Космический радар, который оценит состояние лесов Земли

Лесные экосистемы являются вторым по величине углеродным «долларом» нашей планеты после океанов. Чтобы определить, сколько углерода леса способны поглощать, Европейское космическое агентство (ESA) совместно с Airbus разработали спутник Biomass. Этот уникальный аппарат будет использовать радиоволны, ранее считавшиеся запрещенными, для мониторинга состояния лесов с орбиты, и его запуск ожидается уже в конце апреля из Французской Гвианы. Biomass станет крупнейшим космическим радаром в истории, хотя вскоре его составит конкуренция спутник NISAR, который будет запущен позже в этом году.

Приблизительно половина массы дерева состоит из углерода, что позволяет оценить, сколько углекислого газа поглощает лес. Однако прямое измерение этой массы невозможно. Как объясняет Клаус Сципал, руководитель проекта Biomass: «Чтобы измерить биомассу, необходимо срубить дерево и взвесить его, поэтому мы используем косвенные методы измерения». Это значит, что учёные полагаются на комбинацию полевых выборок и технологий дистанционного зондирования, таких как лидары, которые позволяют измерить высоту деревьев.

Существующие спутники, такие как Sentinel-1, используют короткие радиоволны, которые не могут пробить листву деревьев и достигнуть земли, что делает их неэффективными для оценки состояния лесов в таких труднодоступных местах, как Амазонка. Менее 20% леса здесь исследовано на земле, что делает мониторинг лесов с помощью космических технологий единственным возможным вариантом.

Использование P-диапазона радиоволн, которые в десять раз длиннее, чем у существующих систем, позволит видеть не только кроны деревьев, но и стволы, где сосредоточена основная масса углерода. Однако размещение такого радара на спутнике — задача далеко не простая. Специалисты Airbus смогли сделать ракеты Biomass шириной 2 метра и высотой 4 метра, с антеннами диаметром 12 метров, которые необходимо будет раскладывать после запуска.

Отправка P-диапазона в космос была запрещена международными правилами из-за возможной интерференции с радарами, используемыми для слежения за межконтинентальными баллистическими ракетами. ESA удалось добиться исключения, однако радарам Biomass придется отключаться над Северной Америкой и Европой, что, по словам Сципала, является серьезным ограничением для упомянутой миссии.

Миссия Biomass продлится пять лет. Первые пять месяцев будут потрачены на калибровку радара, после чего начнется сбор данных для создания 3D-карт лесов в удалённых регионах, таких как Индия, Австралия, Сибирь, Южная Америка и Африка. «Томография будет работать как КТ-сканирование в больнице. Мы будем делать снимки каждой области с различных позиций и составлять 3D-карту лесов», — поясняет Сципал.

Полное глобальное покрытие ожидается за 18 месяцев, после чего каждые девять месяцев будут обновляться карты состояния лесов, что даст понять, как меняется экосистема в течение времени.

Главная цель исследования — понять роль лесов в глобальном углеродном цикле, с акцентом на тропические леса, находящиеся под угрозой вырубки и недостаточно изученные. Biomass предоставит 3D-карты лесов с разрешением на уровне гектаров, включая высоту деревьев и топографию земли.

Тем не менее у проекта также есть ограничения. «Мы не сможем увидеть сезонные изменения в лесах из-за времени, необходимого для глобального покрытия», — отмечает Ирэна Хайнеек, профессор наблюдений за Землёй в ETH Zurich. Biomass не сможет оценить углерод, который оказывается в почвах пермокрая, но он всё равно предоставит ценную информацию о том, сколько углерода хранится в лесах и сколько из него выделяется из-за вырубок или лесных пожаров.

Использование таких технологий, как Biomass, открывает новые горизонты не только в области экологии, но и в вопросах экономической политики. Обнаружение изменения в биомассе может повлиять на климатическую политику государств, а также на развитие рынков углеродных кредитов. Это позволит странам, активно работающим над сокращением выбросов, более точно оценивать свои достижения и усилия.

Искусственный интеллект также становится важным инструментом в этой сфере. Например, алгоритмы машинного обучения могут анализировать собранные данные, предсказывать изменения в экосистемах, предлагать эффективные стратегии защиты лесов и бороться с последствиями изменения климата. Это показывает, как современные технологии могут быть применены не только для улучшения жизни человека, но и для сохранения нашей планеты.