Пыль с северо-запада Африки дует над Канарскими островами на этом изображении, полученном спутником NOAA-20 14 января. Предстоящая миссия НАСА «Исследование источника минеральной пыли на поверхности Земли» (EMIT) поможет ученым лучше понять роль переносимой по воздуху пыли при нагреве и охлаждении атмосферы. Предоставлено: Лаборатория реактивного движения.

Переносимая ветром через континенты и океаны, пыль не только затуманивает небо, забивает легкие и оставляет пленку на ветровых стеклах. Также известная как минеральная пыль или пустынная пыль , она может влиять на погоду, ускорять таяние снега и удобрять растения на суше и в океане. Частицы из Северной Африки могут путешествовать на тысячи миль по всему миру, вызывая цветение фитопланктона, наполняя тропические леса Амазонки питательными веществами и покрывая некоторые американские города пеленой песка, а также поглощая и рассеивая солнечный свет.

Миссия НАСА по исследованию источников минеральной пыли на поверхности Земли (EMIT), запуск которой запланирован на июнь 2022 года, направлена ​​на углубление понимания исследователями этих мелких частиц почвы, ила и глины из пустынь Земли и, в конечном счете, того, как они влияют на климат.

Более темная, богатая железом пыль поглощает солнечное тепло и нагревает окружающий воздух, в то время как более светлые частицы, богатые глиной, делают обратное. «Разные виды пыли имеют разные свойства — они кислые, они основные, они светлые, они темные — которые определяют, как частицы взаимодействуют с атмосферой Земли, а также с ее землей, водой и организмов», — сказал Роберт О. Грин, главный исследователь EMIT и давний исследователь в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. Он добавил, что с данными EMIT «мы будем на пути к нанесению на карту регионов мира с источниками пыли и пониманию того, как пыль нагревает и охлаждает планету, а также как это может измениться в будущих климатических сценариях».

Исследователи из НАСА и других организаций давно изучают полет пыли — путешествие, которое может занять часы или недели, в зависимости от размера частиц. Его атмосферные воздействия включены в климатические модели, но остается неясным, оказывает ли пыль чистое нагревающее или охлаждающее воздействие на планету, и как это меняется с течением времени.

EMIT будет собирать информацию о цвете и составе поверхностных минералов в засушливых регионах мира, выделенных на этой карте. Эти данные помогут климатологам лучше понять, как переносимая по воздуху пыль влияет на температуру воздуха, погоду и климат. Предоставлено: Лаборатория реактивного движения.

Неопределенность возникает из-за отсутствия данных о составе пыли, сказала Натали Маховальд, заместитель главного исследователя EMIT и специалист по системам Земли в Корнельском университете в Итаке, штат Нью-Йорк. Те знания, которые есть у исследователей, получены из менее чем 5000 участков отбора проб, которые в основном находятся в сельскохозяйственных районах, где подробная информация о почве может служить сельскохозяйственным или коммерческим целям. Поскольку в пустынях растет мало сельскохозяйственных культур, пыльные регионы мира, как правило, не учитываются, поэтому ученые должны исходить из состава пыли в своих компьютерных симуляциях, которые объединяют данные о земле, воде и воздухе для моделирования климатических изменений.

«Обычно в климатических моделях мы моделируем пыль желтым цветом — средний цвет всех типов пыли, — но если вы когда-нибудь были в пустынном регионе , вы знаете, что песок не всегда одного цвета», — сказал Маховальд. «Таким образом, это предположение о том, что он одинаков по всему миру, не отражает того, что происходит в действительности».

Картирование происхождения пыли

EMIT должен улучшить этот сценарий. Со своего поста на борту Международной космической станции ультрасовременный спектрометр для формирования изображений будет составлять карты источников минеральной пыли в мире, собирая информацию о цвете и составе частиц по мере того, как прибор движется по орбите над засушливыми регионами с редкой растительностью.

EMIT сосредоточится на 10 важных разновидностях пыли, включая те, которые содержат оксиды железа, темно-красные оттенки которых могут вызвать сильное нагревание атмосферы. Знание того, какие виды пыли преобладают на поверхности в каждом регионе, даст новую информацию о составе частиц, поднимаемых и переносимых по воздуху. Благодаря этим знаниям ученые-климатологи могут отточить свое понимание регионального и глобального воздействия минеральной пыли на климат.

«В выбросах пыли существует большая изменчивость — каждую секунду есть некоторая изменчивость из-за изменений ветра или дождя, а также сезонная, годовая и долгосрочная изменчивость», — сказал Маховальд. «EMIT предоставит информацию о регионах-источниках пыли, которую мы объединим с другой информацией об атмосфере и климате, чтобы оценить изменения в выбросах и лучше понять, что происходило в прошлом и что произойдет в будущем».

Используя технологию спектрометра изображений, разработанную в JPL, EMIT составит карту поверхностного состава минералов в пылеобразующих регионах Земли, помогая ученым-климатологам лучше понять влияние переносимых по воздуху частиц пыли на нагревание и охлаждение атмосферы Земли. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Более миллиарда измерений

Спектрометр EMIT принимает солнечный свет, отраженный от Земли, затем делит его на сотни различных цветов и регистрирует на сетке детекторов света. Сетка состоит из 1280 столбцов, в каждом из которых 480 элементов, и каждый столбец фактически является собственным спектрометром, считывающим цвета участка поверхности Земли размером с футбольное поле. Вместе детекторы прибора могут сканировать полосу земли шириной 50 миль (80 километров) со скоростью более 4,4 миль (7 километров) в секунду.

«Вначале ученые работали с одиночными спектрометрами, — сказал Грин. «Теперь мы собираемся управлять 1280 спектрометрами над поверхностью Земли, каждый из которых собирает сотни измерений в секунду».

EMIT проведет более 1 миллиарда новых измерений во время своей миссии. Поскольку каждый тип пыли имеет уникальную светоотражающую характеристику, исследователи смогут определить минеральный и химический состав веществ на поверхности.

Точность этих наблюдений сделает прибор EMIT одним из самых сложных спектрометров для обработки изображений, направленных к Земле, когда-либо запущенных в космос.