O zásobách vody v pevném skupenství, tedy v podobě ledu, na naší planetě toho moc nevíme. Částečně je to dáno tím, že se největší ledovce „schovávají“ stranou hlavních oblastí osídlených lidmi, částečně jejich obřími rozměry a nehostinností, což komplikuje jejich pozemské zkoumání. Kosmická éra ovšem náš pohled na ledovce značně mění.
Začarovaný kruh
Proč nás vlastně led tak zajímá? Na naší planetě totiž hraje nesmírně důležitou roli ve formování globálního klimatu. Ačkoliv jeho největší zásoby jsou tisíce kilometrů od nejhustěji obydlených oblastí, má na podnebí celé naší planety obrovský vliv. Stará se totiž o tepelnou výměnu! Přitom právě led je velmi citlivý na jakékoliv odchylky klimatu od normálu, které paradoxně může sám vyvolat.
Zvýšením průměrné globální teploty totiž dochází k tání ledu, což má za následek nejen zvýšení hladiny světového oceánu a zatopení některých pobřežních oblastí, ale také změny v teplotním koloběhu. Led a voda mají odlišné teplotní vlastnosti, takže změní-li se poměr jejich ploch, vyvolá to samozřejmě změny. Navíc tu dochází k „efektu sněhové koule“, nabalování příčin a důsledků. Zatímco totiž led sluneční záření odráží, voda ho pohlcuje. Čím více je vody, tím více je pohlceného záření. Tím víc pak roste teplota, z čehož vyplývá úbytek ledu. Úbytek ledu rovná se zvýšení objemu vody a jsme tedy zas na počátku začarovaného kruhu.
Bude toto století nejteplejší?
Od roku 1950 se takhle zmenšila plocha světového ledu o 10 až 15 procent.
Minulé století bylo totiž nejteplejším za posledních tisíc let, když průměrná teplota v jeho průběhu stoupla o 0,6 stupně Celsia. V tomto století se pak očekává narůst dokonce o 1,4 až 5,8 stupně Celsia.
Celá planeta navíc od roku 1750 zaznamenala nárůst objemu plynů způsobujících tzv. skleníkový efekt o 30 až 150 procent. Odborné studie, zabývající se otázkou, zdali spolu oba jevy souvisejí, se rozcházejí. To je ale o důvod víc sledovat světové zásoby ledu globálně.
Odhaduje se, že kdyby se rozpustil všechen led v severních polárních oblastech, potom by hladina světového oceánu stoupla o sedm metrů. Kdyby se ale rozpustil všechen led v oblasti Antarktidy, hladina by stoupla o šílených šedesát metrů! Nešlo by pochopitelně o proces krátkodobý, nicméně společenské, sociální, klimatické aj. změny, které by po něm následovaly, si asi jen stěží dokážeme představit… Hluboko pod vodou by se ocitly všechny dnešní pobřežní oblasti světa, z map by voda vymazala značnou část současných ostrovů…
„Pravěk“ kosmonautiky
První pokusy o sledování ledovců z vesmíru se datují už do 70. a 80. let minulého století. Šlo ale o pokusy značně nahodilé, třeba v rámci tzv. pozorování zemského povrchu posádkami kosmických lodí ve volném čase.
Další informace, byť velmi kusé, měly k dispozici armády obou supervelmocí. Jako jediné na světě v té době disponovaly relativně kvalitními snímkovacími aparaturami na oběžné dráze. Jenomže ledovce jednak pochopitelně nebyly středem jejich zájmu a jednak vojáci nechtěli zveřejňovat strategické informace o tom, jak kvalitní data jsou schopni získávat. Takže družicové snímky se do rukou vědců a analytiků dostávaly spíše nahodile než pravidelně.
Ani později se situace příliš nezlepšila. Především proto, že věčně zmrzlé oblasti bývají schovány pod hustou vrstvou oblačnosti anebo je na nich při polární noci dlouhodobě tma. Pro monitorování stavu ledu se tedy musí použít jiné než běžné optické prostředky. A výkonné radary pro „noční vidění“ byly zase k dispozici dříve vojákům než vědcům. Až v posledních letech se začíná karta obracet k lepšímu.
S přesností na tisícinu milimetru…
V březnu 2002 vynesla ruská raketa Rockot do vesmíru dvojici satelitů GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), což byla společná americko-německá mise. Pomiňme nyní fakt, že šlo o první případ v historii, kdy americkou vědeckou družici vynesla do vesmíru ruská raketa, a zaměřme se na hlavní vědecký cíl mise.
Dvojice identických družic se pohybuje na oběžné dráze ve vzdálenosti 220 kilometrů od sebe. Jejich základní přístroj představuje rádiový dálkoměrný systém, který je schopen určovat vzájemnou vzdálenost obou družic s neuvěřitelnou přesností plus minus 0,001 milimetru! Díky této vysoké přesnosti mohou satelity (vědci je pojmenovali Tom a Jerry) sledovat i velmi malé odchylky v rozložení pozemské hmoty, protože odchylka znamená změnu gravitace a rovná se nepatrné změně charakteristik oběžné dráhy družic. Z toho, jak se satelity GRACE k sobě nepatrně přibližují či se naopak vzdalují, lze právě odchylky v rozložení hmoty sledovat. Výsledky měření družic najdou své uplatnění při sledování počasí, změn klimatu, předvídání zemětřesení, monitorování cirkulace světových zásob vody i ledu.
