بزرگ‌ترین رادار جهان برای اندازه‌گیری زیست‌توده جنگل‌های زمین به فضا می‌رود
ماهواره بیومس قرار است زیر سطح پوشش درختان نفوذ کرده و داده‌هایی سه‌بعدی از ساختار داخلی جنگل‌ها جمع‌آوری کند.
در دیجیاتو ثبت‌نام کنید
جهت بهره‌مندی و دسترسی به امکانات ویژه و بخش‌های مختلف در دیجیاتو عضو ویژه دیجیاتو شوید.
عضویت در دیجیاتوتازههای تکنولوژی
آژانس فضایی اروپا با همکاری شرکت ایرباس ماهواره‌ای با نام بیومس (زیست‌توده) را برای اندازه‌گیری دقیق زیست‌توده جنگل‌های جهان آماده پرتاب کرده است. این ماهواره قرار است زیر سطح پوشش درختان نفوذ کرده و داده‌هایی سه‌بعدی از ساختار داخلی جنگل‌ها، ازجمله ارتفاع درختان و توپوگرافی زمین جمع‌آوری کند. هدف اصلی این مأموریت درک بهتر میزان کربن ذخیره‌شده در جنگل‌ها و نحوه تغییر آن در اثر عواملی مانند جنگل‌زدایی و آتش‌سوزی است که به شناخت دقیق‌تر چرخه جهانی کربن و تأثیر آن بر تغییرات اقلیمی کمک می‌کند.
جنگل‌ها پس از اقیانوس‌ها دومین مخزن بزرگ کربن روی زمین هستند. به گزارش TechnologyReview، آژانس فضایی اروپا (ESA) و شرکت ایرباس قصد دارند برای درک دقیق میزان کربنی که جنگل‌ها جذب می‌کنند، ماهواره‌ای به نام بیومس را به فضا بفرستند تا پوشش درختان را در سراسر جهان مشاهده کند.
ماهواره بیومس قرار است اواخر آوریل (اردیبهشت) از گویان فرانسه به فضا پرتاب شود و رکورد بزرگ‌ترین رادار فضایی نصب‌شده روی ماهواره در تاریخ را در اختیار بگیرد. البته به‌زودی با پرتاب ماهواره تصویربرداری NISAR متعلق به آمریکا و هند که اواخر امسال به مدار خواهد رفت، این رکورد جابه‌جا خواهد شد.
تقریباً نیمی از جرم خشک یک درخت از کربن تشکیل شده است،؛ بنابراین اندازه‌گیری دقیق وزن جنگل‌ها می‌تواند نشان دهد چه میزان دی‌اکسیدکربن از جو جذب کرده‌اند. دانشمندان راهی برای اندازه‌گیری مستقیم این جرم ندارند. «کلاوس سایپال»، مدیر مأموریت Biomass می‌گوید:
«برای اندازه‌گیری زیست‌توده باید درخت را قطع و وزن کنید؛ به همین دلیل از روش‌های غیرمستقیم استفاده می‌کنیم.»
این روش‌های غیرمستقیم ترکیبی از نمونه‌برداری میدانی مانند اندازه‌گیری ارتفاع و قطر درختان توسط کارشناسان در جنگل و فناوری‌های سنجش از دور مانند اسکنرهای لایدار هستند؛ دستگاه‌هایی که می‌توان آنها را با هواپیما یا پهپاد بر فراز جنگل پرواز داد تا ارتفاع نوک درختان را در مسیر پروازی اندازه‌گیری کنند. این روش‌ها در آمریکای شمالی و اروپا که سیستم‌های مدیریت جنگل آنها به‌خوبی توسعه یافته‌اند، عملکرد خوبی داشته‌اند. سایپال می‌گوید:
«مردم هر درختی را می‌شناسند، اندازه‌گیری‌های زیادی انجام می‌دهند [و اطلاعات زیادی از آنها در دست داریم.] بیشتر درختان جهان در مناطقی قرار دارند که به‌خوبی نقشه‌برداری نشده‌اند، مانند جنگل آمازون که کمتر از ۲۰ درصد سطح آن دقیق و میدانی بررسی شده است.
