משמר הלילה / סטיבן ד' מילר

חיישן לווייני שיכול לראות בחשכה חושף מידע חדש למטאורולוגים, לכבאים, לצוותי חילוץ ולחוקרים ברחבי העולם כולו

כדור שחור: חודשיים של צילומים מן החיישן "רצועת יום לילה" שבלוויין Suomi-NPP נתפרו יחד ויצרו תמונה ייחודית של כדור-הארץ בלילה. קרדיט: NASA EARTH OBSERVATORY
כדור שחור: חודשיים של צילומים מן החיישן "רצועת יום לילה" שבלוויין Suomi-NPP נתפרו יחד ויצרו תמונה ייחודית של כדור-הארץ בלילה. קרדיט: NASA EARTH OBSERVATORY

איש אינו אוהב להיות שרוי בעלטה לגבי המתרחש סביבו, והדבר נכון שבעתיים בעת סכנה. והנה, כשחשכת הלילה משתלטת בבת אחת על יבשה או על אוקיינוס, מדענים וחזאים מפסיקים לקבל צילומי לוויין בטווח האור הנראה וכך מאבדים מידע על סופות מסתחררות, על עשן מחניק המיתמר משרֵפות, על קרחונים ימיים גדולים המסכנים אוניות, ועל עוד כהנה וכהנה איומים.
חיישן חדש, ששמו "רצועת יום לילה" (Day Night Band), מתחיל למלא את הריק הזה. החיישן, שהוא חלק ממערכת הדימות באור נראה ואינפרה-אדום המכונה VIIRS שנישאת על הלוויין Suomi-NPP, רגיש כל כך עד שהוא מסוגל למדוד את זוהרה של מנורת רחוב יחידה, את אורות הסיפון של ספינה בודדת בלב האוקיינוס האטלנטי השחור כפחם לעת ליל, או את נגוהה של להבת גז מהבהבת במרחביהם העצומים של שדות הנפט של דקוטה הצפונית. אפילו בלילות חסרי ירח, החיישן יכול להבחין בעננים או בשדות עטויי שלג המוארים בזוהר הלילה החלוש של האטמוספרה עצמה.
חוקרים המשתמשים בחיישן צפו במהלך שלוש השנים האחרונות בתכונות מרתקות של הכוחות הפועלים על כדור הארץ, כמו למשל גלי אנרגיה אדירים ששוגרו על ידי סופות רעמים גבוה אל תוך האטמוספרה. נתונים מן החיישן גם שיפרו את יכולתם של חזאים להזהיר תושבים המתגוררים במסלולן של סופות הוריקן, עזרו לכוחות כיבוי לעקוב אחר תנועתם של ענני עשן קטלניים, ועזרו לספינות תועות להתחמק מזרמים של גושי קרח הצפים באוקיינוס.
החיישן מספק גם מידע משלים לזה המגיע מחיישנים אחרים של אור אינפרה-אדום מפני שהחיישנים האחרים מתקשים לזהות עננות נמוכה וכסות שלג, שנוטות להיטמע בסביבתן בחשכה. מלבד זאת, מדענים כבר החלו להזין את הנתונים המגיעים מחיישן "רצועת יום לילה" לתוכנה המחשבת כמה אור ירח יש בלילה מסוים. ממידע זה אפשר לקבוע את מידת החזרת האור של עננים ומכאן להסיק מהי כמות הלחות האצורה בהם. חזאים יכולים להשתמש במידע הזה כדי לחזות איך תשפיע העננות על הטמפרטורה בגובה פני הקרקע במהלך הלילה, וגם כדי לעזור לטייסים להימנע מתנאי מזג אוויר שבהם עלול להצטבר קרח על מטוסיהם. הנתונים מן החיישן יכולים גם לסייע בתחזיות מזג אוויר יומיות המיועדות לקהילות הממוקמות בקווי רוחב צפוניים או דרומיים מאוד, השרויות בכל חורף במשך חודשים ארוכים בחשכה מוחלטת ללא מידע חיוני על אודות תנאי מזג האוויר סביבן.
כיום פועל בחלל רק חיישן "רצועת יום לילה" אחד ויחיד. הלוויין Suomi-NPP, המתופעל על ידי הרשות הלאומית האמריקנית לאוקיינוסים ואטמוספרה (NOAA), מקיף את כדור הארץ במסלול שגובהו 800 ק"מ והוא מסונכרן לתנועת השמש. כתוצאה מכך, הוא עובר מעל כל נקודה נתונה בכדור הארץ פעמיים ביממה: בערך באחת וחצי בצהרים ובאחת וחצי בלילה, על פי השעון המקומי. אילו חיישנים כאלה היו מותקנים בלוויינים גאוסטציונריים, כך שכל חיישן היה מרחף כל העת מעל נקודה אחת בכדור הארץ, היה אפשר להקליט סרטים רצופים של מקורות אור ולא רק תמונות יחידות.
פלטפורמה אפשרית לראיית לילה רצופה כזאת היא סדרה עתידית של לוויינים גאוסטציונריים לשימושים סביבתיים, המכונה GOES, ש-NOAA מתכננת לשגר בשנות ה-30 של המאה ה-21. אם הלוויינים האלה ישאו חיישנים הדומים לחיישן "רצועת יום לילה", יוכלו חוקרים לעקוב ברציפות אחר מקורות אור בים וביבשה וכך לנטר במהלך הלילה כולו עננים, גשם, כתמי שמן, שרֵפות, עשן, סופות אבק, הרי געש וגושי קרח. הם גם יוכלו לעלות על עקבותיהן של ספינות דיג המפליגות באופן לא חוקי באזורים אסורים לדיג ולעזור באיתורם של מטוסים שהתרסקו בים, כפי שאירע לאחרונה למטוסיהן של חברות התעופה מלזיה איירליינס, אייר אלג'יר ואייראסיה.

