpływa na wymianę energii między Ziemią a kosmosem." Dalej wyjaśnił praktyczne implikacje: "Będziemy mogli włączyć te dane do modeli prognozowania pogody, aby poprawić prognozy i pogłębić nasze zrozumienie sposobu, w jaki wilgoć krąży po planecie, co bezpośrednio wpływa na to, gdzie tworzą się burze i jak rozkłada się opad na całym świecie." Ta globalna perspektywa pozwoli naukowcom połączyć procesy w tropikach z tymi na biegunach, tworząc kompletny obraz globalnego systemu klimatycznego.

Wyjątkowa orbita dla wyjątkowych wglądów

Dwa satelity misji PREFIRE znajdują się na tak zwanej asynchronicznej orbicie okołobiegunowej. Oznacza to, że oba satelity przelatują w pobliżu biegunów podczas każdego przejścia, ale w odstępie kilku godzin jeden od drugiego. Taki projekt orbity nie jest przypadkowy; zapewnia kluczową przewagę. Pozwala na uzyskanie dwóch "migdawek" tego samego obszaru w stosunkowo krótkim okresie czasu, co daje naukowcom wgląd w zjawiska zachodzące w krótkich skalach czasowych. Na przykład, pozwala na monitorowanie tymczasowych skutków pokrywy chmur na temperaturę powierzchni pod nią, a także dobowe cykle zamarzania i topnienia lodu. Ta zdolność do śledzenia szybkich zmian jest kluczowa dla zrozumienia dynamiki systemu Ziemi, zamiast uzyskiwania jedynie statycznego obrazu.

Misja PREFIRE jest prowadzona przez Laboratorium Napędu Odrzutowego (JPL) NASA dla Dyrekcji Misji Naukowych agencji, a także dostarczyło kluczowe spektrometry. Firma Blue Canyon Technologies zbudowała same platformy CubeSat, podczas gdy Uniwersytet Wisconsin–Madison przetwarza ogromne ilości danych, które zbierają instrumenty. Udany start obu CubeSatów został przeprowadzony przez firmę Rocket Lab USA Inc. z jej kompleksu startowego 1 w Nowej Zelandii w maju i czerwcu 2024 roku, co oznaczało początek nowej ery w obserwacji naszej planety.