در این مناطق دورافتاده و عمدتاً دورازدسترس، استفاده از سیستم‌های مبتنی‌بر فضا برای سنجش زیست‌توده تنها گزینه عملی است. مشکل اینجاست که ماهواره‌هایی که ما درحال‌حاضر در مدار داریم، برای پایش درختان تجهیز نشده‌اند.»
ماهواره بیومس برای دیدن عمق جنگل‌ها از راداری با طول موج بلند بهره می‌گیرد
در تصاویر ماهواره‌ای، جنگل‌های استوایی شبیه فرش‌هایی مخملی و سبزرنگ به نظر می‌رسند؛ چون فقط نوک درختان از فضا مشاهده می‌شود. در چنین تصاویری نمی‌توان ارتفاع یا ضخامت تنه درختان را تشخیص داد.
علاوه‌براین، رادارهایی که روی ماهواره‌هایی مانند Sentinel-1 نصب شده‌اند، از امواج رادیویی کوتاه، مانند باند C، استفاده می‌کنند که طول موجی بین ۳.۹ تا ۷.۵ سانتی‌متر دارند. این امواج از برگ‌ها و شاخه‌های نازک بازتاب پیدا می‌کنند و توانایی نفوذ تا سطح زمین را ندارند.
به همین دلیل، آژانس فضایی اروپا در مأموریت بیومس تصمیم گرفته از راداری در باند P (P-band) استفاده کند. امواج رادیویی این باند حدود ۱۰ برابر بلندتر از امواج باند C هستند و می‌توانند شاخه‌های ضخیم‌تر و تنه درختان را تشخیص دهند اما نصب رادار باند P روی ماهواره کار ساده‌ای نیست. اولین چالش اندازه این سیستم است.
سایپال توضیح می‌دهد: «مقیاس سیستم‌های راداری متناسب با طول موج تغییر می‌کند؛ هرچه طول موج بلندتر باشد، آنتن بزرگ‌تری نیاز است؛ بنابراین، [در این پروژه] به سازه‌های بزرگ‌تری نیاز است.»
برای اینکه ماهواره بیومس بتواند این رادار را حمل کند، مهندسان ایرباس مجبور شدند بدنه آن را به اندازه‌هایی قابل‌توجه برسانند: ۲ متر عرض، ۲ متر ضخامت و ۴ متر ارتفاع! آنتن رادار نیز قطری برابر با ۱۲ متر دارد. این آنتن روی بازویی بلند و چندمفصلی قرار دارد و ایرباس مجبور شد آن را مانند چتری غول‌پیکر تا کند تا در موشک Vega C که قرار است آن را به فضا ببرد، جا شود. بازکردن این آنتن پس از رسیدن ماهواره به مدار چند روز زمان خواهد برد.
ممنوعیت استفاده از رادارهای باند P در مدار زمین
با‌این‌حال، اندازه تنها مانع برای استفاده از رادارهای باند P در فضا نیست؛ طبق مقررات اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU)، راه‌اندازی این سیستم‌ها به‌دلیل احتمال تداخل فرکانسی، در مدار زمین ممنوع است. سایپال می‌گوید:
«فرکانس اولیه در باند P معمولاً به رادارهای ردیابی تک‌هدف (SOTR) بسیار بزرگ تخصیص می‌یابد که آمریکایی‌ها از آن برای تشخیص موشک‌های بالستیک قاره‌پیما استفاده می‌کنند و این موضوع طبیعتاً برای ما مشکل‌ساز بود.»
برای گرفتن مجوز استثنا از ممنوعیت استفاده از رادارهای باند P در فضا، آژانس فضایی اروپا مجبور شد با محدودیت‌هایی موافقت کند؛ ازجمله خاموش نگه‌داشتن رادار Biomass هنگام عبور از بالای آمریکای شمالی و اروپا تا تداخلی در پوشش رادارهای SOTR ایجاد نشود.
سایپال می‌گوید: «واقعاً ناراحت‌کننده است؛ چون این مأموریتی اروپایی است و می‌خواستیم از جنگل‌های اروپا هم داده جمع‌آوری کنیم.» اما به‌جز اروپا و آمریکای شمالی سایر نقاط جهان تحت پوشش کامل این مأموریت قرار خواهند گرفت.
