Неисследованная область атмосферы, которая может помочь предсказать изменение климата

Примерно в 17 километрах над поверхностью Земли первый слой атмосферы встречается со вторым. На границе, называемой тропопаузой, заканчивается тропосфера и начинается стратосфера. Пересекая этот интерфейс, примерно на пять километров в каждую сторону, простирается слой атмосферы, обозначенный как "верхняя тропосфера/нижняя стратосфера" (UTLS).

Эта холодная прослойка пыли и газов малоизвестна. Однако вещества, циркулирующие в ней, сильно влияют на климат, который мы испытываем на Земле, а качественные данные о процессах в UTLS позволят создавать гораздо более точные модели того, как и когда следует ожидать изменения климата. Однако пока мы знаем об этом регионе очень мало.

Эффективные меры по смягчению последствий требуют точных прогнозов. Основная история об изменении климата заключается в том, что парниковые газы удерживают тепло, повышая температуру и вызывая экстремальные погодные явления. Но человеческая деятельность способствует двум конкурирующим процессам: потеплению и, менее интуитивно, охлаждению. Аэрозоли, взвешенные в атмосфере, действуют как тепловой щит, рассеивая поступающий солнечный свет обратно в космос и снижая температуру.

Многие из этих аэрозолей являются антропогенными, и UTLS, где температура и давление воздуха создают благоприятные условия для их накопления, является местом, где разворачивается большая часть этой "драмы". Исследователи знают, что это за соединения, но очень мало о их относительном содержании или о том, как они меняются со временем.

Предложение команды включает группировку из шести малых спутников, каждый размером с холодильник для пикника, которые будут находиться на орбите в сотнях километров над UTLS. Технологическим сердцем проекта является полезная нагрузка спутников. Каждый будет нести уникальные датчики, измеряющие, сколько солнечного света поглощается на точных длинах волн. Дважды за орбиту, когда каждый спутник будет в правильном положении, чтобы смотреть сквозь UTLS на солнце, датчики будут захватывать солнечный свет, отфильтрованный аэрозолями UTLS. Полученные паттерны поглощения будут функционировать как химические отпечатки пальцев, которые команда сможет использовать для идентификации компонентов этих аэрозолей и отслеживания их изменения во времени.

Большинство атмосферных датчиков могут определять высоту того, что они измеряют, с точностью до пяти километров. В UTLS толщиной всего 10 километров такое разрешение практически бесполезно. Датчики, которые будет использовать команда, могут определять высоту с точностью до менее одного километра — этого достаточно, чтобы наконец начать определять происхождение этих соединений и их перемещение.

Аэрозоли, плавающие в UTLS, происходят с Земли. Они поступают из морской соли, биологического материала, шлейфов пепла от лесных пожаров, смога из заводских труб и вулканической пыли, поднимаемой в атмосферу штормами и воздушными потоками. Человеческая деятельность выбросила в атмосферу достаточно много, чтобы нарушить баланс поступающего и уходящего тепла.

Команда разработала рабочий прототип прибора в 2017 году с помощью гранта в 4 миллиона долларов от NASA. Теперь они подают заявку на гораздо более крупное финансирование, необходимое для создания реальной версии и отправки ее в космос. Если они добьются успеха, данные, поступающие со спутников, помогут связать воедино человеческое поведение и изменения климата, заполнив недостающие элементы картины, необходимые для построения надежных климатических моделей.