MIT upozorava: bez više satelita ne vidimo stvarni klimatski učinak avionskih kondenzacijskih tragova

MIT: Više očiju na nebu otkriva koliko kondenzacijski tragovi avionâ zagrijavaju planet

Novi rad istraživača s Massachusetts Institute of Technology (MIT) otvara važno poglavlje u raspravi o klimatskom utjecaju zračnog prometa. Analizom satelitskih snimaka znanstvenici su pokazali da sateliti u geostacionarnoj orbiti, na koje se danas najviše oslanjamo, propuštaju oko 80 posto kondenzacijskih tragova (contrailsa) koji su vidljivi s preciznijih satelita u niskoj Zemljinoj orbiti. Zaključak je jasan: bez „više očiju na nebu“ teško je točno procijeniti koliko zrakoplovstvo uistinu zagrijava atmosferu – i kako taj učinak možemo brzo smanjiti.

Kondenzacijski tragovi nastaju kada se vrući ispušni plinovi mlaznih motora susretnu s hladnim i vlažnim slojevima zraka. Ledeni kristali koji se tada stvaraju formiraju tanke bijele pruge iza aviona, a u pogodnim atmosferskim uvjetima te pruge se mogu pretvoriti u široke, dugotrajne oblake koji satima prekrivaju velika područja neba. Iako se na prvi pogled čine bezazlenima, recentne znanstvene analize pokazuju da bi contrailsi mogli biti odgovorni za približno polovicu ukupnog klimatskog učinka zrakoplovstva, usporedivo s utjecajem emisija CO₂ iz istog sektora.

U trenutku kada Europa i ostatak svijeta pojačavaju pritisak na dekarbonizaciju zračnog prometa, MIT-ova studija dolazi kao upozorenje i prilika istodobno: ako želimo ozbiljno primijeniti strategije izbjegavanja klimatski najštetnijih tragova, prvo moramo znati koliko ih ima, gdje nastaju i koliko dugo traju. A za to se, pokazuje se, više ne možemo oslanjati na samo jedan tip satelita.

Kondenzacijski tragovi kao skrivena emisija zrakoplovstva

Klimatski utjecaj zrakoplovstva dugo je bio poistovjećen gotovo isključivo s emisijama ugljikova dioksida. No tijekom posljednjih desetak godina raste znanstveni konsenzus da ne-CO₂ učinci – prije svega kondenzacijski tragovi i oblaci nastali njihovom evolucijom – mogu imati jednako velik, a u kraćem vremenskom horizontu čak i veći doprinos zagrijavanju planeta od samog CO₂. Analize međunarodnih organizacija za zračni promet procjenjuju da je radiativni učinak contrailsa po veličini usporediv s učincima emisija CO₂ iz zrakoplovstva.

Ključni problem je u tome što nisu svi kondenzacijski tragovi jednaki. Mnogi se raspadnu u nekoliko minuta i imaju ograničen ili čak blago rashlađujući učinak jer reflektiraju dio Sunčeve energije natrag u svemir. Drugi, osobito oni koji nastaju u noćnim i zimskim uvjetima, mogu se zadržati satima i djelovati poput toplinske deke koja zarobljava dugovalno zračenje s površine planeta. Znanstveni radovi ukazuju da relativno mali broj letova – svega nekoliko postotaka – generira većinu ukupnog zagrijavajućeg učinka contrailsa, dok većina tragova ima mnogo manji utjecaj na klimu.

Zbog toga se izbjegavanje contrailsa sve češće spominje kao „brza pobjeda“ u klimatskoj politici zrakoplovstva. Procjene pokazuju da bi optimizirano preusmjeravanje vrlo malog broja letova kroz nekoliko stotina metara drugačije visine leta moglo prepoloviti klimatsko zagrijavanje uzrokovano contrailsima, uz tek marginalno povećanje potrošnje goriva i troška po karti. No da bi takve mjere bile učinkovite, potrebno je pouzdano prepoznati područja atmosfere u kojima će trajni, klimatski najštetniji tragovi uopće nastati. Tu na scenu stupaju sateliti.

Zašto su sateliti ključni za „prognozu contrailsa“

Većina dosadašnjih istraživanja kondenzacijskih tragova oslanjala se na snimke geostacionarnih satelita. Ti sateliti „stoje“ nad istom točkom Zemlje na visini od oko 36 tisuća kilometara i neprekidno snimaju veliko područje, s novim kadrom svaka nekoliko minuta. U praksi to znači da meteorološke službe, zrakoplovne vlasti i istraživači dobivaju kontinuiranu sliku razvoja oblaka, oluja i visokih ledenih oblaka, među koje spadaju i razvijeni contrailsi.

