NASA JPLは汚染監視衛星のビジョンの強化を望んでいる

アンドリュー・ソープが小型飛行機に乗って上空を飛んでいた乗務員からテキストメッセージを受け取ったのは、ほぼ10年前のことでした。 新たなメタンのホットスポットを発見した。

ソープ氏は、米国南西部のフォーコーナーズ地域付近の曲がりくねった未舗装道路や山道を、扱いにくいレンタルSUVで走った。飛行機から中継された場所に到着すると、煙のスキャンをするために熱探知カメラを取り出した。案の定、メタンが地面から漏れ出ており、おそらくパイプラインの漏れによるものと思われる。

彼は、ガス会社の電話番号が記された砂漠の標識を見つけたので、その会社に電話をかけた。「電話の向こう側にいる人は、とても困惑していました」とソープ氏は言う。「なぜ電話をかけたのか説明しようとしましたが、これは何年も前のことで、当時はこのようなことができる技術がまったくなかったのです。」

長年にわたり、この仕事はソープ氏に望まない注目を集めてきた。「カリフォルニアで運転調査をしたことがありました。… 警備員が私を非常に疑って、追い払おうとしました」とソープ氏は言う。「公道にサーマルカメラを設置して、フェンスの向こうのタンクに向ければ、人々は不安になります。石油・ガス労働者からやじられたこともありますが、それは当然のことです。」

現在、ソープはNASAの温室効果ガス監視の最前線に立つグループの一員である。 ジェット推進研究所 ラ・カニャダ・フリントリッジで40年以上にわたり、 JPL マイクロデバイス研究所 メタンと二酸化炭素を極めて正確に測定する特殊な機器を開発しました。

分光計と呼ばれるこの機器は、ガスが吸収する太陽光の色に基づいてガスを検出する。今年初め、JPL、カリフォルニア工科大学、研究非営利団体カーネギーサイエンスの研究者チームが、 ファイナリストに選ばれた この技術を軌道上に乗せるためのNASAの助成金を申請。

衛星ミッションに選ばれれば、チームの炭素調査「Carbon-I」は2030年代初頭に打ち上げられる。Carbon-Iは3年間にわたり、地球上の温室効果ガス排出量を継続的に地図化し、関心のある地域のスナップショットを毎日撮影し、科学者が発電所、パイプラインの漏れ、農場、埋立地などの気候汚染源を特定できるようにする。

すでにこれらのガスを監視する衛星は複数あるが、Carbon-I の解像度は前例がなく、ガスがどこから放出されたかを判断する際に推測する必要がなくなる。「もはや否定しようがない。一度プルームが見えたら、他に潜在的な発生源はない」と、Carbon-I の共同主任研究員でカリフォルニア工科大学の環境科学工学教授のクリスチャン・フランケンバーグ氏は言う。

カリフォルニア工科大学のクリスチャン・フランケンバーグ教授は、宇宙ベースの炭素I排出監視システムの共同主任研究員であり、JPL研究室で建設中のAVIRISモニターを覗き込んでいる。

(ミョン・J・チュン/ロサンゼルス・タイムズ)

カーボン-I の最高解像度である 100 フィートは、「宇宙から見ると非常に高い解像度です。これは信じられないほどの解像度です」と、地球の炭素循環を研究し、カーボン-I の提案には関わっていないトロント大学の教授、デブラ・ワンチ氏は述べた。「これにより、排出源を正確に把握できるようになります。これは画期的なことです。個々の煙突や、埋立地の個々の部分までも見ることができるでしょう。」

歴史的に、個々の排出源からの温室効果ガスの放出を監視するのは困難でした。二酸化炭素もメタンはどちらも無色無臭だからです。そのため、科学者は企業からの自己申告値と研究からの推定値を合計することに頼らざるを得ませんでした。たとえば、牛が排出するメタンの量を推定するには、科学者は 1 頭の牛が放出するメタンの量を調べ、それを地球上の牛の総数で乗じる必要があります。

「国際政策を見ると、現在はすべてボトムアップの目録に基づいています」と、Carbon-Iの共同主任研究員であり、カーネギーサイエンスのカーネギー気候・レジリエンスハブの創設ディレクターであるアンナ・ミハラク氏は述べた。「私たちは、実際に排出量を追跡する独立した方法を持つところまで到達する必要があります。」

カーボンIの解像度によって、科学者は熱帯地方の大気圏に新たなアクセスが可能になる。熱帯地方では現在、雲によってほとんどの衛星監視が妨げられている。「そこが彼らのアキレス腱だ」とフランケンバーグ氏は言う。

