Недавні лісові пожежі в Підмосков’ї та виверження вулкана в Ісландії можуть слугувати яскравим вступом у наукову тему аерозолів — дрібних частинок різноманітних речовин, завислих в атмосфері Землі. Як відомо, задушливий смог, який накрив Москву, негативно вплинув на здоров’я людей, а попіл ожилого вулкана надовго поставив на парковку літаки міжнародних авіакомпаній. На знімках, зроблених з космічних апаратів, було видно сіре покривало диму над Центральною Росією і шлейф із білих і чорних вулканічних викидів, який тягнеться від Ейяф’ятлайокудля.
Вплив на життя людей міріад порошинок природного чи антропогенного походження не обмежується неприємностями для здоров’я чи зупинкою повітряного транспорту. Судячи з результатів досліджень останніх років, атмосферний аерозоль винятково важливий для формування клімату нашої планети, оскільки він активно взаємодіє із сонячним випромінюванням і сприяє утворенню хмар.
Для того, щоб оцінити ефект впливу аерозолів на розвиток глобальних кліматичних змін, на лютий 2011 року заплановано запуск космічного апарата Glory з космодрому в Каліфорнії (США). Науковим керівником цієї космічної місії є уродженець України Михайло МІЩЕНКО, головний науковий працівник Годдардівського інституту космічних досліджень НАСА. Він народився в Сімферополі, закінчив Московський фізико-технічний інститут, кандидатську і докторську дисертації захищав у Києві, у Головній астрономічній обсерваторії НАНУ.
— Ще в Україні я сформувався як спеціаліст у галузі поляриметрії (це метод дослідження аерозолів за характеристиками розсіяного сонячного світла). Розсіяні промені несуть важливу інформацію про властивості частинок, у тому числі їхній розмір, форму та показник переломлення, — розповів учений. — В основному я вивчаю аерозолі, які містяться в атмосферному шарі до висоти п’ять-шість кілометрів від земної поверхні. Це дуже складний компонент атмосфери, строкате і динамічне співтовариство частинок різного походження та розміру. Тут співіснують як природні, так і антропогенні аерозолі — викинуті океанами кристалики солі, сульфати від двигунів внутрішнього згорання, сажа від пожеж, піщинки і частинки грунту, важкі метали, поліхлоровані органічні сполуки тощо.
У той час як одні частинки піднімаються в повітря, а інші мігрують в атмосфері, треті осідають на Землю чи вимиваються дощами. Відбувається своєрідний круговорот аерозолів у природі. Кількість частинок в атмосфері збільшується не тільки після лісових пожеж чи виверження вулканів, а й після пилової бурі в пустелі, введення в експлуатацію теплової електростанції чи зростання кількості автомобілів у будь-якому регіоні. Наприклад, активним постачальником антропогенних аерозолів нині є економіки Індії та Китаю, які бурхливо розвиваються, де мало застосовуються сучасні технології очистки промислових викидів. Водночас такого роду «внесок» пострадянських країн скоротився через спад промислового виробництва в 1990-х роках.
За нашими оцінками, впродовж останнього десятиліття минулого століття шар тропосферних аерозолів у середньому значно зменшився, тобто атмосфера нашої планети стала прозорішою. Такий результат досліджень, проведених у рамках Global Aerosol Climatology Project — спільного наукового проекту NASA і World Climate Research Programme. Якщо цей результат відповідає дійсності, то це означає, що недавнє глобальне потепління клімату було викликано не тільки парниковим ефектом, а почасти й тропосферними аерозолями.
— Що дасть ученим запуск космічного апарата Glory?
Такий вигляд матиме супутник Glory на орбіті |
Ці найдрібніші і часто не видимі оку частинки в атмосфері криють у собі безліч загадок. Наприклад, відомо, що вони можуть слугувати ядрами конденсації пари. Іншими словами, збільшуючи кількість аерозольних частинок, ми тим самим збільшуємо й хмарність. Є припущення, що цей ефект аерозолю втричі сильніший, ніж прямий кліматичний ефект, пов’язаний із взаємодією частинок і сонячного випромінювання. Зауважу, що вивчати аерозолі з супутників неймовірно складно, оскільки оптичний сигнал від частинок часто «замивається» шумами виміру. Саме тут поляризація виявляється цілком незамінним і неперевершеним за інформативністю знаряддям дослідження.
— Чи зможе космічний апарат Glory виявити сліди лісових пожеж у Росії та виверження вулкана в Ісландії?
— Як на мене, ймовірність виявлення частинок, що залишаються до цього часу завислими в атмосфері, близька до нуля. Хоча під час цих подій місцевий вміст аерозолів міг збільшитися дуже істотно, їхній глобальний вплив був відносно слабким. Не порівнянним, наприклад, із впливом потужного виверження вулкана Пінатубо в 1991 році на Філіппінах, яке відчувалося впродовж щонайменше двох років. А от якби супутник Glory під час цих подій уже летів, то результати спостережень були б дуже цікаві.
