ناسا اخیراً یک جفت ماهواره مینیاتوری را با نام مأموریت «Polar Radiant Energy in the Far-Infrared Experiment» یا به‌اختصار «PREFIRE» برای اندازه‌گیری گرمای ازدست‌رفته از قطب‌های زمین به فضا پرتاب کرده است. این مأموریت را می‌توان شاهکاری در مطالعه گرمایش زمین به‌روش نوین دانست. در این مقاله با مأموریت PREFIRE ناسا بیشتر آشنا می‌شویم.
مأموریت PREFIRE ناسا
قطب‌های زمین مانند ترموستات سیاره رفتار می‌کنند. در حقیقت، این مناطق با تخلیه انرژی اضافی دریافتی در مناطق استوایی آب‌وهوای کره زمین را تنظیم می‌کنند؛ پس مطالعه میزان گرمای ازدست‌رفته از این مناطق می‌تواند اطلاعات بسیار مفیدی درباره گرمایش زمین در اختیار دانشمندان قرار بدهد. نزدیک به 60 درصد انتشارات قطب شمال در طول موج‌های بیش از 15 میکرومتر رخ می‌دهد که هرگز به‌طور سیستماتیک اندازه‌گیری نشده است. PREFIRE قرار است اولین بار این اندازه‌گیری‌ها را انجام دهد.
اطلاعات ارزشمندی که ماهواره‌های PREFIRE (پریفایر) جمع‌آوری می‌کند، به بهبود پیش‌بینی‌های مدل‌های آب‌وهوایی کمک می‌کند. این اطلاعات همچنین به بررسی چگونگی تأثیر گرمایش زمین بر ذوب شدن یخ‌ها و بالا آمدن سطح دریاها کمک می‌کند.
این مأموریت شامل دو کیوب‌ست است. کیوب‌ست ماهواره‌ای مکعبی استاندارد، کم‌هزینه و کوچک است. این ماهواره‌ها وزن کمتر از 10 کیلوگرم دارد و به‌علت ارزان بودن می‌توانند در تعداد بیشتری راه‌اندازی شوند و به ابزاری ارزشمند برای تحقیقات علمی و نمایش‌های فناوری تبدیل شوند.
این ماهواره‌ها در دو مدار مختلف با ارتفاع 470 تا 650 کیلومتری از زمین و در نواحی نزدیک به قطب قرار خواهند گرفت.
ماهواره‌های پریفایر را آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا و مرکز علوم و مهندسی فضایی ساخته شده‌اند. کیوب‌ست‌ها یکسان و کوچک با ابعاد تقریباً 300 در 200 در 100 میلی‌متر هستند.
هرکدام از ماهواره‌ها مجهز به یک طیف‌سنج مادون قرمز حرارتی کوچک‌شده هستند. طیف‌سنج‌ها میزان تشعشعات مادون قرمز ساطع‌شده از قطب شمال و جنوب را اندازه‌گیری خواهند کرد.
طراحی مقرون به‌صرفه و هدف منحصربه‌فرد مکعب‌های PREFIRE به‌خوبی با مأموریت‌های بسیار بزرگ ناسا مطابقت دارد. ناسا هم به مأموریت‌های بزرگ هم مأموریت‌های کوچک‌تر نیاز دارد.
کیوب‌ست‌ها چه تجهیزاتی دارند؟
کیوب‌‌ست‌های مأموریت پریفایر به طیف‌سنج مادون قرمز حرارتی (TIRS) مجهز هستند. طیف‌سنج مادون قرمز حرارتی (TIRS)، تصویربردار اسپکترورادیومتریک است که تابش مادون قرمز متوسط و دور را اندازه‌گیری می‌کند. اندازه‌گیری‌های TIRS با داده‌های فعلی ادغام می‌شود تا درک بهتری از تشعشعات حرارتی قطب شمال که کلید درک میزان تغییرات آب‌وهوایی است، فراهم کنند.
طیف‌سنج TIRS خارج از فضاپیما قرار دارد و هشت بار در هر گردش مداری کالیبره می‌شود. اندازه‌گیری‌های TIRS از شارهای طیفی، بخار آب، گسیل سطح و تشعشعات پهن باند در اکثر موج‌های حرارتی امکان‌پذیر است.
