10 Невероятных способов визуализации земных процессов
Сине-зеленый лик Земли до боли приятен нам, но мы видим его так часто, что сыты им по горло. К счастью, NASA и другие космические агентства постоянно придумывают новые способы визуализации и отображения бесчисленных земных процессов, которые мы считаем сами собой разумеющимися.
Плазмосфера Земли
Плазмосфера — это внутренняя часть магнитного поля Земли, крайне интересная. Не так давно астрономы обнаружили постоянный поток частиц между двумя электрически заряженными регионами плазмосферы, образующий земную версию солнечного ветра.
Когда ультрафиолетовое излучение Солнца поражает атмосферу, оно вызывает гигантскую ионную волну. Крошечные электроны ионизируют другие частицы, создавая магнитное беспокойство высоко над поверхностью Земли. Этот поток не особо серьезен по меркам космоса: он высвобождает порядка килограмма заряженного материала во внешнюю магнитосферу в секунду. В пересчете на день, это составляет 90 тонн плазменного разряда, и этот текущий электрический поток формирует большой пончик вокруг нашей планеты.
Пустоты, которые образуются по мере ухода заряженного ветра, постоянно пополняются в процессе диффузии плазмы, и потому плазмосфера постоянно обновляется. В начале 60-х годов астрономы обнаружили, что этот регион истончается на расстоянии трех земных радиусов — порядка 20 000 километров на пути в космос. Космический аппарат СССР «Луна-2» подтвердил это предположение, и эта область теперь известна как плазмопауза.
Магнетизм горных пород
Несмотря на то, что NASA занимается по большей части астрономическими делами, в 2004 году космическое агентство положило глаз на магнитное поле Земли. С помощью Геологической службы Соединенных Штатов агентство создало карту магнитных тенденций по всей планете. Магнитные аномалии литосферы позволили выявить много вещей, в том числе присутствие водоемов, риск землетрясений и даже геологическую эволюцию Земли.
Горные породы — своего рода тектонические дневники, и их магнитные профили хранят наследие прошлого. Зная это, ученые могут восстановить тектоническую историю Земли, составляя глобальный пазл, обрабатывая раскрашенные области. Отслеживая эти крупные сдвиги с течением времени, ученые могут проверить свои модели реальным положением вещей.
Пятна магнетизма раскрашены в зависимости от направления влияния. Красные и желтые пятна (положительные значения) оказывают наружное магнитное влияние. Синие и зеленые (отрицательные значения) обозначают внутреннее магнитное влияние. И хотя магнитные силы распространяются во всех направлениях, на карте вы видите только вертикальный компонент. Впрочем, как бы красиво эта карта ни смотрелась, измеряется этот магнетизма в нанотеслах, а само магнитное взаимодействие до смешного слабое. Самое большое пятно на карте в 200 раз слабее магнитика на вашем холодильнике.
Земля в ложных цветах
Не переживайте — с Землей все в порядке. Кроваво-красные и постапокалиптически коричневые пятна на самом деле показывают пролиферацию растительности на планете, а не распространение смертельного вируса.
Этот снимок был сделан зондом MESSENGER. Этот зонд вращается на орбите Меркурия последние четыре года, но его путешествие началось с тренировочного круга вокруг Земли и «пробы пера» инструментов, которые и засняли нашу планету во всей ее ложной красе.
Этот снимок был сделан широкоугольной суперкамерой Mercury Dual Imaging System, охватывающей 11 длин волн. Он почти в истинных цветах (синий, красный, зеленый), но синий изменен на инфракрасный, потому что наша атмосфера рассеивает синий цвет. Инфракрасный проходит почти нетронутым и производит более четкое изображение. Жизнь растений отражает ближний инфракрасный свет, и, поскольку на снимке эта длина волн принимает видимый красный цвет, мы видим эту странно раскрашенную Землю.
Психоделические ложные цвета позволяют NASA наблюдать разнообразные наземные процессы, в том числе паттерны роста растений, круговорот воды, температуры и даже небольшие планетарные катастрофы — наводнения и лесные пожары.
Дыхание Земли
Спутник Aqua рассказывает NASA и нам почти все, что мы хотим знать о круговороте воды в природе. И собрав данные за 2003–2010 годы, NASA выпустило анимацию дыхания планеты.
AIRS, или Atmospheric Infrared Sounder, — это один из незаметных героев метеорологии, ответственный за повышение точности прогнозирования погоды в одиночку больше, чем любой другой инструмент за последние десять лет. Партнер AIRS — MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) — наблюдает за растительностью и углекислым газом по мере транзита по низкой околоземной орбите от полюса к полюсу.
Цикл начинается 1 января, когда северное полушарие испытывает новогоднее похмелье. Как вы можете наблюдать на карте, лишенные растительности участки купаются в двуокиси углерода. Эти модели также показывают и менее очевидные явления. К примеру, 10% газообразного диоксида углерода высвобождается из теплой почвы (а не только из умирающих растений). Также можно наблюдать трехмесячную задержку между возрождением растений и повышением уровня CO2 в средней тропосфере, части самого низкого атмосферного слоя.
Молнии
Удары молний стоят миллиарды долларов в год на ремонт искусственных сооружений. Чтобы научиться избегать этих ударов, NASA создала карту плотности молний, показывающую частоту ударов по всему земному шару. Карта отображает данные, собранные в период 1995–2002 годов с помощью инструментов OTD (Optical Transient Detector) и LIS (Lightning Imaging Sensor). Вам стоит избегать темно-красных пятен, которые представляют горячие электроточки, а фиолетовые и серые участки относительно свободны от смертельных молний.
