Table of Contents
محطة الفضاء الدولية: نقطة انطلاق موحدة لرصد المناخ
وتوفر محطة الفضاء الدولية، التي تأوي الأرض على ارتفاع متوسطه نحو ٤٠٠ كيلومتر، منصة مميزة لرصد مناخ كوكبنا بمرونة ودقة غير متماثلتين، وخلافا لسواتل رصد الأرض التقليدية، تعمل محطة الفضاء الدولية في مدار أرضي منخفض يبلغ طوله ٥١,٦ درجة، مما يتيح لها أن تمر على نحو ٩٠ في المائة من مساحة الأرض المأهولة.
فبعد أن تكون محطة الفضاء الدولية مداراً للأرض، تكون مختبراً مطهراً باستمرار حيث يمكن تركيب وصيانة وإصلاح وتحديث الأدوات العلمية وتوسيع نطاق عمرها وتحسين نوعية البيانات بمرور الوقت، وتميز هذه القدرة بين محطة الفضاء الدولية وبين السواتل الأخرى التي لا يمكن استخدامها عادة بعد إطلاقها، وتجمع الحمولات العلمية التابعة للمحطة بيانات شاملة عن الغازات الجوية والنماذج الإيكولوجية الأرضية والتغيرات في الغلاف الجوي وعمليات المحيط.
لماذا يُعتبر مرفق خدمات الدعم الدولي مُشرفاً على بعض عمليات رصد المناخ
إن مدار محطة الفضاء الدولية هو مدار فريد - أي نوع من الشمس - غير متزامن أو ثابت من الأرض - يغزو أجزاء مختلفة من الأرض في أوقات محلية مختلفة، وفي حين أنه يشكل بعض التحديات لظروف الإضاءة المتسقة، فإنه يوفر ميزة كبيرة عن طريق إتاحة دراسة دورات الديورنال )يوميا( في الظواهر الجوية والسطحية، مثلاً، يمكن للعلماء ملاحظة كيف تتحول التقلبات السحابية من الصباح إلى الليل.
وعلاوة على ذلك، فإن الإمداد الكبير بالطاقة لدى محطة الفضاء الدولية وشبكة البيانات الضخمة تدعم تشغيل أدوات متطورة عالية الطاقة كثيرا ما تكون أكثر من اللازم أو كثيفة الطاقة بالنسبة للسواتل الأصغر حجما، ويشمل ذلك نظم التصوير المتقدمة، وأجهزة قياس الليزر، ومقاييس المضاربة، ومن الناحية النظرية، يمكن للملاحين الفضائيين على متن المحطة أن يؤدوا متطلبات الصيانة والمقاييس العملية، بما يكفل الحفاظ على الدقة في استخدام الأدوات العلمية لفترات طويلة والتكيف مع تطورها.
كما أن محطة الفضاء الدولية تعمل كجهة اختبار حيوية للتكنولوجيات الرائدة، ويمكن اختبار أجهزة الاستشعار الجديدة وطرق المراقبة وتحسينها في بيئة المحطة قبل نشر السواتل المخصصة، والتعجيل بدورات الابتكار، وبالإضافة إلى ذلك، ييسر مدار محطة الفضاء الدولية القياسات المتزامنة مع السواتل الأخرى لرصد الأرض والشبكات الأرضية، مما يتيح إجراء معايرة شاملة لمجموعات البيانات وإدماجها في إنتاج معلومات مناخية أكثر قوة وصدقا.
الصكوك الأساسية والمجسات على متن محطة الفضاء الدولية
وتستضيف محطة الفضاء الدولية مجموعة متنوعة من الأدوات المصممة لدراسة مختلف جوانب نظام المناخ في الأرض، وتوفر هذه أجهزة الاستشعار بيانات حاسمة عبر مختلف التخصصات، بما في ذلك الكيمياء في الغلاف الجوي، والهيدرولوجيا، والإيكولوجيا، وعلم المحيطات، وتسمح عمليات الرصد المشتركة التي تقوم بها العلماء برصد المتغيرات المناخية الرئيسية في القرارات المكانية والزمنية العالية.