این اندازه‌گیری‌ها شکاف بزرگی را که در دانش ما درباره انرژی قطب شمال و نقش آن در گرمایش، ذوب و ازبین‌رفتن یخ‌ها، تشعشعات دریا و افزایش سطح آن وجود دارد، پر می‌کند.
پریفایر، مأموریت ارزشمندی است!
ماهواره PREFIRE در مداری هم‌زمان با خورشید با دوره زمانی 95 دقیقه قرار می‌گیرد. سپس تغییرات در انتشار نور مادون قرمز دور (FIR) و اثر گلخانه‌ای را از طریق نمونه‌برداری حرارتی رادیومتری در بالای جو قطبی اندازه‌گیری می‌کند.
ابزارها هر روز داده‌ها را ثبت می‌کنند تا تغییرات فصلی را بهتر بتوان بررسی کرد. همان‌طور که گفتیم، این داده‌ها در بهبود مدل‌های آب‌وهوایی کاربرد دارند. هرچند این فقط یکی از کاربردهای مأموریت پریفایر است، بهبود مدل‌های اقلیمی درنهایت به پیش‌بینی و بررسی شدت و فراوانی طوفان‌ها در زمین، فرسایش ساحل‌ها و حتی سیل نیز کمک می‌کند. این داده‌ها همچنین کمک می‌کنند دانشمندان ابرها و رطوبت در نواحی مختلف زمین را باتوجه‌به میزان گرمای ازدست‌رفته زمین بررسی کنند.
جالب است بدانید قطب شمال سریع‌تر از هرجای دیگری روی زمین گرم می‌شود. همین مسیٔله متأسفانه سبب تغییر الگوی جمعیت محلی و زیستگاه‌های حیات وحش در قطب‌ها می‌شود که پیامدهای جهانی به همراه دارد.
داده‌های PREFIRE به دانشمندان کمک می‌کند تعادل بین گرمای ورودی و خروجی را که برای پیش‌بینی تغییرات در الگوهای دریا و آب‌وهوای زمین مهم است، درک کنند.
اهداف مأموریت PREFIRE
به‌طورکلی اهداف فضاپیما در چهار دسته زیر قرار می‌گیرند:
- تعیین اینکه چه مقدار گرما (به‌شکل تشعشعات مادون قرمز دور) از سطوح برف و یخ به فضا منتشر می‌شود و میزان آن در هر ماه چقدر است.
- اندازه‌گیری میزان تشعشعات مادون قرمز دور به‌دام‌افتاده به‌وسیله بخار آب و ابرهای جوی در قطب شمال و قطب جنوب و چگونگی تأثیر آن بر اثر گلخانه‌ای در قطب‌ها.
- به‌روزرسانی تخمین‌های انتشار مادون قرمز دور در مدل‌های اقلیمی. این به‌روزرسانی مشاهدات را با دقت بیشتری منعکس خواهد کرد و پیش‌بینی‌های گرمایش قطب شمال را بهبود می‌‌بخشد.
- بررسی شبیه‌سازی مدل‌ها از فرایند‌های یخی، مانند نرخ ذوب پس از بهبود تخمین‌های انتشار مادون قرمز دور در مدل‌های آب‌وهوایی.
پرتاب ماهواره‌های PREFIRE
ماهواره‌های پریفایر را موشک «الکترون» با فاصله حدودی یک هفته از هم از نیوزلند به مدار زمین پرتاب شدند. در پرتاب ماهواره‌ها دپارتمان علوم جوی و اقیانوسی دانشگاه «ویسکانسین» و مرکز علوم و مهندسی فضایی با ناسا همکاری کردند.
پرتاب اول پنجم خرداد ۱۴۰۳ با موفقیت انجام شد. شرکت «Blue Canyon Technologies» که کیوب‌ست‌ها را ساخت و طیف‌سنج مادون قرمز حرارتی آزمایشگاه پیشرانه جت را طراحی کرد، وظیفه بررسی وضعیت ماهواره‌ها را در فضا را برعهده دارد.
دانشمندان باور دارند از حدود یک ماه پس از پرتاب، داده‌ها و نتایج علمی هر ماهواره قابل‌تجزیه‌و‌تحلیل خواهد بود. PREFIRE طول عمر مأموریت برنامه‌ریزی‌شده 10 ماهه دارد.