 

הצלה בים

ספינת הדייג האמריקנית קיסקה סי (Kiska Sea), שלפרק זמן מסוים כיכבה בסדרת הטלוויזיה הפופולרית "התפיסה הקטלנית ביותר" (Deadliest Catch), היא חלק מצי של שולות סרטנים בים ברינג. בפברואר 2014 נשבו רוחות צפוניות חזקות במרכז ים ברינג שדחפו גושי קרח לאזור שבו הטילו שולות הסרטנים מלכודות שגודלן כשל מיטה זוגית. ב-10 בפברואר, כשקיסקה סי הייתה כלי השיט הצפוני ביותר בצי, התקשר צוות הספינה אל תחנת המעקב אחר קרח צף בשירות המטאורולוגי האמריקני באנקוראג' שבאלסקה וביקש מידע על מצב הקרחונים על יד שורת המלכודות שפרסה הספינה.
אנשי השירות המטאורולוגי אישרו שאכן גושי הקרח חודרים לאזור המלכודות. הקיסקה סי נעה לכיוון המלכודות כדי לאוספן, כשהיא שומרת על קשר רציף עם תחנת המעקב באנקוראג'. אבל ב-13 בפברואר מצא עצמו צוות הקיסקה סי מוקף קרחונים צפים, כמה מהם בעלי עובי של יותר ממטר. כדי להימנע מהתהפכות או מהימחצות, היה על הקיסקה סי לנוע מהר, אבל היום הקצר והלילה חסר הירח עשו את הניווט למסוכן. תחנת המעקב השתמשה בנתונים שהגיעו מן החיישן "רצועת יום לילה" כדי לזהות את אורות הספינה ולאתר את מיקומה בדיוק רב (נקודה לבנה במרכז התמונה מימין; אפשר לראות ספינות אחרות בפינה הימנית התחתונה). החיישן גם ניצל את זוהר הלילה העמום של האטמוספרה כדי להתוות את קו חזית הקרח (קווים שבורים שכיוונם מטה מן הפינה הימנית העליונה).
בעזרת המידע המפורט הזה עזר צוות השירות המטאורולוגי לקברניט לנווט את הספינה לכיוון מערב-דרום-מערב, החוצה מן המצור של גושי הקרח הצף. "אורות הלילה" האטמוספריים של כדור הארץ עזרו אפוא להוליך את קיסקה סי חזרה למים בטוחים.

