Az emberiség okozta környezeti változások hatásainak megértése létfontosságú a jövőbeni folyamatok előrejelzésében. Az, hogy a földfelszín emberi átalakítása, a széndioxid-kibocsátás és egyéb folyamatok hogyan alakítják át a száraz-földeket, az óceánokat és az atmoszférát, valamint a gyors változások miként hatnak a jövő klímájának állapotára, kiemelt fontosságú minden kutató és az emberiség számára egyaránt. Az előrejelzéshez hosszútávú mérések adataira, az összegyűjtött adatokra alapozott pontos számítógépes modellekre van szükség. A NASA EOS (Earth Observing System)[54] nevű nemzetközi kutatási programja 3 fő komponensből áll:
globális változások vizsgálatára szánt műholdsorozatok tervezése,
az adatok feldolgozását, tárolását és terjesztését ellátó fejlett számítógépes hálózat (EOSDIS) kialakítása,
az adatok elemzését végző kutatócsoportok létrehozása szerte a világban.
Később az EOS program neve ESE (Earth Science Enterprise) lett és az EOS rövidítést ma csak a műholdprogramokra használják.
Az EOS program keretében számos műhold felbocsátását tervezik, s külön-böző eszközrendszerek révén tanulmányozhatjuk a földi folyamatokat. A program első műholdját, a TERRA nevűt (korábbi neve AM-1), 1999. december 18-án indították el és 2000. február 24-től gyűjt adatokat.[55]
A program zászlóshajójának is nevezett műhold 2000. február 24-én kezdte gyűjteni az adatokat, melyek révén elkezdődött egy 15 éves globális adatgyűjtési folyamat. Jelenleg további 3 EOS műhold (AQUA, ICESat, SORCE) van pályán és még 15 újabb (többek között az AURA 2004. július 15-én) fogja követni ezeket az elkövetkezendő években.
A TERRA főbb fedélzeti rendszerei
Az ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) a földfelszín hőtartományú infravörös kisugárzását, továbbá a látható fény, a közeli-, és a közepes-infravörös tartományú sugárzás visszaverődését méri több sávban. A képek jó térbeli felbontásúak (15, 30, 90 m). Az amerikai és a japáni közös tervezésű multispektrális, 14-sávú berendezés által lefedett terület szélessége 60 km. A TERRA egyéb műszereivel ellentétben az ASTER nem folyamatos működésű, egy keringés alatt mindössze 8 percig gyűjthet adatokat. A berendezés teleszkópjai oldalirányban mozgathatók, ezért sztereoképek is előállíthatók, illetve lehetőség van kiválasztott területek többszöri fedésére is. [56]
6.3. táblázat - Az ASTER spektrális sávjai, pontosság és térbeli felbontás
|
alrendszer |
sáv sorszám |
spektrális tartomány (µm) |
abszolút pontosság |
térbeli felbontás (m) |
|
VNIR |
1 |
0,52-0,60 |
< ± 4% |
15 |
|
2 |
0,63-0,69 | |||
|
3N |
0,78-0,86 | |||
|
3B |
0,78-0,86 | |||
|
SWIR |
4 |
1,60-1,70 |
< ± 4% |
30 |
|
5 |
2,145-2,185 | |||
|
6 |
2,185-2,225 | |||
|
7 |
2,235-2,285 | |||
|
8 |
2,295-2,365 | |||
|
9 |
2,360-2,430 | |||
|
TIR |
10 |
8,125-8,475 |
≤ 3K (200-240K) ≤ 2K (240-270K) ≤ 1K (270-340K) ≤ 2K (340-370K) |
90 |
|
11 |
8,475-8,825 | |||
|
12 |
8,925-9,275 | |||
|
13 |
10,25-10,95 | |||
|
14 |
10,95-11,65 |
A CERES (Clouds and the Earth's Radiant Energy System) az EOS program egyik kulcsfontosságú berendezése. A berendezés a légkör radiometrikus sajátosságait méri három széles sávban. A CERES a NASA 1984-90 között működött ERBS (Earth Radiation Budget Satellite,) nevű és a NOAA poláris pályán keringő meteorológiai műholdjain (a NOAA-9-en és a NOAA-10-en) elhelyezett ERBE (Earth Radiation Budget Experiment) nevű berendezés továbbfejlesztett változata.
Az első CERES berendezést Japánból (1997. november 28-án) indították el a trópusi csapadék mérését végző program (TRMM - Tropical Rainfall Measurement Mission) keretében).
Két CERES berendezés van a TERRA-n, további két CERES-t helyeztek el a 2002. május 4-én indított AQUA műholdon, szintén az EOS program keretében.
