NASAの新しい衛星のレーザーが極地の氷の微細な変化を追跡

NASAはほぼ10年間、地球の海氷の融解を観測する衛星を保有していませんでした。しかし、明日カリフォルニア州ヴァンデンバーグ空軍基地から10億ドル規模のICESat-2衛星が打ち上げられることで、状況は一変します。地球から310マイル（約480キロメートル）上空の軌道に投入されると、この衛星は特別に設計されたレーザー装置を用いてデータの収集を開始します。これにより、科学者たちは氷がどこで、どれほどの速さで融解しているのかについて、より詳細なデータを得ることができます。

NASAの衛星は、6本の緑色レーザービームを用いて地球表面をスキャンし、氷河と海氷を測定します。氷の厚さと質量を正確に測定することで、NASAの科学者は気候変動の影響をより正確に把握できるようになると研究者らは述べています。「私たちは、この変化の背後にあるプロセスと要因を理解し、海面上昇の予測精度を向上させようとしています」と、ワシントンにあるNASA本部の氷圏プログラム科学者、トム・ワグナー氏は述べています。

さらに、同じレーザーを使って、探査機が極地から極地へと地球を周回する間、森林、ジャングル、その他の地形の高さを測定することもできます。このデータは、世界の温帯地域にどれだけの炭素が存在するか、そして時間の経過とともにどれだけの量が失われているかを推定するために活用されます。

デルタ2ロケットに搭載される10億ドル規模のICESat-2衛星の設計と製造には、エンジニアたちが10年以上を費やしました。最も困難な点は、レーザーをユニットとして連携させ、正確な情報を得るために正しく調整することでした。衛星はまた、GPSユニットと宇宙空間に向けられたカメラの両方を用いて、固定された衛星群との関係で自身の位置を判別し、正確な位置を把握する必要もあります。

それぞれのレーザーは毎秒1万回、地表に反射して戻ってくる。衛星に搭載された幅31インチのベリリウム製望遠鏡が、戻ってくる光線を捉え、電子信号検出器に送り、地球までの距離を計測する。6本のレーザー光線は地球を横切る幅6キロメートルの帯状の領域をカバーし、その経路上にあるすべてのものを計測する（レーザーは人、植物、氷には無害である）。

3,341ポンド（約1,400kg）のこの衛星は、2009年にレーザー1発のミッションを終えた初代ICESatの後継機として待望されてきた。それ以来、研究者たちは「オペレーション・アイスブリッジ」と呼ばれる特別装備のP-3BとDC-8航空機を南北極圏に飛ばし、ICESat-2の打ち上げを待つ間、データの欠落を埋めてきた。搭載されているATLAS（先進地形レーザー高度計システム）と呼ばれる機器はストップウォッチのような役割を果たし、地球への到達と地球への帰還に3.3ミリ秒かかる光子を発射する。NASAによると、ATLASはこの移動時間を10億分の1秒単位まで計測する。科学者たちは物理法則を用いて、衛星と地球表面の距離を4ミリメートル単位まで正確に計測することができる。

この距離を、数日または数週間前に同じ場所で行われた同じ測定結果と比較することで、氷がどのように溶けているか（または拡大しているか）や植物がどのように成長しているかを計算できます。最も重要なのは、グリーンランドと南極大陸の標高の変化を1年間にわたって測定できることです。そして、科学者たちはその変化を海面上昇への影響に結びつけることができます。

NASAによると、北極の海氷面積が減少していることは研究者の間では分かっているものの、体積の減少についてはほとんど分かっていない。ICESat-2は、海氷の厚さを測定できる初の衛星だ。海氷は浮遊しているため、レーザー光線を氷の表面に反射させ、それを近くの開水域での同様の反射と比較する。この2つを差し引くことで、開水域周辺の氷の高さが算出される。

NASAのワグナー氏は、強化されたATLASは第一世代のICESatと比べて飛躍的な進歩であり、航空機が到達できない地球上の地域で桁違いに多くのデータを収集できると述べています。この装置は特に、「南極大陸の奥地や一部の沿岸地域など、現在の変化がまだよく分かっていない地域」で役立つでしょう、とワグナー氏は言います。

ある科学者は、ICESat-2によって永久氷床とそれを取り囲む浮遊棚氷の境界、いわゆるグラウンディングゾーンについてより深く理解できるようになると述べています。メリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センターの氷河学者ケリー・ブラント氏は、「想像もしなかったような新たな科学的発見も期待しています」と述べています。ブラント氏は南極とグリーンランドの両方に何度も足を踏み入れています。「人々は創造力に富み、この種のデータの限界を押し広げてくれるでしょう。」

ブラントならきっと分かっているはずだ。彼女は昨冬、南極の周囲400マイル（約640キロメートル）をスノートラクターで周回し、アイスブリッジ航空機による南極の氷床の測定値を二重チェックした。ブラントをはじめとする人々は、ノートパソコンから地球の変化をもっと深く観察できるようになるはずだ。

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