Pierwsza misja drona wystrzelona na biegun północny analizuje globalne ocieplenie

The data collected will be used to understand how warming temperatures are affecting the Arctic


Roberta Pirazzini przedstawiła Arktyczny wyprawa, aby zrobić coś, czego nikt wcześniej nie próbował: latać dronem w pobliżu biegun północny.

Czujniki na warkot oceniłby światło słoneczne odbite od lodu. Ten pomiar, znany jako albedo powierzchni, jest kluczem do zrozumienia, ile promieniowania słonecznego jest pochłaniane przez Ziemię, a ile jest odbijane z powrotem do atmosfery. To jedna z naukowych zagadek, która może pomóc przewidzieć, jak szybko topi się lód morski.

Jednak latanie dronem nad najbardziej wysuniętymi na północ krańcami planety nie jest prostym wyczynem. Pani Pirazzini i jej koleżanka, Henna-Reetta Hannula, spędzili miesiące na nauce latania w Fińskim Instytucie Meteorologicznym, gdzie oboje są naukowcami. Technicy zaprojektowali i zbudowali wyrafinowany system nawigacyjny zdolny do obsługi ekstremalnych warunków pogodowych.

Naukowcy i ich drony dołączyli następnie do największej wyprawy arktycznej w historii na pokładzie Polarstern, lodołamacza przewożącego dziesiątki naukowców na całoroczną misję. Para przyniosła również mniejszego drona do ćwiczeń, który mógł latać w ich maleńkiej kabinie, jedyna szansa, że ​​będą musieli wyostrzyć swoje umiejętności przez tygodnie żeglugi, zanim w końcu wejdą na lód.

Pani Pirazzini od razu napotkała te same problemy, które nękają badaczy Arktyki od dwóch stuleci: zdradliwe warunki nawigacyjne i technologia, która ugina się w głębokim mrozie.

Drony i helikoptery mają problemy w pobliżu bieguna północnego, ponieważ satelity do globalnego pozycjonowania są narażone na niewielką niepewność na skrajnych północnych szerokościach geograficznych. Stwarza to coraz większe zamieszanie w nawigacji, im bliżej bieguna północnego zbliża się pilot, a drony pani Pirazzini będą działać bliżej niż jakiekolwiek wcześniej.

Koszmar nawigacji pochwycił innego drona na wcześniejszej wyprawie. Dron wystartował ze statku, poleciał w zupełnie niekontrolowanym kierunku i rozbił się. Pani Pirazzini była przerażona, że ​​jej dron mierzący albedo padnie następną ofiarą, a jej obawy potwierdziły się, gdy tylko weszła na lód. System nawigacji w głównym dronie nie działał, co oznacza, że ​​ona i pani Hannula musiałyby ręcznie obliczyć odległości, kierunek, wysokość i prędkość wiatru.

„Warunki mrozu były naszym głównym wrogiem, nie tylko ze względu na lód w łopatce” wirników drona „, ale także w naszych palcach” – mówi pani Pirazzini, a jej głos łamie się w telefonie satelitarnym podczas rejsu powrotnego Polarstern na początku tego miesiąca. „Do obsługi drona potrzebne są bardzo delikatne, małe ruchy” – mówi. „Kiedy zamarznie Ci dłoń, tracisz wrażliwość, palce nie mogą już kontrolować funkcji”.

Mgła zamieniła się w lód wokół ostrzy drona. Podmuchy wiatru silniejsze niż osiem metrów na godzinę uziemiły drona. Mimo to dwóm naukowcom udało się przeprowadzić 18 lotów w ciągu trzech tygodni. Pomiary Albedo wykonane przez 49-letnią Pirazzini i 33-letnią Hannulę zostaną teraz przeanalizowane w ramach międzynarodowych wysiłków mających na celu zrozumienie, w jaki sposób ocieplenie wpływa na Arktykę – naukowy wyścig z zmiana klimatu samo.

Północna pokrywa lodowa na Ziemi nagrzewa się około trzy razy szybciej niż reszta planety, zaburzając delikatny ekosystem. Arktyczny lód morski, który topi się latem i zamarza w miesiącach zimowych, zmniejszył się do drugiego najniższego poziomu odnotowanego we wrześniu, miesiącu, w którym pokrywa lodowa jest zwykle najniższa. Dopiero w 2012 roku pokrywa lodowa Arktyki była mniejsza.

Anomalnie ciepłe warunki panujące w Syberyjskiej Arktyce, która przeszła bezprecedensową falę upałów w pierwszej połowie roku, utrudniają teraz reformę lodu. Arktyczny lód morski jest obecnie na najniższym poziomie w tej porze roku od czasu rozpoczęcia monitorowania satelitarnego w 1979 r. – 37% poniżej średniej historycznej.

