Kosmiczne rozwiązanie do śledzenia gazów cieplarnianych
Dokładne monitorowanie gazów cieplarnianych w atmosferze, w tym dwutlenku węgla, metanu i pary wodnej, jest niezbędne, jeśli chcemy zrozumieć, jak zmienia się klimat na naszej planecie. Dzięki tym informacjom naukowcy i rządy mogą wskazać niepokojące obszary i podjąć odpowiednie działania. Poziomy gazów cieplarnianych zwykle monitoruje się za pomocą sieci naziemnych, a także satelitów wyposażonych spektrometry o wysokiej rozdzielczości. Do obiecujących technologii kosmicznych w tym zakresie należy radar optyczny (LIDAR). Jego działanie polega zwykle na celowaniu laserem w obiekt lub powierzchnię i mierzeniu czasu powrotu odbitej wiązki do odbiornika oraz innych właściwości takiego odbitego światła. „Pomiar stężenia gazów cieplarnianych za pomocą radaru optycznego umieszczonego w kosmosie jest niezwykle trudny z technicznego punktu widzenia”, mówi koordynator projektu LEMON Myriam Raybaut z Francuskiego Laboratorium Lotniczego i Kosmicznego (ONERA). „W Europie powstaje obecnie jest tylko jedna misja oparta na instrumencie lidarowym – MERLIN – (jej start planowany jest na 2028 r.), ale zakłada ona wykrywanie wyłącznie metanu.
Zastosowanie radaru optycznego do wykrywania gazów cieplarnianych obecnych w atmosferze
Projekt LEMON miał na celu rozwinięcie europejskiej wiedzy specjalistycznej w tej obiecującej dziedzinie i wykorzystanie rosnącego zainteresowania zastosowaniem radaru optycznego do detekcji atmosferycznych gazów cieplarnianych. Konkretnym typem lidaru zastosowanego w LEMON jest IPDA (Integrated Path Differential Absorption). Wykorzystuje on dwie lub więcej blisko siebie położonych długości fal. Po dostrojeniu instrumentu do linii spektralnych określonego gazu można zmierzyć stężenie tego gazu w atmosferze. Linie spektralne są efektem tendencji gazu atmosferycznego do pochłaniania określonych długości fal świetlnych (tj. kolorów emitowanych przez laser). „Technika ta powinna zapewnić dodatkową zdolność obserwacyjną, a potencjalnie umożliwić globalne pokrycie obserwacją atmosfery przez cały rok”, mówi Raybaut.
Udoskonalanie technologii lidarowej pod kątem systemów kosmicznych
Przygotowania dotyczące kosmicznych podsystemów lidarowych Dzięki projektowi powstał plan działań dotyczący docelowego wykorzystania elementów składowych technologii LEMON do wykrywania różnych gazów cieplarnianych w atmosferze. Do najważniejszych osiągnięć projektu należy dokładne wykrywanie pary wodnej oraz opracowanie nowych elementów krystalicznych, które pomagają zmienić długość fali emitera laserowego w celu wykrywania innych gazów cieplarnianych. „Udało nam się potwierdzić potencjał wykorzystania prostych i wszechstronnych elementów budulcowych na potrzeby przyszłych kosmicznych lidarów różnicowych”, dodaje Raybaut. Technologia ta może również znaleźć zastosowanie w monitorowaniu z powietrza, prowadzonego potencjalnie we współpracy z sieciami naziemnymi. Rozwiązanie to łączyłoby dokładność sieci naziemnych przy zwiększeniu obserwowanego obszaru i możliwości pomiaru słupa przez czujniki pokładowe. „Będziemy kontynuować prace w obu tych obszarach”, mówi Raybaut. „Planujemy realizację kolejnego projektu, który będzie bazował na owocach bieżącej inicjatywy i umożliwi zwiększenie gotowości przyszłych podsystemów lidarów kosmicznych”.
Słowa kluczowe
LEMON, przestrzeń kosmiczna, zmiana klimatu, gazy cieplarniane, radar optyczny, laser, MERLIN