التركيز الاقتصادي: التصوير الحراري باستخدام المياه في المناطق المدارية
إن اختبار أجهزة قياس التردد الحراري في محطة الفضاء التابع للشبكة الفضائية ECOsystem في محطة الفضاء هو مطياف حراري مصمم لقياس درجة حرارة النباتات الأرضية، ومن خلال رصد التوقيعات الحرارية للنباتات، يوفر النظام الاقتصادي للمحيطات بؤرة قيمة لاستخدام مياه النباتات، والإجهاد الناجم عن الجفاف، ومعدلات التبخر، وهذه البارامترات حاسمة لفهم كيفية استجابة النظم الإيكولوجية لتغير المناخ.
ويمكن للمكتب، الذي يعمل في إطار حل مكاني لحوالي 70 مترا، أن يكتشف أوجه التباين داخل المناطق الزراعية، فضلا عن الاختلافات في درجات الحرارة دون الإقليمية في الغابات، وهذه البيانات الدقيقة تساعد على تحسين نماذج دورة المياه وتسترشد بممارسات الإدارة الزراعية من خلال تحديد المناطق التي تعاني من الإجهاد المائي، وفي سياق تزايد حالات الجفاف الناجمة عن المناخ، تدعم بيانات المجلس الاقتصادي والاجتماعي الجهود الرامية إلى تعزيز كفاءة الموارد المائية والحفاظ على غلة المحاصيل على الصعيد العالمي.
OCO-3: Advanced Carbon Dioxide Monitoring
ويتخذ المرصد المرصد المتجدد للكربون - ٣ )OCO - ٣( التابع للأكاديمية الوطنية للملاحة الفضائية تدابير لتركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي مع ارتفاع الدقة والتسوية المكانية، وبما أن ثاني أكسيد الكربون هو أول غاز الدفيئة الذي يقود الاحترار العالمي، فإن رصد مصادره والبالوعات له أمر حاسم بالنسبة لعلوم المناخ، ويستخدم مكتب منسق العمليات - ٣ تقنيات المضاربة لتحليل ضوء الشمس المنعكس على سطح الأرض، مما ينتج جزيء الجاف الذي يبلغ من طبقة العمود الفقر)٢(.
وخلافاً لسواتلها السابقة، يستفيد مكتب منسق العمليات من المدار المتغير الذي يُداره في محطة الفضاء الدولية، مما يتيح له أخذ عينة من ثاني أكسيد الكربون في أوقات محلية متعددة وخطوط العرض، مما يتيح للباحثين تحسين ميزانيات الكربون الإقليمية وتحسين قياس كمية الانبعاثات البشرية المنشأ من المناطق الحضرية والصناعية، وبالإضافة إلى ذلك، يسهم مكتب منسق العمليات في الدراسات المتعلقة باحتياطات الكربون من النباتات الأرضية والمحيطات، والعمليات الأساسية للتنبؤ بمسارات المناخية المقبلة وتقييم فعالية استراتيجيات خفض الانبعاثات.
GEDI: Mapping Forest Structure and Biomass
ويستخدم التحقيق العالمي لدماغ النظم الإيكولوجية جهازاً متطوراً من أجهزة الليزر لإنتاج خرائط ثلاثية الأبعاد لمرتفعات الغطاء الحرجي والهيكل الرأسي، وتعمل الغابات كبواليع كربون ضخمة، وتستوعب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، ولكن قدرتها تتأثر بإزالة الغابات وتدهورها والإجهاد الناجم عن المناخ.
وتتيح بيانات التقييم العالي التي وضعها الفريق العلماء تقدير الكتلة الأحيائية السطحية وتخزين الكربون بدقة غير مسبوقة، وهذه المعلومات حيوية بالنسبة للمحاسبة الكربونية، ودعم أسواق ائتمانات الكربون، وتوجيه سياسات الإدارة المستدامة للغابات، وبالإضافة إلى تقييمات الكربون، تساعد القياسات الهيكلية التي يقوم بها الفريق في حفظ التنوع البيولوجي عن طريق تحديد الموائل الحيوية ورصد صحة الغابات استجابة لتغير المناخ والأنشطة البشرية.
Monitoring Key Climate Indicators from the ISS
وتتيح مجموعة أدوات المعهد الرصد الشامل لعدة مؤشرات أساسية للمناخ، توفر منظورا متعدد الأبعاد بشأن البيئة المتغيرة للأرض، وقدرة المحطة على جمع بيانات مستمرة وطويلة الأجل تسمح بكشف الاتجاهات وأوجه الشذوذ التي تتسم بأهمية حاسمة لفهم الديناميات المناخية.