Ipak, takva prostorna i vremenska pokrivenost dolazi uz cijenu – ograničenu razlučivost. S obzirom na udaljenost geostacionarnih satelita, pojedini pikseli u snimci mogu predstavljati nekoliko kilometara na tlu. To je dovoljno da se jasno vide veliki, rašireni tragovi i oblačne strukture, ali ne i najranije faze nastanka contrailsa, kada su tragovi još kratki i tanki, upravo u trenutku kada izlaze iz motora avionskog mlaza.

S druge strane, sateliti u niskoj Zemljinoj orbiti (LEO) – poput onih opremljenih instrumentom VIIRS – orbitiraju na visinama od nekoliko stotina kilometara i prelijeću Zemlju u uskim trakama. Njihove snimke imaju znatno finiju prostornu razlučivost te mogu razabrati znatno tanje i kraće strukture u atmosferi. No LEO sateliti isti dio Zemlje nadlijeću tek jednom ili nekoliko puta dnevno, što znači da ne pružaju kontinuirani nadzor nad razvojem oblaka i contrailsa iz minute u minutu.

U praksi su se geostacionarni sateliti nametnuli kao „radni konji“ sustava za detekciju kondenzacijskih tragova. Upravo na njima se temelje brojni istraživački projekti, kao i eksperimentalni algoritmi koji pokušavaju u realnom vremenu predvidjeti gdje će se pojaviti trajni contrailsi. MIT-ovi istraživači odlučili su testirati koliko je ta slika potpuna – i što propuštamo kada u obzir uzimamo samo geostacionarne snimke.

Što je pokazala MIT-ova usporedba GEO i LEO snimaka

U novom radu objavljenom u časopisu Geophysical Research Letters tim iz MIT-ova Odjela za aeronautiku i astronautiku usporedio je dvije glavne vrste satelitskih opažanja contrailsa. Kao predstavnika geostacionarne platforme uzeli su instrument Advanced Baseline Imager (ABI) na jednom od američkih meteoroloških satelita, dok su kao referencu visoke razlučivosti koristili instrument Visible Infrared Radiometer Suite (VIIRS) s nekoliko satelita u niskoj orbiti.

Istraživači su za svaki mjesec od prosinca 2023. do studenoga 2024. odabrali po jednu snimku kontinentalnog dijela Sjedinjenih Američkih Država zabilježenu instrumentom VIIRS. Zatim su pronašli vremenski što bliže odgovarajuće snimke istog područja s geostacionarnog ABI-ja. Sve snimke bile su u infracrvenom spektru i prikazane u lažnim bojama kako bi se lakše istaknule tanke ledene strukture koje odgovaraju kondenzacijskim tragovima, i danju i noću.

Slijedio je mukotrpan ručni posao: znanstvenici su za svaku snimku ručno pretraživali kadar, zumirali pojedine dijelove i označavali svaki jasno vidljivi contrail. Potom su uspoređivali koliko je od tih tragova prepoznatljivo na geostacionarnim snimkama, a koliko ih je vidljivo samo na LEO snimkama visoke razlučivosti.

Rezultat je bio iznenađujuće jednoznačan. Na snimkama geostacionarnog satelita u prosjeku se nije vidjelo oko 80 posto tragova koji su jasno razlučivi na LEO snimkama. GEO instrumenti puno bolje „hvataju“ duge, široke i razvijene kondenzacijske tragove, dok VIIRS i slični LEO senzori otkrivaju i čitav spektar kraćih, tanjih i „mlađih“ tragova koji su tek izašli iz avionskih motora ili su se tek počeli širiti.

Autori naglašavaju da to ne znači kako je 80 posto klimatskog učinka contrailsa nevidljivo sa Zemljine orbite. Veliki, dugotrajni tragovi koje geostacionarni sateliti ipak bilježe vjerojatno su odgovorni za najveći dio ukupnog zagrijavanja jer ostaju dulje u atmosferi i prekrivaju veće površine. No istodobno činjenica da se golema većina tragova uopće ne vidi u standardnim geostacionarnim proizvodima znači da modeli koji se oslanjaju samo na GEO podatke nužno daju nepotpunu sliku.

