衛星は、海、氷床、熱帯雨林などから信号を反射させ、返ってきた信号をデジタルデータとして地球の健康状態を測ります。しかし、新たな衛星群は、全地球測位システム（GPS）を活用して、気象パターン、長期的な気候変動、さらには太陽フレアによる甚大な干渉の予測にも役立つでしょう。
ラッシュアワーの交通渋滞を抜けたり、レストランを探したり、子供を追跡したりするのに頼りにしているGPS信号は、熱帯海域でハリケーンが発生する時期を予測するのにも使えます。少なくとも、来週月曜日にケープカナベラルからSpaceX社のファルコン・ヘビーロケットで打ち上げられる予定の6基の小型衛星群を開発した研究者たちはそう願っています。このミッションは、政府主導と民間運営の気象データ収集システムの間で繰り広げられている、いわば一種の競争の最新ラウンドでもあります。多くの観測者は、この競争によってコスト削減と精度向上が実現することを期待しています。
気象・電離層・気候観測システム（COSMIC-2）として知られるこのミッションは、GPS無線信号の奇妙な特性を利用しています。GPS信号は大気圏を通過する際にわずかに曲がり、速度が低下します。この曲がりは地上でのナビゲーションの精度には影響しません。軌道上の他の物体から横から見えるだけです。これは、半分水を入れたコップに鉛筆を浸した時に、密度の高い液体を通して鉛筆の像がわずかに屈折するのと似ています（物理学者の間ではスネルの法則として知られています）。
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大気の密度が高いほど、GPS電波はより大きく曲がります。科学者たちは、この密度に関する情報を得ることで、大気中の水分、気圧、気温を1キロメートル間隔で計算できるようになります。大気の上下で何が起こっているかに関するこのような詳細な情報を得ることは、気象予測モデルの精度向上の鍵となります。
「これは非常に洗練された技術です」と、コロラド州ボルダーにある大気研究大学連合のCOSMICプログラム責任者、ビル・シュライナー氏は語る。同連合は、米国海洋大気庁（NOAA）、空軍、台湾の国家宇宙機関とともに、このミッションのスポンサーの一つである。「大気を正確に測定する方法であり、再現性も高いのです。」
シュライナー氏は、電波掩蔽観測（いわゆる「電波掩蔽」）を、毎日5,000機の気象観測気球を打ち上げることに例えています。これは、6機のCOSMIC-2衛星が収集できる観測データの総量に相当します。この電波掩蔽システムは、世界中の海岸線を襲うハリケーンや台風の発生源である赤道付近の海洋に関する情報もより多く収集します。もう一つの利点は、船舶や気象観測所が到達できない遠隔地の大気の状態に関する情報も収集できることです。COSMIC-2衛星は、太陽粒子の移動速度を測定するセンサーも搭載しており、この情報は宇宙天気予報の専門家が、大規模な太陽フレアや噴火の発生時期を予測するのに役立つでしょう。
シュライナー氏によると、COSMIC-2は2億5000万ドルという費用で、他の気象衛星と比べて比較的安価であり、その半分は台湾が負担したという。「桁違いに安いのです」と彼は言う。一方、NOAAが2016年に打ち上げた最初の4基の静止気象衛星GOESは、納税者に110億ドルもの費用がかかっており、それ以来宇宙でいくつかのトラブルに見舞われている。
NOAA環境モデリングセンターの物理学者ダリル・クライスト氏は、新しいCOSMIC-2衛星はGOESシステムの観測結果を較正し、長期気候モデルの改良にも活用されると述べています。COSMIC衛星のデータは、北米の気象の多くを左右する高速で移動する大気の流れ、すなわち大きな大気の流れの追跡と予測精度の向上にも役立つでしょう。
「COSMIC-2ミッションの直接的な恩恵により、このような現象の予測精度が向上すると期待しています」とクライスト氏は電話会議で述べた。
来週の打ち上げにより、電波掩蔽衛星は実質的にパイロットプログラムから成熟技術へと移行する。2006年に打ち上げられた最初のCOSMIC衛星群は、その試験運用に役立った。最初の6機の衛星のうち1機を除く全ての衛星の太陽電池式バッテリーが消耗し、もはや観測データは提供されていない。研究者らによると、新たなCOSMIC-2ミッションは少なくとも5年間は継続する見込みだ。同時に、コスト高騰により、NOAAと台湾のパートナーは、2021年に打ち上げ予定だった極軌道を周回する電波掩蔽衛星群の追加打ち上げを中止せざるを得なくなった。NOAAは代わりに、商用衛星企業から、電波掩蔽を用いて得られた気象データを含む気象データをさらに購入することを検討している。
しかし、2017年の最初の商用購入はうまくいかず、NOAAとUCARの科学者たちは、生成されたデータの質と量に満足していませんでした。昨年、NOAAは2社を第2ラウンドのテストに選定しましたが、UCARの担当者によると、気象データが購入に値するかどうかを現在も評価中です。まだ気象予報には使用されていません。
民間衛星と比較すると、COSMIC-2衛星は大きく（約3立方フィート対2.5立方インチ）、重量も重い（618ポンド対11ポンド）。寿命も長く（5年対2年）、アンテナも大型で、地球の大気に関するより多くの情報を収集できる。COSMIC-2は、NASAジェット推進研究所が設計した先進的な機器を搭載しており、地表に近い層、つまり雲や水蒸気のほとんどが存在する高度6マイル（約9.6キロメートル）までの対流圏の大気情報を収集できる。より正確な測定値を収集できるだけでなく、大気の様々な層の状態を観測できる能力は、従来の気象衛星に比べて大きく進歩している。
もちろん、民間のキューブサットは製造と打ち上げが安価です。現在、NOAAの一部当局者は、連邦政府の資金で電波掩蔽ネットワークを構築するのと同時に、気象データ収集データの民営化を望んでいるようです。通常、最終決定権はNOAA長官にありますが、トランプ大統領による民間気象予報会社AccuWeatherの元CEO、バリー・マイヤーズ氏の指名は、2017年以来、上院によって阻止されています。
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