Цвет океана: миссия SABIA-Mar

Мониторинг изменений цвета океана, вызванных, например, фотосинтетическими пигментами фитопланктона, позволяет ученым больше узнать об общем состоянии и функционировании нашей планеты. Такие исследования также могут помочь будущим миссиям лучше наблюдать и понимать инопланетные океаны.

Дистанционное зондирование цвета океана — хорошо зарекомендовавшая себя наука, которая на основе цвета океана, наблюдаемого из космоса, предоставляет информацию о составе воды и глубине проникновения света. Спутники для наблюдения за цветом океана являются частью системы наблюдения за Землей, и из-за важности этого параметра для понимания состояния океана и его эволюции международное научное сообщество договорилось о совместных усилиях по поддержанию постоянной группировки таких спутников на орбите.

Первым таким датчиком был эксперимент CZCS (Coastal Zone Color Scanner), запущенный NASA в 1978 году на борту спутника Nimbus-7 в рамках проверки концепции возможности измерения взвешенных и растворенных частиц в океанских водах из космоса. Основным фокусом этой пионерской миссии были фотосинтетические пигменты. Их количественная оценка и мониторинг необходимы для понимания системного функционирования нашей планеты, поскольку фотосинтез — это процесс, ответственный за превращение углекислого газа (CO₂) в пригодный для дыхания кислород (O₂) и за первичную продукцию планеты, которая поддерживает трофическую сеть (пищевую цепь).

Хотя миссия CZCS была успешной, когда этот датчик перестал работать в 1986 году, пришлось ждать десять лет, пока в космос не была отправлена новая миссия по изучению цвета океана. Эти новые датчики — MOS, OCTS и POLDER — были запущены в 1996 году.

Поддержание космических платформ для наблюдения за цветом океана на орбите — важная цель, поскольку ученые хотят наблюдать за океаном в течение длительных периодов времени. Недавно Бразилия и Аргентина присоединились к этой международной группировке, чтобы предоставлять ценные данные и помочь предотвратить новый разрыв в данных. Миссия называется SABIA-Mar — акроним, означающий Argentinean-Brazilian Satellite of Environmental Information of the Sea (Аргентинско-бразильский спутник информации о состоянии моря). Название работает как на испанском, так и на португальском языках.

Миссия SABIA-Mar — это инициатива Agência Espacial Brasileira – AEB (Бразильское космическое агентство), Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE (Национальный институт космических исследований) из Бразилии и CONAE Comisión Nacional de Actividades Espaciales (Национальная комиссия по космической деятельности) из Аргентины. Ее технические характеристики все еще обсуждаются, поэтому эти учреждения провели семинары в Буэнос-Айресе (14–15 марта 2013 г.) и Бразилиа (13–14 мая 2013 г.) — столицах Аргентины и Бразилии соответственно.

«Спутник должен удовлетворять максимально возможное число требований», — говорит Петрониу де Соуза, директор по космической политике и стратегическим инвестициям AEB. «Необходимо знать, что нужно будущим пользователям SABIA-Mar», — подтвердил бразильский руководитель миссии Марко Антонио Шамон во время семинара в Бразилиа. Как и для большинства других миссий по наблюдению за цветом океана, данные будут бесплатно доступны заинтересованным пользователям по всему миру.

Главным решением этих встреч стало соглашение о разделении миссии SABIA-Mar на два спутника: один, ориентированный на съемку глобального океана (ожидаемый запуск в 2018 году), и другой для региональных исследований (запланирован на 2019 год).

Съемка конкретных регионов требует более высокого пространственного разрешения и представляет собой технологический скачок для обеих стран-участниц. Но региональные данные также представляют научный вызов для всего сообщества исследователей цвета океана. Открытый океан хорошо известен своим темно-синим цветом, вызванным взаимодействием молекул воды с солнечным светом. Но прибрежные зоны и внутренние водоемы, такие как озера и реки, имеют гораздо более сложные цветовые паттерны, поскольку на них сильно влияют взвешенные осадки, растворенное органическое вещество и фитопланктон (микроводоросли). В настоящее время трудно точно разделить вклад каждого из этих веществ, поэтому эти водоемы станут целью региональной камеры на борту регионального спутника SABIA-Mar.

Фактическая цель этой космической миссии — лучше понять углеродный цикл Земли, а также помочь рыболовству и аквакультуре, обнаруживать и контролировать загрязнение и вредоносное цветение водорослей, отслеживать виды, находящиеся под угрозой, оценивать качество воды и видимость, изучать климатические и экологические изменения. Миссия также поможет усилиям по управлению прибрежными зонами, мерам национального суверенитета и обороны.

Но пока мы можем наблюдать океан в настоящем, нам также нужно представлять его в будущем. Дистанционное зондирование цвета океана естественным образом является космической задачей, и открытия, сделанные на Земле, могут быть экстраполированы на другие планеты и спутники внутри и за пределами Солнечной системы. Возможно, дистанционное зондирование Земли вдохновит будущие миссии на наблюдение за замерзшим океаном спутника Юпитера Европы и углеводородными озерами спутника Сатурна Титана в ближайшие десятилетия.

Знания, полученные в результате изучения цвета океана, также могут помочь астробиологам в поисках внеземной жизни. Цвет океана в настоящее время является единственным способом мониторинга фитопланктона от локального до глобального масштабов и его изменений в плотности и составе в различных временных масштабах. Ученые в настоящее время определяют диапазон поглощения солнечного света каждым известным на Земле фотосинтетическим пигментом растений и водорослей. Будущие оптические датчики на борту спутников или зондов для дальнего космоса могут искать эти пигменты на ближайших экзопланетах. Хотя это все еще вопрос спекуляций, если такие датчики окажутся возможными, огромные расстояния потребуют гораздо более высокой точности, чем та, которую обеспечивает современное состояние технологий в науке о цвете океана.