Новые результаты кампании NASA MABEL продемонстрировали, что технология подсчета фотонов позволяет исследователям отслеживать интенсивность процессов таянья и намерзания покрытых льдом регионов Земли.
Когда научно-исследовательский самолёт NASA в апреле 2012 года пролетал над Северным Ледовитым океаном и заснеженными территориями Гренландии, он впервые протестировал новую основанную за лазере технологию, призванную измерять высоту Земли из космоса.
На борту самолёта находился прибор MABEL (Multiple Altimeter Beam Experimental Lidar), который планируется установить на спутник NASA «ICESat-2», запуск которого намечен на 2017 год. И МABEL и прибор ATLAS, который также планируется установить на борту «ICESat-2» — это приборы для подсчета фотонов. Принцип их работы заключается в том, что они отсылают к Земле импульс зелёного лазерного света. Время, за которое эти лёгкие фотоны достигнут Земли, «отскочат» от неё и вновь возвратиться к спутнику, и позволит учёным рассчитывать интересующие их показатели высоты.
Эта технология подсчета фотонов является новой для спутников. С 2003 по 2009 года прибор спутника «ICESat-1» анализировал интенсивность возвращаемого лазерного сигнала, состоящего из множества фотонов. Поэтому получение отдельных данных о фотонах при помощи лазерного устройства MABEL позволит учёным подготовиться к получению ещё более обширной «высотной» информации от «ICESat-2», на котором будет установлен аналог этого прибора.
По словам научного сотрудника Лаборатории реактивного движения NASA Ron Kwok, использование отдельных фотонов для измерения поверхностных высот действительно новая технология. Он отмечает, что исследователям никогда ранее не приходилась проводить подобные исследования посредством спутников, движущихся по орбите.
Цель спутника «ICESat-2» заключается в измерении высот по всей поверхности Земли, в том числе растительности и океанов. Тем не менее приоритетными всё же являются покрытые льдом регионы Земли, где учёными фиксируются самые драматические последствия изменений климата на планете. Весь ледяной покров Земли подразделяется на морской лёд и континентальный лёд. Следует отметить, что они отражают фотоны света в совершенно различных узорах. Ледяной покров и ледники, которые находятся на суше, такие как Гренландия и Антарктида, в большей степени сформированы из замерзшего снега и дождя. Морской лёд, напротив, представлен замерзшей морской водой, которая плавает в Северном Ледовитом океане и именно им представлены шельфовые ледники Антарктиды.
По словам Bill Cook, ведущего исследователя MABEL из Goddard Space Flight Cente NASA, кампания 2012 MABEL, проводимая в Гренландии, была проведена для того, чтобы исследовать ряд интересных с научной точки зрения особенностей ледяного покрова Гренландии. Зная о количествах фотонов, отражаемых от различных поверхностей, учёные могут анализировать данные, позволяющие определить, какие из методов анализа максимально подходят для измерения высоты поверхности Земли.
По словам Cook, это была первая реальная специализированная научная миссия. Полёты над океаном вблизи Гренландии, например, позволили исследователям измерить разницу высот открытой воды и морского льда, что является ключом к определению толщины ледового слоя. Лазерный прибор MABEL может обнаружить достаточное количество лазерных световых фотонов, которые отражаются от поверхности Земли и возвращаются обратно к инструменту, а программы уже сами производят необходимые вычисления.
Cook также отмечает, что кампания MABEL 2012 была направлена на демонстрацию того, что лазерный прибор «ICESat -2» будет достаточно чувствителен для провидения точных измерений.
В статье, недавно опубликованной в журнале «Journal of Atmospheric and Oceanic Technology», Kwok и его коллеги показали, как рассчитывать высоту по данным MABEL различных типов льда.
По словам Kwok, его команда чрезвычайно довольно точностью измерений лазерного прибора. Он отмечает, что по плотности «возвратившихся» фотонов можно без труда определить над каким типов льда пролетал прибор в определённый период времени.
Контуры ледяной поверхности также имеют важное значение, особенно для мониторинга континентального ледяного покрова. По словам Kelly Brunt из Goddard, в рамках миссии «ICESat -1» крайне сложно было получать точные данные, поэтому для получения достоверной информации приходилось совершать по 10 пролётов над одной и той же областью.
Если «ICESat -1» характеризовался одним лучом, что «ICESat-2» будет раскалывал лазерный сигнал на 6 лучей- три пары, расстояние между которыми будет варьироваться в диапазоне 90 метров. Сравнивая высоту двух лучей пары, учёные смогут определять наклон ландшафта.
Brunt и её коллеги использовали данные компании MABEL 2012 для того, чтобы определить наклоны ландшафта в 4 . Результаты проведенных ими исследований планируется опубликовать в майском выпуске журнала «Geoscience и Remote Sensing Letters».
Полевая компания MABEL запланирована и на лето текущего года. Учёные планируют исследовать ледниковые щиты в теплую погоду, для отслеживания эффектов таянья.