Kolik roztálo ledu?
Po několikaletém provozu přitom už máme první výsledky z pozorování ledového pláště Antarktidy družicemi GRACE. Vědci Isabella Velicognová a John Wahr z University of Colorado v Boulderu publikovali studii, podle níž ve sledovaném období od dubna 2002 do srpna 2005 roztál led, který zvýšil hladinu světového oceánu o 1,2 mm. Antarktida tak ročně ztrácí 152 kubických kilometrů ledu (přípustná odchylka měření je plus minus 80 kubických kilometrů). To je zhruba stejné množství vody, jaké se spotřebuje v celých Spojených státech za čtvrt roku.
Samozřejmě, že tři roky nejsou dostatečně dlouhé období s vypovídací schopností a i statistická odchylka ve výši přes padesát procent je velká, nicméně vědci se radují, konečně mají k dispozici první informace, na kterých mohou stavět!
ICESat není jen na led
Svoji první družici pro zjišťování informací o stavu světových zásob ledu vypustil americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) počátkem roku 2003. Šlo o satelit ICESat a ač její název evokuje právě výzkum ledu (ice je anglicky led), není to tak docela pravda. Led je jednou, ale nikoliv jedinou oblastí zájmu družice. Její název je zkratkou z Ice, Cloud, and Land Elevation Satellite („led, oblačnost a reliéf zemského povrchu“).
Úkol ICESatu byl navíc především experimentální, neboť měl zkoumat funkčnosti přístroje GLAS (Geoscience Laser Altimeter System) při měření změn tloušťky ledového příkrovu Antarktidy a Grónska, vertikální struktury dešťových mraků a oblaků aerosolů v atmosféře, topografie povrchu pevnin, charakteru a odrazivosti půdy, výšky vegetace, sněhové pokrývky a charakteristik ledových polí na oceánech. Ač byly výsledky k dispozici i vědcům, primárně je sbírali a vyhodnocovali technici, kteří chystají přístroje podobné konstrukce na budoucí americké družice pro dálkový průzkum Země.
Připravuje se i Evropa
Mnohem důležitější a komplexnější misi nyní chystá Evropská kosmická agentura (ESA). Jmenuje se CryoSat a s návrhem této družice přišel v roce 1998 profesor Duncan Wingham z University College v Londýně.
Jeho nápad počítal s tím, že poprvé v historii poletí družice zaměřené výhradně na průzkum a výzkum kryosféry, zmrzlé vody ve formě sněhu, ledovců, plovoucích ker či trvale zmrzlé půdy – permafrostu. Návrh byl natolik zajímavý, že jej ESA vzala za svůj a zajistila kompletní financování ve výši 140 milionů eur, což je částka, kterou například vydá EU na ochranu svých vnějších hranic do roku 2007.
17 800 radarových pulsů za sekundu
Družice CryoSat o hmotnosti 650 kilogramů měla pracovat nad povrchem naší planety ve výšce něco málo přes 700 kilometrů. Její přístrojové vybavení tvořil především radarový výškoměr SIRAL vybavený dvojicí antén pro trojrozměrná měření. Ten je schopen vysílat každou sekundou 17 800 radarových pulsů a měřit jejich odraz. S takovými údaji se pak dá modelovat snímaný objekt.
Ostatní zařízení na palubě CryoSatu mělo sloužit k přesnému určení oběžné dráhy a udržování stability družice (např. laserový odrážeč LRR nebo přijímač DORIS, který ve spolupráci s pozemními stanicemi každých deset sekund propočítává polohu satelitu a její změny). Tyto přístroje měly CryoSatu pomoci zmapovat světové zásoby ledu s přesností 1 až 3 cm ve směru vertikálním a 300 metrů ve směru horizontálním.
Družice však byla 8. října 2005 zničena při selhání nosné rakety.
Proč družice CryoSat nedoletěla?
Chyba v software řídícího systému třetího stupně ruské rakety Rockot znamenala, že nebyl vydán povel k vypojení motoru druhého stupně ve stanoveném okamžiku. Ten následně pracoval až do úplného vypotřebování všech pohonných látek. Tím se ovšem doposud správně pracující raketa dostala zcela mimo plánovanou letovou dráhu, což řídící počítač vyhodnotil jako nepřípustnou odchylku. Nevydal tak povel k oddělení třetího stupně, raketa tak nemohla dosáhnout oběžné rychlosti a její trosky dopadly do Lincolnova moře v severní polární oblasti. Jak poznamenaly některé ironické komentáře, „CryoSat měl zkoumat polární oblasti s nevídaným rozlišením, ale ne z takovéto blízkosti…“
Pro ruský kosmický nosič se kosmická agentura ESA nerozhodla z ekonomických důvodů, ale proto, že raketu podobné nosnosti zkrátka ve svém portfoliu nemá. Kromě toho měl až dosud Rockot velmi úspěšnou statistiku letů a ESA s ním počítá i pro budoucí starty.