熱帯および亜熱帯の森林は 吸収する CO2の約4分の1 人類が生み出す 化石燃料を燃やすことによって、この地域からの正確なデータが切実に必要とされています。

現在地球を周回している低解像度の衛星は、雲の隙間を見通すことができません。各ピクセルで、空の曇りと晴れのスポットのぼやけた平均しか見えません。Carbon-Iは、各ピクセルの面積が他のほとんどの衛星の約50分の1であるため、雲の隙間を見通すことができ、そこから測定を行うことができます。 2024年4月号フランケンバーグ氏、ミハラク氏、および彼らの協力者は、カーボンIは以前の探査機よりも10～100倍の頻度で熱帯地方の雲の向こうを見ることができるだろうと推定した。

「カーボン・アイは、人々が何が起こっているのかわからないものも見ることになるだろう」と、ガス漏れに熱探知カメラを向けていた大学院時代を終え、現在はマイクロデバイス研究所の研究技術者として働くソープ氏は言う。「カーボン・アイは、科学のまったく新しい領域を切り開くことになるだろう」

JPLの航空機による温室効果ガス監視プログラムは数十年前に遡るが、宇宙監視の分野はまだかなり新しい。2016年の初め頃、NASA本部はJPLチームに連絡を取った。進行中の大規模な アリソキャニオンガス貯蔵施設の爆発 ポーターランチの近くにあり、NASAはチームに調査を依頼しました。

南カリフォルニアガス社がガス漏れを食い止めようと奮闘する中、チームは1960年代の偵察機の改良型に乗り、1か月にわたって3日間にわたり現場上空を飛行した。同時に、メリーランド州にあるNASAのゴダード飛行センターは、NASA地球観測衛星のハイペリオン分光計を漏れ現場に向けていた。

ハイペリオンは地球の表面を観測し、大気からのノイズを除去するために設計されました。彼らは大気を観測し、表面を取り除こうとしていましたが、 の 初めて科学者たちは軌道上から人工のメタンの点源を観測した。

「ハイペリオンの結果はかなりノイズが多かったが、それでも煙は見えた」とソープ氏は言う。「これはまさに、宇宙からでもそれが可能であるという概念実証だった」

たとえCarbon-Iが打ち上げられたとしても、チームが航空機に機器を搭載するのをやめるわけではない。航空機からなら、チームは関心領域をさらに鮮明な解像度で、一度に何日も連続して監視することができる。現在、フォーコーナーズ油田の漏出とアリソキャニオンの噴出を観察した分光計のよりスリムで高性能なバージョンが、メキシコ湾沖の石油掘削装置の排出を監視する一連のミッションに投入されている。

ハリウッド・バーバンク空港の格納庫で温室効果ガス監視飛行を行うためにジェット推進研究所が使用する双発のキングエア機。

(ノア・ハガティ/ロサンゼルス・タイムズ)

飛行機ミッションは、チームに新しい分光計や改良された分光計を試す機会も与える。「分光計は修理もできるし、アップグレードもできる」と、30年以上分光計に携わり、定期的に分光計とともに飛行するJPLのエンジニア、マイケル・イーストウッド氏は言う。「非常に成熟した、よく知られた、高い信頼性が求められる宇宙船とは対照的に、より多くのリスクを取ることができます。私たちはそのような制約を受けません」

航空チームも機敏に動いています。通常、キングエア双発プロペラ機の2列目には2人の乗務員が座り、飛行機のコックピットに匹敵するほどのボタンを備えたノートパソコンや計器の山を眺めています。スクリーンでは、リアルタイムのGPSデータや分光計の結果を確認したり、パイロットと飛行計画を調整したりできます。分光計と呼ばれるこの計器は、 アヴィリス（Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer の略）は 3 列目に座って、床に開けられた窓から下を見下ろしています。

カーボン・アイが最終候補に選ばれたNASAのプログラムは、社会に利益をもたらす宇宙ベースの地球科学に資金を提供することを目的としている。チームは、2025年のNASAの最終審査までにプロジェクト提案を洗練させるために500万ドルを授与された。他の最終候補は3つあり、そのうち2つが打ち上げに選ばれる。

ミッションを選択するためのこの2段階のプロセスはNASAの地球科学プログラムにとって新しいものであり、JPLは宇宙機関との関係とは無関係に、他の科学コミュニティと競争する必要がある。

「食料品のお金について言えば、 [$5 million] 「多額のお金のように思えますが、本当にお買い得です」とミハラク氏は言う。「3億ドルをミッションに投じることを考えれば、その1.5%を、ミッションが本当に素晴らしいものになり、成功するように使うのは非常に賢明なことです。」

一方、Carbon-I チームは、プロジェクトを予定通り予算内で実行するための技術的ノウハウがあることを NASA に示すことに注力しています。

「現段階の4つのミッションはどれも科学的に価値のあるミッションだと思う」とミハラク氏は言う。「衛星ミッションとしては50％の確率は悪くない」