تركيبة الغلاف الجوي وغازات الدفيئة
وبالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون، ترصد دائرة خدمات السلامة الدولية غازات الدفيئة الأخرى القوية مثل الميثان والأوزون (O3). ويرصد جهاز رصد انبعاثات الغلاف الجوي من التلويث التابع للناسا، المقرر تشغيله من محطة الفضاء الدولية، ويرمي إلى توفير قياسات زمنية لساعة الملوثات الجوية فوق أمريكا الشمالية، ويتتبع ثاني أكسيد النيتروجين، والأوزون، وثاني أكسيد الكبريت، ويعرض الرؤى المكانية في جو رفيع.
أما " عرض فيروس الهباء والغاز في الغلاف الجوي " في الغلاف الجوي الستراتوسفيري الثالث، على متن مقاييس الأوزون والهيروسول وبخار الماء في الغلاف الجوي الستراتوسفيري، فهذه المكونات تؤدي أدواراً حاسمة في تنظيم التوازن الإشعاعي للأرض وحماية الحياة عن طريق الرش بالأشعة فوق البنفسجية الضارة، كما أن رصد استعادة الأوزون في الغلاف الجوي عقب الجهود الدولية للتخلص التدريجي من المواد المستنفدة للأوزون لا يزال هدفاً حاسماً من الأهداف المناخية.
تغيرات سطح الأرض وإزالة الغابات
وتوفر محطة الفضاء الدولية صورا مرئية وبصرية عالية الاستبانة ومرئية ذات ترددات عالية لسطح الأرض، مما يتيح رصدا مفصلا للتغييرات في استخدام الأراضي مثل التوسع الحضري، والتنمية الزراعية، وفقدان الغابات، ويتيح مدار المحطة رصدا متكررا للمناطق الحرجة مثل غابات الأمازون المطيرة وحوض الكونغو وجنوب شرق آسيا، حيث لا تزال معدلات إزالة الغابات مرتفعة.
وتيسر بيانات سلسلة الزمن من مرفق خدمات الدعم الدولية، إلى جانب القياسات المستمدة من نظام المعلومات الاقتصادية والاجتماعية المتكامل للرصد والتقييم العالمي، إجراء تقييمات شاملة لتدفقات الكربون المرتبطة بتدهور الغابات وإعادة النمو، ومن الضروري رصد إزالة الغابات لأن إزالة الغابات تُطلق كميات كبيرة من الكربون المخزن، وتزيد من تركيزات غازات الدفيئة وتتناقص بواليع الكربون الطبيعية، كما تدعم بيانات مرفق المعلومات الأساسية جهود الحفظ بتحديد بؤر الغابات الساخنة، وتسترشد بمبادرات إعادة التحريج.
طلاء قوارب الجليد وقاع البحر
وتساهم خدمات الدعم الدولية في رصد الغلاف الجوي عن طريق مراقبة صحائف الجليد القطبية، والثلج البحري، والمعالم الجليدية، وباستخدام نظم التصوير الخاصة بها، تلتقط المحطة أحداثا مثل معتكف كتل الجليد وهوامش الجليد، ومؤشرات رئيسية لدرجات الحرارة في المناطق القطبية، وتكشف أجهزة الاستشعار الحرارية مثل جهاز التكتل الحراري عن التغيرات الخفية في درجة الحرارة السطحية على الجليد، مما يوفر إنذارات مبكرة لعمليات الانصهار.
إن ارتفاع مستوى سطح البحر، الذي يحركه تآكل الجليد الأرضي والتوسع الحراري في المياه البحرية، يشكل مخاطر كبيرة للمجتمعات الساحلية في جميع أنحاء العالم، وبينما تقيس البعثات الساتلية المخصصة أساساً طبوغرافيا سطح المحيط، فإن مرفق خدمات الدعم الدولية يكمل هذه الجهود بتجارب التألق وتصويرها عالي الاستبانة، وهذا النهج المتعدد الجوانب يحسن التوقعات المتعلقة بالتغيرات في مستوى سطح البحر في المستقبل ويساعد واضعي السياسات على وضع استراتيجيات للتكيف لحماية الفئات الضعيفة من السكان.