Je možné to zopakovat?
Na internetovém portálu ESA se vyjádřil ke ztrátě CryoSatu Volker Liebig, ředitel pozorování Země v rámci této organizace. Mj. odpověděl na otázku, jakou bude mít nehoda CryoSatu dopady na vědeckou komunitu. „CryoSat byl zamýšlen jako velmi pokročilý a unikátní nástroj pro vědce ke studiu trendů v ubývání polárního ledu a zlepšení našeho poznání vazeb mezi ledem a globálním klimatem. Ztráta znamená, že Evropa a celá světová vědecká komunita nezíská data z CryoSatu a nezlepší své znalosti ohledně ledu, přesněji mořského ledu, na změny klimatu.“
Přímo se nabízí otázka: pokud byla mise CryoSat opravdu tak klíčová, není možnost jejího zopakování? Vždyť ve srovnání s jinými projekty nejsou náklady na misi kdovíjak závratné… I k této otázce se Volker Liebig vyjádřil: „Tuto otázku velmi intenzivně studujeme ve spolupráci s průmyslem a vědci. Analyzujeme jaké části a systémy družice za jakou dobu a jakou cenu jsme schopni vyrobit. Pak návrh na CryoSat-2 předložíme programové radě ESA a následně požádáme o rozhodnutí a financování členské státy ESA.“
Na druhý pokus?
A skutečně, neuplynul ani půlrok od ztráty družice CryoSat, když ESA oznámila, že se rozhodla vytvořit nový exemplář ztraceného satelitu. Stalo se tak letos 24. března. Nová družice CryoSat-2 by měla být připravena k letu počátkem roku 2009, tedy relativně rychle. To proto, že ji není potřeba nově vyvíjet, ale toliko vyrobit. Ostatně, i z tohoto důvodu bude cena druhé mise nižší než mise první a měla by se pohybovat kolem 100 miliónů eur, tedy nižší zhruba o 30 procent.
Evropští ekologičtí průzkumníci
Už od roku 1992 pracuje ve vesmíru evropská družice ERS-1 (doplněná v roce 1995 o sesterskou stanici ERS-2), která světové zásoby ledu monitoruje jako „vedlejší produkt“ svých ekologických pozorování.
Kvalita jejích pozorování není vysoká, nicméně je bohatě vyvážena mnoha lety pozorování. Třeba specialista NASA Jay Zwally z Goddardova kosmického střediska v Marylandu na základě těchto dlouhodobých pozorování tvrdí, že Antarktida ročně přichází o 31 miliard tun ledu, který se rozpustí…
Rekordman mezi krami
Ledovec B-15 v Antarktidě byl historicky největší zaznamenaným ledovcem s plochou přes 11 000 kilometrů čtverečních (např. rozloha Středočeského kraje). Uvolnil se z Rossova ledovcového šelfu v březnu 2000. Postupně se rozpadal, přičemž jeho největší úlomek, označený jako B-15A, byl dlouhý 122 km a široký 27 km.
S plochou 3100 kilometrů čtverečních šlo o největší volně plovoucí kru. Poté, co se ještě „rozdrobil“ na menší kousky, se B-15A stále ještě pohybuje po moři s tím, že jeho plocha měla koncem roku 2005 přibližně 1700 kilometrů čtverečních (např. rozloha příbramského okresu). Takovéto ledovce dříve představovaly smrtelné nebezpečí pro námořní dopravu (viz Titanic), dnes je ale můžeme pohodlně monitorovat pomocí satelitní techniky.
CryoSat, součást programu Earth Explorer
Ne vlastní vinou neúspěšná družice CryoSat je součástí širšího projektu řady satelitů Earth Explorer. Prozatím se počítá se šesti z nich (nicméně nejspíše nepůjde o číslo konečné), CryoSat však měl být prvním.
Další družicí má být už v průběhu roku 2006 GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer). Jejím hlavním cílem bude vytvořit modely zemského gravitačního pole s vysokým rozlišením. Vedlejším měřením bude výzkum cirkulace oceánů a fyziky mas podpovrchových hornin. Nosičem má být opět ruská raketa Rockot, jejíž selhání zničilo misi CryoSat.
Následovat bude satelit ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission-Aeolus), s jehož startem se počítá v roce 2007. Cílem mise je pomocí jediného přístroje ALADIN (Atmospheric Laser Doppler Instrument) zmapovat globální rozložení a pohyb vzdušných mas.
Ve stejném roce se chystá start družice SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), která bude mapovat rozložení soli ve světových oceánech i na pevninách.
Program Earth Explorer bude pokračovat v roce 2008 startem tria satelitů Swarm. Ty mají posloužit ke studiu změn zemského magnetického pole.
Nejspíše v roce 2009 se pak realizace dočká družice EarthCARE (Earth, Clouds, Aerosol and Radiation Explorer). Jde o společnou evropsko-japonskou misi, která má přispět k lepšímu pochopení vztahů mezi oblačností, radiací a aerosolem a k odhalení procesů, jakými se podílejí na globálním klimatu.