— Інформація з супутника надходитиме до учених у реальному часі?
— Так, цифри, що надходять, ми відразу будемо переводити у фізичні параметри аерозолів. Розподіл за розмірами. Хімічний склад. Кількість частинок в одиниці об’єму. Останній параметр дуже важливий з погляду впливу аерозолів на хмари. Щоб його визначити, потрібна дуже велика точність вимірів, яка досі ніким не була досягнута.
— А сьогодні можна зробити припущення, як впливають аерозолі на клімат?
— У тому-то й річ, що цей вплив має неоднозначний характер. Якщо аерозольні забруднення у вигляді солей сірчаної чи азотної кислоти відбивають сонячні промені і тим самим до певної міри нівелюють ефект парникових газів і протистоять глобальному потеплінню, то зависі, які містять чорний вуглець, наприклад сажа, поглинають сонячне випромінювання і посилюють потепління клімату. Більшість учених сходяться на тому, що в середньому аерозолі роблять клімат холоднішим, оскільки вони відбивають сонячне випромінювання назад у космос і стимулюють утворення хмар. Тобто чим більше аерозолів в атмосфері, тим менше сонячного випромінювання проникає до поверхні Землі. Проте охолоджуючий ефект аерозолів «протистоїть» утеплювальному ефекту парникових газів — двоокису вуглецю, метану та водяного пару.
Скоріш за все, рано чи пізно парникові гази переможуть, оскільки, наприклад, двоокис вуглецю викидається в атмосферу у величезних кількостях. Проблема в тому, що існують різні прогнози, різні моделі клімату, але всі вони далеко не ідеальні. Так, клімат змінюється, і потрібно зрозуміти, відбувається це в результаті природних процесів чи впливу людини. В даний час відповідь на це питання надзвичайної важливості визначається, по суті, «науковим голосуванням» спеціалістів, які вивчають і моделюють клімат. Ми сподіваємося, що з допомогою поляриметричних спостережень з супутника Glory точність і надійність кліматичних прогнозів істотно поліпшиться.
— З 1992 року ви живете в США. Як вам там працюється?
— Мені загалом пощастило — переїхавши до США, я зміг продовжити роботу над своєю колишньою науковою тематикою. Щоправда, якщо в Україні я займався аерозолями в атмосфері Юпітера, то в НАСА — Землі. Але це не принципова різниця — фізичні процеси взаємодії світла з частинками і, відповідно, закони, які їх описують, одні й ті самі.
Директором Годдардівського інституту космічних досліджень НАСА є Джеймс Хансен, який одним із перших звернув увагу на загрозу глобального потепління клімату внаслідок зростання концентрації в атмосфері парникових газів.
Учений навіть потрапив у герої роману американського фантаста Майкла Крайтона, відомого за інсценівкою його книжки «Парк Юрського періоду». В цьому романі талановитий письменник так «переконливо» обвинувачував кліматологів у злочинній змові задля отримання фінансування на наукові дослідження, що був навіть запрошений на слухання в Конгресі США для дачі показань як свідків. Втім, неспроможність цих показань стала очевидною через кілька хвилин, а отже, жодних наслідків ні для самого Хансена, ні для його концепції глобального потепління клімату ці слухання не мали.
— Влітку нинішнього року ви разом з академіком НАНУ Ярославом Яцківим проводили II Літню школу НАТО в Україні з поляриметричного дистанційного зондування, в якій брали участь 110 учених із 16 країн світу. Судячи з усього, ви підтримуєте тісні наукові зв’язки з українськими колегами. Два роки тому навіть захистили в Україні докторську дисертацію вже маючи вчене звання PhD у США.
— На мій погляд, науковий працівник, якщо він серйозно ставиться до своєї роботи, повинен захистити повноцінну докторську дисертацію, хоча з точки зору кар’єри в США це не важливо. А доказом плідності співробітництва може слугувати той факт, що нашу спільну з українськими колегами наукову працю «Розвиток теоретичних основ, розробка і застосування поляриметричних методів та апаратури для дистанційного зондування об’єктів Сонячної системи наземними та аерокосмічними засобами» висунуто цього року на здобуття Державної премії України в галузі науки і техніки.
До речі, проведення II Літньої школи НАТО в Україні є свідченням світового визнання найвищого наукового авторитету української школи поляриметрії. Саме в результаті досліджень українських астрофізиків поляриметрія стала одним з найбільш інформативних, точних і ефективних методів дистанційного зондування планет, астероїдів і комет. Іншим актом такого визнання стало присудження премії Міжнародної академії астронавтики книжці на тему поляриметричного дистанційного зондування, яка підсумувала нашу спільну роботу останніх десятиліть, включаючи місію Glory. Її автори — представники п’яти організацій, серед яких Головна астрономічна обсерваторія НАН України, НАСА?і Харківський національний університет імені Каразіна.