„Do tego czasu w 2012 r. Lód zaczął się odrastać” – mówi Samantha Burgess, zastępca dyrektora europejskiego serwisu Copernicus Climate Change Service. „Jest trochę za wcześnie, aby stwierdzić, jakie konsekwencje będzie to miało przez resztę sezonu, ale prawdopodobnie będzie to miało wpływ na morską sieć pokarmową”.

W sierpniu, kiedy rozpoczęły się loty dronów pani Pirazzini, lód morski w Arktyce spadł do najniższego poziomu odnotowanego w tym miesiącu. Te niepokojąco niskie poziomy lodu umożliwiły Polarstern dotarcie do bieguna północnego z norweskiej cieśniny Fram w zaledwie sześć dni. „Wszędzie były otwarte wody, bardzo łatwo było się tam dostać” – mówi pani Pirazzini. „To nie jest miłe, jeśli myślisz o przyszłości Arktyki. To bardzo delikatne środowisko, które zmieni się bez powrotu ”.

Pomiar albedo staje się ważniejszy w miarę kurczenia się lodu. Białe powierzchnie lodu arktycznego odbijają promieniowanie słoneczne z powrotem do atmosfery, podczas gdy niebieskie powierzchnie oceanu je pochłaniają. Jednak nie każdy lód jest równie odblaskowy, a naukowcy próbują dowiedzieć się, ile promieniowania słonecznego jest pochłaniane przez lód znajdujący się pod płytkimi, stopionymi wodami, które rozprzestrzeniają się w miarę wzrostu temperatury.

Chociaż obszar lodu morskiego może być monitorowany przez satelity, inne pomiary, które są kluczowe dla zrozumienia szybkości topnienia, można uzyskać tylko bliżej ziemi. Te bardziej szczegółowe dane są niezbędne do określenia innych czynników wpływających na zmianę klimatu, takich jak przenoszenie ciepła przez lód oraz do atmosfery i wody.

Tradycyjnie naukowcy dokonywali odczytów albedo z samolotów i helikopterów. Ale drony są tańsze, mogą latać w gorszych warunkach pogodowych i poniżej nawet niskich chmur. Loty pani Pirazzini trwały od 5 do 30 metrów nad lodem. „Technologia dronów postępuje każdego miesiąca, każdego roku” – mówi. „Jesteśmy w powijakach tego biznesu i wierzę, że będzie się on bardzo rozwijał, ponieważ są to wyjątkowe i potrzebne miary”.

W Arktyce operowanie dronami z dala od innych naukowców czasami wiązało się z ryzykiem. Pani Pirazzini i pani Hannula musiały pokonać pęknięcie w lodzie, używając pontonu jako tratwy. W pewnym momencie Pirazzini klęczał na tratwie nad lodowatą wodą morską, trzymając starannie owiniętego drona, podczas gdy pani Hannula pomagała jej bezpiecznie zacumować za pomocą długiego kija.

Drony czasami okazały się bardziej odporne na surową pogodę w Arktyce niż niektóre inne obiekty latające wyprawy. Dwa balony na uwięzi, zwane Beluga i Miss Piggy, zostaną wysłane, aby schronić się przed trudnymi warunkami w jasnopomarańczowym namiocie znanym jako Balloon Town. „Czasami panna Piggy źle się zachowywała i leciała zbyt nisko” – mówi ze śmiechem pani Pirazzini. „Musielibyśmy się upewnić, że drona nie ma w pobliżu”.

Arsenał naukowy na Polarstern obejmował śmigłowiec oraz wiele balonów meteorologicznych wyposażonych w system radiowy, który zbierał i przesyłał dane dotyczące temperatury, wilgotności, kierunku i prędkości wiatru. W sumie 1574 balonów było uruchamianych po osiem dziennie w ciągu 12 miesięcy – a naukowcy często dekorowali je imionami i wiadomościami urodzinowymi dla swoich rodzin.

Setki naukowców z 20 krajów na zmianę jeździło na Polarstern w ramach misji MOSAiC, akronimu Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate. Prowadzona przez niemiecki Instytut Badań Polarnych i Morskich im. Alfreda Wegenera była to pierwsza wyprawa we współczesnej historii, która spędziła całą zimę w pobliżu bieguna północnego. Misja, która miała budżet przekraczający 140 milionów euro (126,3 miliona funtów), zakończyła się 12 października po 389 dniach na morzu.

„Zmiany klimatyczne prawdopodobnie wymuszą organizację większej liczby wypraw, takich jak ta, ponieważ pojawi się chęć zrobienia czegoś, zrozumienia konsekwencji” – mówi Pirazzini. „Ta wyprawa wytyczyła nowe ścieżki Badania. Czuję, że mam obowiązek wyciągnąć z tego jak najwięcej ”.



Source link