ملونة المحيطات والصحة البحرية
كما تستضيف محطة الفضاء الدولية أدوات مصممة لرصد لون المحيطات، وكائن هام لتركيز البانتون، وصحة النظام الإيكولوجي البحري عموماً، وشركة Phytoplankton هي محطات مصغرة تشكل أساس شبكات الأغذية البحرية وتؤدي دوراً حاسماً في دورة الكربون العالمية عن طريق استيعاب ثاني أكسيد الكربون عن طريق التخدير الضوئي.
ويمكن أن تشير التغيرات في لون المحيطات إلى التغيرات في الإنتاجية البحرية، أو البلوغات الضارة، أو التلوث المغذي، ويتيح الحل المكاني المرتفع الذي توفره محطة الفضاء الدولية إجراء دراسات تفصيلية للمناطق الساحلية والمياه الداخلية، والمناطق التي كثيرا ما تكون ممثلة تمثيلا ناقصا في البيانات الساتلية التقليدية، وتدعم هذه المعلومات الإدارة المستدامة لمصائد الأسماك، وحفظ البحار، والجهود المبذولة لفهم تأثير تغير المناخ على النظم الإيكولوجية للمحيطات.
التعاون الدولي وتبادل البيانات
وتمثل محطة الفضاء الدولية أحد أهم أوجه التعاون الدولي في الفضاء، حيث تضم وكالة الفضاء الكندية (الولايات المتحدة) وروسكوسموس (روسيا) ووكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء اليابانية (وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية (وكالة الفضاء الكندية) وتمتد هذه الشراكة إلى أبعد من المساحة البشرية لتشمل علوم الأرض ورصد المناخ.
وتقود أجهزة مثل النظام الاقتصادي الأوروبي، ومنظمة التعاون الاقتصادي - 3، ووكالة الفضاء العالمية، أساساً، ناسا، ولكنها تنطوي على مساهمات من الأوساط العلمية الدولية، وتستضيف وحدة كولومبوس التابعة للوكالة، على سبيل المثال، تجارب مثل مرصد التفاعلات الفضائية في الغلاف الجوي، الذي يدرس البرق والعواصف الرعدية وتأثيرها على الكيمياء المناخية.
ويتم تبادل البيانات التي تجمع على متن محطة الفضاء الدولية بصورة روتينية من خلال منابر الوصول المفتوحة، وتعزيز التعاون العلمي العالمي، ويتيح نظام البيانات والمعلومات الخاص بنظام رصد الأرض التابع للناسا، وبوابة الأرض على شبكة الإنترنت التابعة للوكالة الأوروبية للطاقة، إمكانية الوصول بحرية إلى مجموعات بيانات خدمات الدعم الدولية، وهذه السياسة العامة للبيانات المفتوحة تضفي طابعا ديمقراطيا على علوم المناخ من خلال تمكين الباحثين في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك الموجودون في البلدان النامية، من استخدام ملاحظات عالية الجودة.
وتستفيد الأطر الدولية مثل الفريق المعني برصد الأرض من بيانات خدمات الهياكل الأساسية الدولية لتعزيز النظام العالمي لنظم رصد الأرض، وتعزيز الرصد المتكامل للأرض، إضافة إلى ذلك، تدرج وكالات مثل الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ الملاحظات المستمدة من خدمات الدعم الدولية في تقارير التقييم التي تقدمها، مما يعزز الأساس العلمي لقرارات السياسات العالمية المتعلقة بالمناخ.
التطبيقات العالمية الحقيقية والفوائد الاجتماعية
وتترجم البيانات المناخية التي تجمع من مرفق خدمات الدعم المتكامل إلى أفكار عملية للحكومات والصناعات والمجتمعات المحلية في جميع أنحاء العالم، فعلى سبيل المثال، تستخدم الوكالات الزراعية بيانات المجلس الاقتصادي والاجتماعي لكشف الإجهاد المائي للمحاصيل وتحقيق الحد الأمثل من جداول الري، مما يحسن كفاءة استخدام المياه ويساعد المزارعين على التكيف مع ظروف الجفاف التي يكثفها تغير المناخ ويحافظ على موارد المياه العذبة الثمينة.
وتدعم خرائط الكتلة الأحيائية المفصلة التي وضعها الفريق برامج تعويض الكربون عن طريق تقديم تقديرات دقيقة لتخزين الكربون في الغابات، وتيسير الإدارة المستدامة للغابات واستراتيجيات التخفيف من حدة المناخ، وتبين هذه التطبيقات كيف تسهم عمليات رصد الأرض الفضائية إسهاما مباشرا في جهود التكيف مع المناخ والتخفيف من آثاره على أرض الواقع.