مأموریت بیومس برای سنجش زیست‌توده
Biomass برای ۵ سال برنامه‌ریزی شده است. ۵ ماه نخست به کالیبراسیون رادار و دیگر تجهیزات اختصاص خواهد یافت. پس‌از‌آن، این ماهواره وارد فاز توموگرافی می‌شود تا داده‌هایی برای ساخت نقشه‌های دقیق زیست‌توده جنگل‌ها در کشورهایی مانند هند، استرالیا، سیبری، آمریکای جنوبی و آفریقا جمع‌آوری کند. این مناطق تقریباً تمام مناطق جنگلی دنیا به‌جز اروپا و آمریکای شمالی را در بر می‌گیرد. سایپال توضیح می‌دهد:
«توموگرافی مثل سی‌تی‌اسکن در بیمارستان عمل می‌کند. ما از هر منطقه از زوایای مختلف تصویر می‌گیریم و درنهایت نقشه سه‌بعدی از ساختار جنگل‌ها تولید می‌کنیم.»
دستیابی به پوشش کامل جهانی حدود ۱۸ ماه زمان می‌برد. پس‌از‌آن، تا پایان مأموریت، بیومس به روش اندازه‌گیری متفاوتی تغییر حالت می‌دهد و هر ۹ ماه یک نقشه کامل جهانی تولید می‌کند تا تغییرات شرایط جنگل‌ها در طول زمان پایش شود.
سایپال می‌گوید: «هدف علمی این مأموریت درک عمیق نقش جنگل‌ها در چرخه جهانی کربن است. تمرکز اصلی ما روی مناطق استوایی است؛ چون این جنگل‌ها هم انبوه‌ترین پوشش گیاهی را دارند هم بیشترین خطر نابودی تهدیدشان می‌کند و هم کمترین شناخت را از آنها داریم.»
ماهواره Biomass قرار است نقشه‌هایی سه‌بعدی با وضوح یک هکتار از جنگل‌های استوایی ارائه دهد. این نقشه‌ها قرار است شامل همه‌چیز، از ارتفاع درختان گرفته تا پستی و بلندی‌های زمین، داده‌هایی که تاکنون هیچ‌گاه در اختیار نداشته‌ایم، باشند.
سهم Biomass در تعیین نقش جنگل‌ها در چرخه کربن
باوجود چشم‌انداز بلندپروازانه مأموریت بیومس، برخی محدودیت‌ها همچنان باقی خواهند ماند. «ایرنا هاینسک»، استاد سنجش از دور در مؤسسه فناوری که در این پروژه مشارکتی ندارد، می‌گوید:
«یکی از نقاط ضعف این مأموریت این است که به‌دلیل زمان‌بر بودن پوشش جهانی زیست‌توده، نمی‌توانیم تغییرات فصلی در جنگل‌ها را طی سال رصد کنیم و این مأموریت نمی‌تواند به تمام پرسش‌های ما درباره چگونگی عملکرد منابع جذب کربن پاسخ دهد.»
هاینسک می‌گوید: «در تمام برآوردهایمان از تغییرات اقلیمی، می‌دانیم چه میزان کربن در جو وجود دارد اما اطلاعات بسیار کمی درباره مقدار کربنی که در خشکی ذخیره شده، داریم.» به گفته او، مأموریت Biomass محدودیت‌هایی دارد؛ ازجمله اینکه نمی‌تواند کربن ذخیره‌شده در خاک مناطق منجمد (Permafrost) را اندازه‌گیری کند، درحالی‌که این نواحی بخش قابل‌توجهی از کربن را در خود نگه می‌دارند.
هاینسک معتقد است داده‌های به‌دست‌آمده از این مأموریت، تحولی مهم در دانش ما از چرخه کربن ایجاد خواهند کرد: «متوجه خواهیم شد چه مقدار کربن در جنگل‌ها ذخیره شده و چه مقدار از آن به‌دلیل عواملی مانند جنگل‌زدایی یا آتش‌سوزی آزاد می‌شود و این دستاوردی بزرگ خواهد بود.»
برای گفتگو با کاربران ثبت نام کنید یا وارد حساب کاربری خود شوید.