A CERES berendezésekkel a Föld teljes sugárzásháztartását mérik, valamint azt vizsgálják, hogy a felhők milyen szerepet játszanak a felszín és az atmoszféra felső része között végbemenő radiatív fluxusban. Az egyik CERES berendezés a repülési irányra merőlegesen pásztáz (cross-track scanning), a másik berendezés kétirányú pásztázó módban üzemel (biaxial scan mode). Az előbbi folytatja az ERBE és a TRMM programokban megkezdett méréseket, míg a kétirányú pásztázási módtól olyan eredményeket várnak, melyek növelik a földi sugárzási egyenleg leírására szolgáló modellek pontosságát.
A földi klíma folyamatait, az éghajlat változásának okait szeretnénk jobban megérteni. Ehhez fontos adalékul szolgálhat, ha megvizsgáljuk, hogy természetes körülmények között a napsugárzás miként szóródik különböző irányokban és mekkora a szóródó energia nagysága. A legtöbb műhold berendezése merőlegesen irányul a Föld felé, az MISR (Multi-angle Imaging Spectro-Radiometer) viszont kameráival 9 különböző irányba tekint. Egy kamera nadír irányban áll, a többi előre, ill. hátra mutatva 26,1°, 45,6°, 60° és 70,5°-os szögben. Az áthaladás során bármely területről ilyen irányokból készül kép mind a négy hullámsávban (kék, zöld, vörös, közeli infravörös). A szóródás mérése mellett a felvételek lehetőséget adnak még a különböző felhőtípusok megkülönböztetésére, az aeroszol vizsgálatára. Havi, évszakos és hosszabb időtartamú változásfolyamatok megfigyelése lehetséges, pl.:
a természetes és az antropogén eredetű légköri aeroszol mennyiségének és típusának változása,
a felhők magasságának, típusainak és mennyiségének változása,
a felszínborítás változása, vegetáció változása.
A MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) a NOAA poláris pályán keringő meteorológiai műholdjain működő AVHRR szenzor utódjának tekinthető. A lefedett terület szélessége 2330 km. A Föld felszínéről 1–2 naponta teljes lefedést lehet készíteni mind a 36 spektrális sávban. 21 sáv található a 0,4–3,0 µm-es, 15 sáv a 3–14,5 µm-es spektrális tartományban. A térbeli felbontás 250 m (2 sávban), 500 m (5 sávban) és 1000 m (29 sávban). Naponta mérhető a földfelszín felhőfedettsége (%-ban kifejezve). A MODIS széles térbeli fedése, valamint a MISR és a CERES berendezések már bemutatott tulajdonságai révén, megérthetjük milyen szerepet játszanak a felhők és a légköri aeroszolok a Föld energiaháztartásában. Egy másik MODIS berendezést helyeztek el az AQUA műholdon.
A MOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere) az első olyan műholdon elhelyezett szenzor, mely a gázkorrelációs spektroszkópia elvén működik. A szenzor a Föld által kisugárzott és reflektált energiát méri 3 spektrális sávban. A MOPITT a troposzféra szénmonoxid és metán koncentrációját méri. A CO esetében a vízszintes felbontás 22 km, a függőleges 4 km, a pontosság 10 %. A metán esetében hasonló térbeli felbontás mellett a mérés pontossága 1 %. A metán mérése csak a Föld napsütötte oldalán lehetséges. A berendezést a Kanadai Űrügynökség (Canadian Space Agency) készítette.
Az EOS AQUA program második tagja az AQUA műhold, melyet 2002. május 4-én indítottak útjára a kaliforniai Vandenberg Légibázisról. Az alacsony magasságú, közel-poláris pályán keringő műholdon 6 műszert helyeztek el. A műhold kézikönyve elérhető a NASA honlapjáról.
Az AQUA fedélzeti berendezései
Az AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) fejlett infravörös szonda, egy összetett berendezés, mellyel az atmoszféra hőmérsékleti profilja állítható elő, valamint további, a Földre és az atmoszférára vonatkozó termékek készíthetők. Az AIRS az AIRS/AMSA-A/HSB műszeregyüttes legfontosabb eleme, a hőmérséklet-mérés mellett alkalmas az atmoszféra nedvességtartalmának meghatározására is. Az infravörös szonda vízszintes felbontása nadírban 13,5 km, függőlegesen 1 km. A műszer a felszín reflektanciáját a 0,4–1,0 µm-es, valamint annak kisugárzását méri a 3,7–15,4 µm-es tartományban. A spektrális sávok száma az infravörös tartományban 2378, míg a láthatófény és a közeli infravörös tartományban 4 sávban folyik mérés. A vizsgált terület szélessége 1650 km (AFOV ± 49,5°).[57]
Az AQUA AIRS szenzor által mért légköri CO2 változást mutatja be a csatolt video.
۩ Az AQUA AIRS szenzor által mért légköri CO2 változás videofelvételen
Az AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS) az EOS program részére fejlesztett 12-csatornás, 6-frekvenciás passzív mikrohullámú ra-diométer. A műszer a földfelszín mikrohullámú kisugárzását méri. A frekven-ciasávok a következők: 6,925, 10,65, 18,7, 23,8, 36,5, és 89,0 GHz, minden sávban függőleges és vízszintes polarizáltságú mérések végezhetők. A térbeli felbontás sávonként változik: 6x4 km (89,0 GHz), 14x8 km (36,5 GHz), 32x18 km (23,8 GHz), 27x16 km (18,7 GHz), 51x29 km (10,65 GHz), 75x43 km (6,925 GHz). A vizsgált terület szélessége 1445 km.