MIT-ov tim zato zaključuje kako se, osobito u kontekstu budućih javnih politika i potencijalnih obveza izbjegavanja contrailsa za aviokompanije, ne bismo smjeli oslanjati na jedan instrument ili jednu orbitalnu konfiguraciju. Tek kombinacijom podataka iz geostacionarnih i niskoorbitalnih satelita, uz dopunu opažanjima sa zemlje, moguće je dobiti vjerodostojnu statistiku o tome gdje, kada i koliko često nastaju klimatski relevantni kondenzacijski tragovi.

Od laboratorija do kontrole letenja: može li se contrails izbjeći u praksi?

Ideja da bi piloti, uz pomoć novih meteoroloških prognoza i satelitskih analiza, mogli prilagođavati visinu leta kako bi izbjegli zone pogodne za nastanak trajnih contrailsa više nije čista teorija. Tijekom posljednjih godina provedeni su brojni pokusni letovi u Europi i Sjevernoj Americi u kojima su zrakoplovne kompanije, istraživački instituti i kontrola zračnog prometa testirali operativne „zaobilaznice“ kako bi smanjili nastanak najštetnijih tragova.

Studije pokazuju da mali broj ciljanih promjena putanja – često na samo nekoliko postotaka svih letova – može rezultirati znatnim smanjenjem klimatskog učinka contrailsa. Dio istraživanja sugerira da oko 3 posto globalnih letova stvara približno 80 posto ukupnog zagrijavanja povezanog s kondenzacijskim tragovima. Ako se za te letove unaprijed identificiraju atmosferski slojevi u kojima će nastati trajni, optički debeli tragovi te se letovi preusmjere za nekoliko stotina metara iznad ili ispod tih slojeva, moguće je više od polovice tog učinka ukloniti uz globalno povećanje potrošnje goriva od manje od jedan posto.

Europska agencija za sigurnost zračne plovidbe i istraživački centri poput EUROCONTROL-ova Maastricht Upper Area Control Centre (MUAC) već testiraju kako takva rješenja integrirati u svakodnevni rad kontrolora i planera leta. Ključni izazovi su pouzdanost prognoza, opterećenje zračnog prostora i raspoloživost podataka u stvarnom vremenu. Tu se MIT-ova analiza uklapa kao važan podsjetnik da se kvaliteta prognoze izbjegavanja contrailsa ne može vrednovati bez detaljnog razumijevanja ograničenja samih satelitskih senzora.

Za sada, pilotski projekti uglavnom kombiniraju meteorološke modele, povijesne satelitske snimke i provjeru tijekom samog leta, a rezultati se retroaktivno uspoređuju sa satelitskim opažanjima da bi se vidjelo je li određeni let stvarno proizveo manje trajnih tragova. Ako pritom dio tih tragova ostaje nevidljiv geostacionarnim satelitima, postoji rizik da će se učinkovitost mjera precijeniti ili podcijeniti, ovisno o tome koji se dio statistike zanemaruje.

Europa najavljuje praćenje ne-CO₂ učinaka zračnog prometa

U međuvremenu se politički okvir u Europi ubrzano mijenja. Europska unija je od 2025. počela uvoditi obvezu praćenja i izvještavanja o ne-CO₂ učincima zračnog prometa, uključujući kondenzacijske tragove, za letove unutar Unije. Plan je da se takav nadzor proširi i na međunarodne letove u drugoj polovici desetljeća. Cilj je da se pri procjeni klimatskog otiska zračnih prijevoznika više ne uzimaju u obzir samo emisije ugljikova dioksida, nego i kratkoročni, ali intenzivni učinci poput contrailsa.

Paralelno s europskim inicijativama, na razini Međunarodne organizacije za civilno zrakoplovstvo (ICAO) vodi se rasprava o tome kako u postojeći sustav tržnih mehanizama i standarda, poput globalne sheme CORSIA, bolje ugraditi ne-CO₂ učinke. Iako za sada ne postoji globalno obvezujući okvir za contrails, pritisak znanstvene zajednice i civilnog društva da se taj aspekt uvrsti u nacionalne klimatske planove sve je snažniji, osobito nakon novih studija koje pokazuju da su kondenzacijski tragovi jedan od glavnih pokretača ukupnog klimatskog troška zrakoplovstva.

MIT-ovo istraživanje uklapa se u taj trend kao vrlo konkretan doprinos – pokazuje da je i sama „slika neba“ na kojoj gradimo politike još uvijek nepotpuna. Ako se u budućnosti, primjerice, bude uvodilo plaćanje dodatnih naknada za letove koji ulaze u zone visoke vjerojatnosti nastanka trajnih contrailsa, regulatorima će biti iznimno važno znati koliko su točni sustavi detekcije kojima se služe.