С помощью этой эстетически приятной карты, можно предсказать несколько интересных тенденций. Во-первых, гигантские просторы океана свободны от молний. Большие массы воды остаются относительно спокойными, потому что море сопротивляется теплому прикосновению Солнца. Земля быстро нагревается, и теплый воздух воспаряет. Воздушные потоки уносятся вверх конвективными силами, провоцируя крупные грозы. Во-вторых, очевидно, что районы вдоль экваториального пояса более подвержены ударам молний, по тем же причинам.
Карта земных ветров
Global Forecast System (GFS) отслеживает ветры по мере их движения по планете. Эти данные легко считать в форме невероятно (Earth Wind Map), любезно предоставленной веб-разработчиком Кэмероном Беккарио.
Она полностью интерактивна, и вы можете поиграть с настройками, нажав на «earth» в левом нижнем углу сайта. Скорость ветра измеряется по цветовой шкале, на которой голубой и зеленый отвечает за нежный бриз. Можно увеличить или уменьшить масштаб, поднять и опустить высоту. Красный и фиолетовый цвета отвечают за самые злобные ветры.
Earth Wind Map обновляется каждые три часа со свежими данными GPS и позволяет контролировать температуру и влажность. Эти показания можно наложить на разные проекции. Если вам этого мало, можете переключиться на океанические течения и полюбоваться этой приятной картиной (Mode: Ocean).
Количество осадков
То, что мы можем наблюдать количество осадков за год всего за несколько минут, свидетельствует об удивительных орбитальных наблюдениях. NASA и JAXA (Национальное космическое агентство Японии) объединились, чтобы создать наиболее полную карту осадков на сегодняшний день, и миссия Global Precipitation Measurement успешно выпустила свою первую глобальную карту дождей и снегопадов.
Это созвездие спутников охватывает почти 90% поверхности Земли и обновляется каждые полчаса. Снегопад, как правило, сложно отследить, но этот проект по наблюдению за осадками демонстрирует астрономические возможности наблюдения за этими неуловимыми элементами жизни на Земле.
Широта наблюдений воистину революционна, обладает беспрецедентной детализацией и диапазоном. Кроме того, наблюдение за тем, как бури путешествуют по всему миру, дает представление о грядущих событиях, что позволяет строить более точные прогнозы в будущем.
Океанические течения
Постимпрессионист Винсент Ван Гог вдохновлялся видами ночного неба, поэтому неудивительно, что собрание океанических течений NASA выглядит похожим на ночные ландшафты Ван Гога. Карта делает ветры видимыми и раскрывает чрезвычайную турбулентность, присущую морям.
Scientific Visualization Studio от NASA сконденсировала множество спутнико-часов и более двух лет наблюдений в 20-минутной анимации Perpetual Ocean. Она охватывает период с июня 2005 года по декабрь 2007 года. Невероятное сочетание науки и искусства, и NASA надеется, что подобные визуализации сделают работу агентства более понятной широкой публике и доступной для масс.
Излучение
CERES от NASA (Clouds and the Earth&rsquo-s Radiant Energy System) — это платформа для измерения объема солнечного света, попадающего на Землю- точнее, тонкого баланса между солнечным излучением, которое поглощается и которое отражается обратно в космос. CERES отслеживает коротковолновое излучение, или отраженный солнечный свет, а также длинноволновое излучение, или тепло, выделяемое Землей. Яркое изображение выше показывает этот поток в течение одного месяца.
CERES наблюдает за постоянно меняющимся альбедо Земли, или отражательной способностью. Альбедо целиком замороженного мира составляет 0,84 (84% света отражается обратно), тогда как мир, покрытый темной лиственной растительностью, обладает альбедо в 0,13. Данные последних 40 лет показывают, что текущее альбедо Земли — 0,30. Не очень много. И это значение падает, по мере того как сокращаются полярные шапки, а вместе с ними и лед, известный своей отражательной способностью.
Карта выше показывает тенденции альбедо с 1 марта 2000 года по 31 декабря 2011 года. Оранжевые пятна показывают области, которые затенены и поглощают больше тепла. Синим цветом показана зона увеличивающегося альбедо, что хорошо для нас. Значения дико меняются за период наблюдения, и NASA не в состоянии установить мало-мальски важную тенденцию из этих скачущих данных.
Карта космического мусора
Мы, люди, любим сорить, и за последние 50 лет превратили даже земную орбиту в космическую свалку. Более 500 000 кусков космического мусора летают вокруг нашей планеты на невероятных скоростях до 28 000 километров в час. Впрочем, вы можете увидеть это сами.
Из 6000 спутников, отправленных нами в космос, по меньше мере 3600 все еще находятся на орбите. К счастью, толстая оболочка газов вокруг нашей планеты гарантирует, что большая часть этого мусора сгорит, если упадет на Землю.
NASA упорно отслеживает все, что по размерам превышает 10 сантиметров, и в настоящее время наблюдает за более 20 000 таких объектов. И это не говоря уже о миллионах кусочков всякой всячины, которая слишком мала, чтобы наблюдать за ней. При скорости движения в несколько километров в секунду пятно краски энергетически неотличимо от 250-килограммовой штуковины, двигающейся со скоростью 100 километров в час.