Az AMSU-A A (Advanced Microwave Sounding Unit) egy fejlett 15-csatornás mikrohullámú szonda, mellyel az atmoszféra hőmérsékleti profilja vizs-gálható a földfelszíntől a troposzféra felső részéig, esetleg a sztratoszféra alsó részéig, kb. 40 km-es magasságig. Az első AMSU berendezést a NOAA-15 műholdon helyezték el. A 15 csatorna a 15-90 GHz-es tartományban található, a térbeli felbontás nadírban 40 km vízszintesen. A vizsgált terület szélessége 1650 km (AFOV ± 49,5°).
A HSB (Humidity Sounder for Brazil) egy 4-csatornás mikrohullámú szonda, mellyel az atmoszféra nedvességtartalma mérhető. A csatornák közül egy frekvenciája 150, háromé 183 GHz-es. A vizsgált terület szélessége 1650 km, a térbeli felbontás nadírban 13,5 km.
A MODIS és a CERES berendezések megegyeznek a TERRA műholdon elhelyezett, azonos nevű berendezésekkel.
A 2003. január 12-én elindított ICESat műhold 2010-ig több (15) periódusban mérte a sarki jégtakarók tömegét. 2010. februárjában a fő mérőberendezés meghibásodása miatt a műhold befejezte tevékenységét, és darabja 2010. augusztus végén a Barents-tengerbe zuhantak. A NASA elkezdte az ICESat-2 fejlesztését, a felbocsátás 2015-ben várható. [58] A műhold inklinációja 94°, a pályamagasság 590 km.
Ezen a műholdon helyeztek el először lidar berendezést. A GLAS (Geoscience Laser Altimeter System) nevű lidar folyamatos megfigyelést végzett, mellyel nemcsak a földi jégsapkák topográfiáját mérte, hanem a felhők magasságát és vastagságát is.[59]
A GLAS a távolság mérésére szolgáló lidarból, egy GPS-ből és egy pályamagasságot meghatározó rendszerből áll. A lézer 4 nsec-onként impulzusokat bocsát a Föld felé az infravörös (λ=1,064 µm) és a látható fény zöld (λ= 0,532 µm) tartományában. A visszaverődő fotonokat egy 1 m átmérőjű teleszkóp gyűjti.
Az 2003. január 25-én elindított SORCE (Solar Radiation and Climate Experiment) műhold berendezései a beérkező röntgen-, ultraibolya, látható fény, közeli-infravörös és a teljes napsugárzást mérik.[60] A teljes napsugárzás (TSI – Total Solar Irradiance) és a Napból érkező különböző hullámhosszú sugárzás mérésére 4 berendezés szolgál:
TIM (Total Irradiance Monitor),
SOLSTICE (Solar Stellar Irradiance Comparison Experiment),
SIM (Spectral Irradiance Monitor),
XPS (XUV Photometer System).
Az EOS program harmadik nagyobb tagja (a TERRA és az AQUA után) az AURA nevű műhold.[61] A műhold feladata, hogy vizsgálja a Föld alsó- és felsőlégkörének összetételét, kémiai tulajdonságait és dinamikáját. A program követi a NASA azon kutatási programját, mely az UARS (Upper Atmospheric Research Satellite) műholdprogrammal kezdődött és a Nimbus műholdakon elhelyezett TOMS – légköri ózonmérő – berendezésekkel folytatódott. A műhold főbb berendezései a HIRDLS ( High Resolution Dynamics Limb Sounder), az MLS ( Microwave Limb Sounder), az OMI ( Ozone Monitoring Instrument) és a TES ( Tropospheric Emission Spectrometer).
A műhold indítása 2004. július 15-én volt.[62] A napszinkron pálya magassága 705 km, a műhold felszálló pályán 13 óra 45 perckor halad át az Egyenlítő fölött. Várható élettartama 5 év.
[54] NASA GODDARD Space Flight Center – The Earth Observation System - in:http://eospso.gsfc.nasa.gov/eos_homepage/mission_profiles/index.php
[55] NASA GSFC: TERRA The EOS Flagship – in:http://terra.nasa.gov/
[56] NASA GSFC, EOS Instruments – in: http://eospso.gsfc.nasa.gov/eos_homepage/mission_profiles/instruments/
[57] http://aqua.nasa.gov/instruments.html
[58] http://icesat.gsfc.nasa.gov/
[59] http://eospso.gsfc.nasa.gov/eos_homepage/mission_profiles/instruments/GLAS.php
[60] LASP Univ of Colorado,Boulder - in:http://lasp.colorado.edu/sorce/