Više senzora, otvoreni podaci i prostor za umjetnu inteligenciju

Autori MIT-ove studije zato zagovaraju pristup koji kombinira geostacionarne i LEO satelite s mrežama kamera na tlu. Pod idealnim uvjetima, zemaljske kamere raspoređene oko većih zračnih koridora mogu u realnom vremenu uočiti trenutak nastanka contrailsa te ga povezati s konkretnim letom i njegovom visinom. Zatim se isti trag može pratiti u narednim satima uz pomoć geostacionarnih satelita kako bi se rekonstruirao njegov „životni ciklus“ – od tankog mlaza iza motora do raširenog oblaka ledenih kristala.

Takav pristup otvara put razvoju znatno preciznijih modela koji bi mogli prognozirati gdje će se u idućim satima stvoriti trajni, klimatski najrelevantniji tragovi. U pozadini je pritom ogromna količina podataka: već danas postoje javno dostupni skupovi ručno identificiranih contrailsa na satelitskim snimkama, namijenjeni upravo treniranju algoritama strojnog učenja. Kada se ti skupovi podataka povežu s detaljnim informacijama o letovima i atmosferskim uvjetima, moguće je razviti modele koji u stvarnom vremenu upozoravaju planere leta i kontrolu zračne plovidbe na zone pojačanog rizika.

Uloga geostacionarnih satelita pritom ne nestaje – naprotiv, oni ostaju ključni izvor kontinuiranih opažanja koji se ne može nadomjestiti. No, kako pokazuju MIT-ovi rezultati, njihova se ograničenja moraju jasno uzeti u obzir: bez dopune podacima iz niskoorbitalnih satelita i s tla, izračun klimatskog učinka zračnog prometa rizikuje da bude sustavno podcijenjen ili pogrešno raspodijeljen među letovima i regijama.

Za zrakoplovnu industriju, koja se već suočava s visokim troškovima dekarbonizacije kroz održiva goriva i buduće niskougljične tehnologije, contrails predstavlja možda najbližu priliku za relativno jeftino smanjenje klimatskog otiska. No MIT-ov tim upozorava da bi bilo preuranjeno uvoditi široke operativne obveze izbjegavanja contrailsa bez čvrste znanstvene podloge i pouzdanih alata za praćenje. Kako naglašavaju autori, tek kombinacijom različitih senzora, preciznih meteoroloških prognoza i sustavne provjere ishoda moguće je razviti strategije koje će doista smanjiti zagrijavanje, a ne samo premjestiti problem s jednog dijela neba na drugi.

Dugoročno, uspjeh ovakvih pristupa ne ovisit će samo o napretku u satelitskoj tehnologiji, nego i o političkoj volji da se novi alati doista uvedu u operativnu praksu. Dok broj letova nastavlja rasti, a klimatski ciljevi postaju sve stroži, pitanje kondenzacijskih tragova iz izlazaka u znanstvenim radovima polako seli u centar rasprave o budućnosti zračnog prometa. Hoće li „više očiju na nebu“ postati i više stvarne klimatske odgovornosti, sada je prije svega pitanje izbora regulatora, industrije i putnika.

Izvori:
- Massachusetts Institute of Technology / Mirage News – priopćenje o istraživanju ograničenja geostacionarnih satelita u detekciji kondenzacijskih tragova (link)
- Euchenhofer M. V. i sur. – znanstveni i tehnički materijali o opažanju contrailsa i ograničenjima geostacionarnih satelita, uključujući javno dostupne skupove ručno identificiranih tragova (link)
- Air Transport Action Group (ATAG) – pregledni dokument o klimatskom utjecaju kondenzacijskih tragova i operativnim opcijama za njihovo smanjenje (link)
- Transport & Environment – analiza troškova i potencijala izbjegavanja contrailsa kroz ograničene promjene putanja letova (link)
- EUROCONTROL / MUAC – članak o razvoju i testiranju mjera izbjegavanja kondenzacijskih tragova u europskom zračnom prostoru (link)
- Chalmers University of Technology – istraživanje o ukupnom klimatskom trošku zrakoplovstva i ulozi kondenzacijskih tragova (link)
- Financial Times – analiza o klimatskom utjecaju zračnog prometa i ulozi contrailsa, uključujući europske planove za praćenje ne-CO₂ učinaka letova (link)