По следам глобального убийцы, скрытого в дымке

Более трёх десятилетий NASA направляет свои космические технологии и научный потенциал на изучение неуловимой глобальной угрозы. В конце этого месяца эта работа переместится в Восточную Азию, а через несколько лет — на расстояние в одну десятую пути до Луны. Мы приближаемся к цели.

По данным ООН, загрязнение воздуха ежегодно вызывает около 152 000 смертей в странах Америки и более 2 миллионов смертей в Западной части Тихого океана. В некоторых регионах мира детальную картину качества воздуха дают сети наземных датчиков и прогностические модели, генерирующие публичные предупреждения. Однако для большей части мира такая информация и система оповещения недоступны. Космос предлагает глобальное решение.

Космические аппараты на орбите Земли с приборами для отслеживания загрязнителей — подобно тому, как метеоспутники следят за облаками и штормами — могли бы принести пользу всему миру. Если бы учёные обладали глобальными данными о загрязнении воздуха и могли лучше понять сложные процессы перемешивания загрязняющих веществ из разных источников, это создало бы более прочную научную основу для эффективных стратегий по его сокращению.

Первые шаги NASA по изучению состава атмосферы Земли были сделаны в 1970-х годах. Ключевой проблемой тогда стало истончение защитного озонового слоя в стратосфере. Для её решения агентство создало строгую научную инфраструктуру для разработки новых космических сенсоров, проведения полевых экспериментов с самолётов, лабораторных работ и создания вычислительных моделей. Эти инвестиции окупились: сегодня с помощью новых космических измерений учёные видят первые признаки восстановления озонового слоя.

Однако изучение загрязнения воздуха в нижних слоях атмосферы, где живут и дышат люди, оказалось сложнее. Например, концентрация озона — вредного загрязнителя — у поверхности в десять раз меньше, чем в стратосфере. Большинство спутниковых приборов измеряют общее количество озона в столбе воздуха, но не определяют его точное распределение по высоте. Учёные не могут напрямую детектировать загрязняющие газы и частицы из космоса. Большинство сенсоров анализируют спектр света, рассеянного или поглощённого при взаимодействии солнечного света с молекулами и частицами. Каждый загрязнитель имеет уникальный спектральный «отпечаток пальца», который выделяется с помощью алгоритмов.

Начиная с 1990-х годов, NASA стало получать множество глобальных данных о качестве воздуха с помощью новых сложных космических сенсоров. С запуском флота спутников Earth Observing System учёные смогли документировать региональные тенденции по монооксиду углерода, диоксиду азота, диоксиду серы и твёрдым частицам. Стали видны шлейфы загрязнения от городов и лесных пожаров, перемещающиеся на сотни километров. Для проверки достоверности спутниковых данных NASA поддерживает глобальные сети наземных датчиков и проводит масштабные полевые эксперименты с воздушных судов.

С начала 2000-х годов NASA сотрудничает со специалистами по качеству воздуха, чтобы использовать эти спутниковые данные для защиты общественного здоровья. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) теперь регулярно включает спутниковые оценки концентрации мелкодисперсных частиц (PM 2.5) у поверхности в общенациональные карты качества воздуха для районов с недостаточным наземным мониторингом.

Сейчас NASA выводит эту работу на новый уровень с помощью трёх научно-технологических проектов. Первый стартует на следующей неделе в небе над Южной Кореей. Совместное полевое исследование NASA и Республики Корея (KORUS-AQ) в течение шести недель будет собирать данные с трёх самолётов, наземных станций, кораблей и спутников, чтобы повысить точность мониторинга загрязнения воздуха из космоса. Корейский полуостров предлагает уникальную естественную лабораторию с разнообразными источниками загрязнения: мегаполисом Сеул, трансграничным переносом, сезонными пожарами и пыльными бурями.

Результаты исследования KORUS-AQ будут играть ключевую роль в разработке новой международной системы наблюдений, которая объединит наземные и космические сенсоры с компьютерными моделями для улучшенной оценки качества воздуха.

Создаётся созвездие сенсоров нового поколения, которые будут работать на орбите в 22 000 миль над Землёй (одна десятая расстояния до Луны) и предоставлять беспрецедентные данные об основных загрязнителях воздуха в Северном полушарии. Его совместно строят NASA, Южная Корея и Европейское космическое агентство (ESA). Вклад NASA — прибор TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution) — будет с фиксированной позиции над полушарием собирать почасовые измерения загрязнения воздуха над Северной Америкой. Международное созвездие из трёх отдельных сенсоров планируется ввести в эксплуатацию к 2022 году.

В прошлом месяце NASA одобрило новую космическую миссию MAIA (Multi-Angle Imager for Aerosols), которая изучит, как взвешенные частицы вредят здоровью людей в крупных городах мира. Прибор MAIA будет анализировать размеры, состав и количество твёрдых частиц в воздухе. Учёные объединят эту информацию с данными о здоровье населения, чтобы исследовать связь между загрязнением частицами и конкретными последствиями для здоровья, такими как сердечно-сосудистые и респираторные заболевания и преждевременная смертность.

Работа над этой грандиозной задачей — использованием космической перспективы для борьбы с глобальным загрязнением воздуха — продолжается. Помогая создать более комплексную систему измерений, которая сочетает уникальную космическую перспективу с наземными наблюдениями, NASA вносит свой вклад в долгосрочное улучшение общественного здоровья во всём мире.