Inovativna misija američke svemirske agencije NASA, poznata pod akronimom PREFIRE, dobila je zeleno svjetlo za produljenje svojeg djelovanja sve do rujna 2026. godine. Ova značajna odluka ne samo da produljuje životni vijek misije, već i dramatično proširuje njezin znanstveni opseg. Inicijalno fokusirana isključivo na Zemljina polarna područja, misija će sada svoje precizne instrumente usmjeriti na praćenje cijelog planeta. Sastavljena od para minijaturnih satelita, takozvanih CubeSatova, veličine kutije za cipele, PREFIRE ima ključni zadatak: izmjeriti kapacitet vodene pare, oblaka i drugih ključnih elemenata Zemljine atmosfere i površine za zadržavanje topline koja bi inače zračila u svemir. Prikupljeni podaci predstavljaju neprocjenjiv resurs koji će znanstvenicima omogućiti značajno poboljšanje klimatskih modela i preciznosti vremenskih prognoza, uključujući predviđanje jačine i učestalosti oluja.

Razumijevanje Zemljinog termostata

Lansirana tijekom proljeća 2024. godine, misija PREFIRE (Polar Radiant Energy in the Far-InfraRed Experiment) započela je s preciznim mjerenjima toplinskog zračenja koje naš planet emitira u svemir iznad Arktika i Antarktike. Mehanizam koji stoji iza globalne klime u osnovi je jednostavan, ali u detaljima iznimno složen. Zemlja apsorbira golemu količinu Sunčeve energije, ponajviše u tropskim područjima. Ta se toplina zatim, putem složenih sustava vjetrova, vremenskih obrazaca i oceanskih struja, transportira prema polovima, koji primaju znatno manje izravne Sunčeve svjetlosti. Ledene ploče, snježni pokrivač, oblaci i drugi elementi polarnog okoliša potom dio te pristigle topline zrače natrag u svemir. Velik dio tog procesa odvija se u obliku dalekog infracrvenog zračenja. Razlika između količine topline koju Zemlja apsorbira u tropima i količine koju izrači s polova ključan je faktor koji utječe na globalnu temperaturu planeta, pokrećući dinamične sustave klime i vremena koje doživljavamo svakodnevno.

Upravo je mjerenje energije u dalekom infracrvenom spektru ono što misiju PREFIRE čini jedinstvenom. To je dio elektromagnetskog spektra koji dosadašnje misije nisu mogle detaljno izmjeriti, a predstavlja "kritičnu kariku koja nedostaje" u našem razumijevanju Zemljinog energetskog proračuna. Bez tih podataka, naši klimatski modeli imali su značajnu nesigurnost. PREFIRE izravno adresira taj nedostatak, pružajući podatke koji će omogućiti kalibraciju i usavršavanje predviđanja o budućim klimatskim promjenama.

Napredna tehnologija u srcu misije

U samoj srži misije nalazi se par iznimno naprednih spektrometara, koje je osmislio i izradio NASA-in Laboratorij za mlazni pogon (JPL) u Južnoj Kaliforniji. Ovi instrumenti dizajnirani su za mjerenje valnih duljina svjetlosti u dalekom infracrvenom području elektromagnetskog spektra. Njihova osjetljivost je revolucionarna – sposobni su detektirati čak deset puta više različitih valnih duljina u tom spektru u usporedbi s bilo kojim sličnim instrumentom koji je dosad bio u svemiru. Ta izvanredna preciznost pruža istraživačima dosad neviđen uvid u ključne procese koji se odvijaju na Zemljinoj površini i u atmosferi. To uključuje detaljno praćenje topljenja i formiranja površinskog leda, otapanja i akumulacije snijega te promjena u gustoći i vrsti oblačnog pokrivača.

Brian Drouin, projektni znanstvenik misije PREFIRE u JPL-u, istaknuo je važnost ovih mjerenja: "Sateliti PREFIRE pokazuju da se na ovim dužim valnim duljinama količina zračenja koja odlazi u svemir može razlikovati od jedne vrste leda do druge za čak 5 posto. Mjerenja koja promatraju ista područja, ali na kraćim valnim duljinama, jednostavno ne pokazuju tu razliku." Ovaj podatak ilustrira moć nove tehnologije i njezinu sposobnost da otkrije suptilne, ali kritične razlike u Zemljinom sustavu koje su dosad bile skrivene.

Proširenje fokusa na globalnu sliku

Iako su CubeSatovi misije PREFIRE od samog početka prikupljali podatke o cijelom planetu, znanstveni tim je tijekom primarne faze misije svoju analizu koncentrirao na polarna područja. S produljenjem misije, taj će se fokus sada proširiti kako bi se obuhvatili podaci iz ostatka svijeta. Ovo proširenje otvara vrata potpuno novim znanstvenim mogućnostima i primjenama.

Tristan L’Ecuyer, glavni istraživač misije sa Sveučilišta Wisconsin–Madison, objasnio je nove ciljeve: "Imamo kapacitet prikupljanja podataka za cijeli svijet, ne samo za polove. Ono što ćemo sada moći učiniti jest analizirati veličinu čestica leda u oblacima, što izravno utječe na razmjenu energije između Zemlje i svemira." Dalje je pojasnio praktične implikacije: "Moći ćemo ugraditi te podatke u modele za predviđanje vremena kako bismo poboljšali prognoze i unaprijedili naše razumijevanje načina na koji vlaga kruži planetom, što direktno utječe na to gdje se oluje formiraju i kako se oborine raspoređuju diljem svijeta." Ova globalna perspektiva omogućit će znanstvenicima da povežu procese u tropima s onima na polovima, stvarajući cjelovitu sliku globalnog klimatskog sustava.

Jedinstvena orbita za jedinstvene uvide

Dva satelita misije PREFIRE nalaze se u onome što se naziva asinkrona blizu-polarna orbita. To znači da oba satelita putuju blizu polova pri svakom prolasku, ali u vremenskom razmaku od nekoliko sati jedan od drugoga. Ovakav orbitalni dizajn nije slučajan; on pruža ključnu prednost. Omogućuje dobivanje dviju "snimki" istog područja u relativno kratkom vremenskom razdoblju, što znanstvenicima daje uvid u fenomene koji se događaju na kratkim vremenskim skalama. Primjerice, omogućuje praćenje privremenih učinaka oblačnog pokrivača na temperaturu površine ispod njega, kao i dnevne cikluse smrzavanja i otapanja leda. Ova sposobnost praćenja brzih promjena ključna je za razumijevanje dinamike Zemljinog sustava, umjesto da se dobije samo statična slika.

Misiju PREFIRE vodi NASA-in Laboratorij za mlazni pogon (JPL) za Znanstvenu misijsku upravu agencije, a također je osigurao i ključne spektrometre. Tvrtka Blue Canyon Technologies izgradila je same CubeSat platforme, dok Sveučilište Wisconsin–Madison obrađuje goleme količine podataka koje instrumenti prikupljaju. Uspješno lansiranje oba CubeSata izvela je tvrtka Rocket Lab USA Inc. sa svojeg lansirnog kompleksa 1 na Novom Zelandu tijekom svibnja i lipnja 2024. godine, označivši početak nove ere u promatranju našeg planeta.