Изучение микроскопического фитопланктона: прототип, готовый к выходу в открытый океан

Если ORCA выбрана для полета, она будет изучать микроскопический фитопланктон, крошечные зеленые растения, которые плавают в верхнем слое океана и составляют основу морской пищевой цепи.Задуманный в 2001 году как следующий технологический шаг вперед в наблюдении за цветом океана, команда разработчиков ORCA использовала финансирование программы внутренних исследований и разработок Годдарда и программы инкубаторов приборов (IIP) НАСА для разработки прототипа.

Завершенный в 2014 году, ORCA теперь претендует на роль основного инструмента в предстоящей миссии по науке о Земле.Если он будет выбран, ORCA выведет мониторинг цвета океана на новый уровень, помогая ученым более точно измерять морской фотосинтез, который является ключом к углеродному циклу и пищевой цепи океана.

Как и его предшественники, которые также измеряли цвет океана, прибор будет наблюдать за фитопланктоном, который массово цветет, покрывая сразу сотни квадратных миль морской поверхности и оставляя след, который хорошо виден из космоса. В частности, исследователи будут наблюдать глобальные изменения цвета океана, чтобы оценить концентрацию хлорофилла, пигмента, используемого растениями для фотосинтеза — процесса, во время которого крошечные растения преобразуют энергию солнца и углекислый газ в органические соединения, поддерживающие жизнь.

Около четверти созданного человеком углекислого газа попадает в океан, сказал Чак МакКлейн, бывший главный исследователь ORCA в Ocean Color Group Годдарда. «Океан является большим стоком для CO2, и часть этого стока связана с биологией океана».ORCA основывается на работе ученых и инженеров Годдарда при разработке датчиков цвета океана. Доказательство концепции Годдарда — цветной сканер прибрежной зоны, который летал на Нимбус-7 с 1978 по 1986 год — был первым датчиком, продемонстрировавшим, что хлорофилл в океане можно измерить из космоса. Миссия NASA по наблюдению за морем с широким полем обзора, которая собирала данные с 1997 по 2010 год, была первой флагманской миссией, которая регулярно наблюдала цвет океана для долгосрочных климатических исследований.

В настоящее время исследователи используют спектрорадиометр среднего разрешения на космических кораблях НАСА Terra и Aqua и комплект радиометров для визуализации в видимом инфракрасном диапазоне на борту спутника национального полярно-орбитального партнерства Suomi.Отличительные характеристики ORCA

Что отличает ORCA от своих предшественников, так это его гиперспектральные возможности. Вместо того, чтобы наблюдать несколько дискретных полос на определенных длинах волн, отраженных от океана, ORCA измеряет диапазон полос от 350 до 900 нанометров с разрешением в пять нанометров. Вместо того, чтобы выбирать один оттенок для представления каждого цвета радуги, ORCA будет видеть всю радугу, включая цветовые градации зеленого, переходящие в синий. Помимо гиперспектральных диапазонов, прибор имеет три коротковолновых инфракрасных диапазона, которые измеряют определенные длины волн от 1200 до 2200 нанометров для атмосферных приложений.

«Мы измеряем более сотни длин волн», — сказал Макклейн. «Мы начинаем с ультрафиолета, на очень коротких волнах, и переходим к коротковолновому инфракрасному». На сегодняшний день ни один спутниковый прибор для определения цвета океана не предлагает такой диапазон длин волн. По его словам, большее количество непрерывных волн означает больше данных и более точные наблюдения за верхними слоями океана.

«Когда у вас будет больше информации о спектре воды, вы сможете лучше проанализировать, что находится в воде. Большинство видов фитопланктона зеленые, но у них разные типы зеленого цвета, поэтому они имеют немного разные спектры. много разных длин волн, чтобы различить эти различия », — сказал Герхард Мейстер, главный исследователь ORCA.В частности, исследователи получат более точные измерения концентрации хлорофилла. Концентрация отражает размер цветения фитопланктона и количество содержащегося в нем углерода.

Обнаружение хлорофилла в различных длинах волн также позволит исследователям различать типы фитопланктона. Исследователи также могли собирать информацию о других типах присутствующих частиц, таких как взвешенные отложения в прибрежных регионах.Прототип ORCA оснащен сканирующим телескопом, предназначенным для одновременного перемещения по океану на 2 000 километров (1243 мили). Он собирает свет, отраженный от морской поверхности, который затем проходит через серию зеркал, оптических фильтров, решеток и линз.

Эти компоненты направляют свет на массив детекторов, охватывающих весь диапазон длин волн.По словам Макклейна, целью разработки прототипа было максимально приблизить ORCA к летной готовности с минимальным риском. «Частью проекта МИП было не только его строительство, но и очень тщательная оценка эффективности», — сказал он. «Мы пытались подтвердить, что мы соответствуем всем требованиям к характеристикам, всему, что мы могли сделать без летного прибора.

Нам это удалось».Мейстер соглашается. «Когда мы получили фактические данные с этого инструмента, мы поняли, вау, это хороший инструмент», — сказал он.

Теперь, когда прототип готов, команда ORCA ждет зеленого света, чтобы начать работу над версией, которая будет летать в космос.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *