Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени - от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Изучение Земли из космоса объединяет в себе фундаментальную науку и чисто прикладные задачи.

С течением времени появились специализированные спутники для изучения Земли из космоса. Эта тематика считается крайне важной, поэтому на нее затрачиваются значительные ресурсы. Так, в NASA в 2015–2016 гг. исследования Земли из космоса имели более высокий бюджет (почти $2 млрд в год), чем каждый из трех других научных разделов (астрофизика, планетные исследования, гелиофизика). Очень интенсивно эта область исследований развивается в Европе, которая сейчас лидирует в этом направлении. И даже небольшие страны, не имеющие крупных космических программ, стремятся создавать собственные спутники, предназначенные для решения каких-то локальных прикладных задач, связанных с наблюдениями из космоса, или сотрудничать с большими агентствами.

Исследования Земли из космоса объединяют как ряд фундаментальных научных, так и множество прикладных проблем. Сейчас выделяют такие приоритетные направления, как изучение загрязнения окружающей среды, различные аспекты здравоохранения (например, исследования, связанные с распространением малярии в заболоченных местностях, или роль разрушения озонового слоя в росте заболеваемости раком кожи), исследования экосистем и биоразнообразия, изучение земной коры (сюда входит и прогнозирование землетрясений, и поиск полезных ископаемых, и изучение вулканов), наблюдение за изменениями климата, мониторинг и прогнозирование погоды, изучение водных ресурсов (включая изучение ледяного покрова).

Проблема глобального изменения климата требует постоянного космического мониторинга.

Среди конкретных актуальных вопросов выделяются прогноз ближайших серьезных климатических изменений (например, связанных с таянием льдов), поведение океанических экосистем (исчерпание рыбных ресурсов), динамика количества разрушительных тропических циклонов, распространение болезней.

Кроме пассивных наблюдений используется активное зондирование поверхности и атмосферы с помощью радаров и лазеров.

Для изучения параметров оболочек Земли и их динамики используется обширное разнообразие инструментов. Кроме получения изображений в разных спектральных диапазонах используются и активные методы зондирования, в основном с помощью радаров и лидаров (лазерных радаров, принимающих отраженное или рассеянное лазерное излучение). Это позволяет изучать состав земной атмосферы на разных высотах, а также решать множество других задач, например строить точные карты высот рельефа, что, в частности, дает возможность предсказывать крупные оползни. Также дистанционные измерения позволяют с высокой точностью измерять уровень водных пространств – как морей и океанов, так и озер, что имеет огромное прикладное значение из-за угрозы затопления прибрежных районов при повышении уровня Мирового океана, угрозы наводнений или засухи.

Важной задачей, имеющей отношение к климату и погоде, является измерение солнечной постоянной – количества энергии, приходящей от Солнца. Для этого также необходимы спутниковые измерения. Хотя формально это относится к физике Солнца, тем не менее из-за важности этого параметра для моделирования земного климата подобные измерения традиционно включаются и в программы геофизических исследований.

Только глобальные спутниковые наблюдения позволяют с высокой точностью изучать гравитационное поле Земли и его вариации: эта задача решалась в рамках проектов GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment, Эксперимент по изучению гравитационного поля и климата, запущен в 2002 г.) и GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer, Аппарат для изучения гравитационного поля и постоянных океанических течений, 2009 г.). Измерения гравитационного поля важны для изучения целого ряда вопросов, таких как построение карт океанских течений, исследование таяния ледников, а также изучение последствий землетрясений.

Прогноз погоды базируется на спутниковых данных.

Особенностью геофизических исследований является необходимость длительного мониторинга, поскольку многие корреляции (например, изменение числа ураганов в зависимости от средней температуры) значимо проявляются только на больших масштабах времени. Поэтому требуются постоянные наблюдения, для чего необходимо поддерживать орбитальные группировки спутников, оснащенных соответствующими приборами. Сейчас на орбите постоянно работает несколько десятков спутников для изучения Земли, созданных разными странами. Лидерами в этой области являются Европейское космическое агентство и NASA.