كما أن الاستجابة للكوارث تعود بالفائدة على ملاحظات محطة الفضاء الدولية، إذ تتيح أوقات إعادة النظر المتكررة في المحطة صورة سريعة قبل وقوع الكوارث الطبيعية وبعدها مثل الفيضانات، والنيران البرية، والأعاصير، والانهيالات الأرضية، وتساعد هذه الصورة المستجيبين لحالات الطوارئ على تقييم الأضرار، وترتيب الأولويات في تخصيص الموارد، وتنسيق جهود الإنعاش على نحو أكثر فعالية.
كما تدعم بيانات المناخ الطويلة الأجل من مرفق خدمات الدعم المتكامل التخطيط الحضري بتوفير معلومات أساسية عن تغيرات درجات الحرارة، وتغيرات الغطاء الأرضي، ونوعية الهواء، ويمكن للمدن أن تحدد الجزر الحرارية الحضرية وأن تضع استراتيجيات للهياكل الأساسية الخضراء، مثل زراعة الأشجار وإنشاء الحدائق، للحد من الضعف أمام الظواهر الحرارية الشديدة وتحسين نوعية حياة السكان.
البعثات المقبلة والقدرات المعززة
ومن المتوقع أن تظل دائرة خدمات الدعم الدولية عاملة خلال عام ٢٠٣٠ على الأقل، مع إمكانية تمديدها إلى ما بعد ذلك، ومن المقرر خلال هذه الفترة توسيع وتعزيز قدرات المحطة في مجال رصد المناخ، وتقوم وكالة ناسا باستكشاف عملية التحقيق في مصادر غبار الأرض السطحية، وهي بعثة تهدف إلى رسم خريطة للتكوين المعدني للمناطق القاحلة وتحسين فهم دور الغبار في المناخ والجوي.
وتقوم وكالة الفضاء الأوروبية، بالتعاون مع الوكالة اليابانية لاستكشاف الفضاء الجوي، بتطوير مستكشف الأرض للزئبق والترسبات الإشعاعية (EarthCARE)، الذي سيحسن من رصد السحب والهباء والإشعاع، وستوفر الأدوات التكميلية على متن المحطة قياسات تآزرية، مما يضخم العائد العلمي العام.
كما تيسر خدمات الدعم المتكامل نشر السواتل الصغيرة، مثل كويبسات، التي توفر منابر فعالة من حيث التكلفة لاختبار أجهزة الاستشعار الجديدة وتقنيات المراقبة، كما أن التصوير الفييبيري، القادر على كشف غازات وملوثات محددة في مكانية عالية، هو مجال واعد للبحث يجري تطويره على متن محطة الفضاء الدولية قبل توسيع نطاق البعثات المخصصة.
وفي موازاة ذلك، يجري إدماج أوجه التقدم في التعلم الآلاتي والاستخبارات الاصطناعية لإدارة وتحليل المجلدات الهائلة من البيانات التي تنتجها أدوات خدمات الدعم الدولية، مما يتيح الكشف عن الشذوذ في الوقت الحقيقي، والاعتراف بالنمط، والتحليلات التنبؤية، ويعزز دور المحطة كمركز دينامي لعلوم المناخ.
خاتمة
وقد تطورت محطة الفضاء الدولية إلى أبعد من مصدرها بكثير كرمز لاستكشاف الفضاء البشري لتصبح عنصرا حاسما في البنية التحتية العالمية لرصد الأرض، حيث إن مدارها الفريد، وأدواتها المتناظرة والقوية، والشراكات الدولية التعاونية تمكنها من توفير بيانات حيوية ومتعددة الجوانب عن تغير المناخ، ومن خلال رصد الغازات الجوية، والنظم الإيكولوجية الأرضية، والتغيرات في الغلاف الجوي، وصحة المحيطات التي لها تفاصيل غير مسبوقة، وقرارات التكيف الزمني، تدعم سياسة الفضاء الدولي الفهم العلمي.
ومع تشديد التحديات المناخية، ستظل مواصلة تشغيل المحطة الدولية للسواتل والنهوض التكنولوجي أساسيا لتتبع بيئة الأرض المتطورة، ومساعدة البشرية على الاستجابة بفعالية لأحد أكبر التهديدات العالمية في عصرنا.