 

מעקב אחר ספינות בלילה. קרדיט: סטיבן ד' מילר
מעקב אחר ספינות בלילה. קרדיט: סטיבן ד' מילר

צייד ההוריקנים

כשמתרחשת סופת הוריקן, חיוני לדעת את מיקומה של עין הסערה מפני שהרוחות העזות ביותר ופרצי הסופה החזקים ביותר מתרחשים בדיוק מחוצה לה. מעקב מדויק יותר אחר עין הסערה יכול להציל חיים, להשפיע על החלטותיהם של מנהלי צוותי חירום באשר לפינוים של אזרחים, ולחסוך מיליוני דולרים על ידי הצבה של כוחות חילוץ במיקום מדויק יותר ועל ידי שיפור ההקצאה של משאבים.
ב-28 ביולי 2013 איים הוריקן פלוסי על האי הגדול של הוואי. חזאי מזג האוויר עקבו בקפדנות אחר מיקומה של הסערה, אבל לאחר רדת הלילה איבדו את מיקומה של עין הסערה. ענני צירוס גבוהים הסתירו מחיישני האינפרה-אדום הרגילים בלוויינים את עין הסערה המצויה בגבהים נמוכים יותר (תמונה בשחור-לבן). ככל שהלילה התקדם, החזאים חשו יותר ויותר מוטרדים מן האפשרות של "הפתעה בזריחה": מצב שבו נדמה להם שהם עוקבים באופן מדויק אחר מסלולו הלילי של ההוריקן אך רק בזריחה מגלים שבגלל שינויים ברוחות בגובה רב, הגורמים לסטיות במסלולם של הוריקנים, עין הסערה אינה מצויה מתחת לשכבת העננים העבה ביותר כפי ששיערו.
הפעם, למרבה המזל, הלוויין שנושא עליו את החיישן "רצועת יום לילה" עבר מעל הסערה בשעות שלפני השחר. החיישן חדר בנקל דרך העננים הדקים שבשכבות הגבוהות (כחול בתצלום הצבע) וזיהה את עין הסערה בגובה פני הקרקע (צהוב). התמונות הראו שמרכז הסופה היה צפונה יותר מן המצופה (הזזה בכיוון צפון-מערב של המעגל הכחול) ולכן האיום לאי היה נמוך יותר משהוערך קודם לכן. החזאים בשלוחת השירות המטאורלוגי האמריקני בהונולולו הפיצו תחזית ב-5 בבוקר שבה הודיעו לכוחות החירום על השינוי במסלול הסופה וכך מנעו פינוי מיוּתר של אזרחים וחסכו אלפי דולרים.

סופת הוריקן כפי שנראית באור תת-אדום. צילום: סטיבן ד' מילר
סופת הוריקן כפי שנראית באור תת-אדום. צילום: סטיבן ד' מילר

 

סופת הוריקן כפי שהיא נראית משילוב של אור תת-אדום וחיישן "יום-לילה". צילום: סטיבן ד' מילר
סופת הוריקן כפי שהיא נראית משילוב של אור תת-אדום וחיישן "יום-לילה". צילום: סטיבן ד' מילר

 

להציץ דרך מסך העשן

מספר השרֵפות הטבעיות במערב ארה"ב מצוי בעלייה, בין השאר בגלל בצורות רב-שנתיות. מכיוון שבחשכה קשה לעקוב אחר עשן או אחר חזיתות אש המוסתרות בעשן, פעמים רבות כבאים הנאבקים בדלקות האלימות האלה במהלך היום מגלים שהדלקות מנצלות את הלילה כדי להתקדם.
שרפות גם יכולות ליצור רוחות חזקות שמשנות את מהירותן וכיוונן של הלהבות, דבר שעלול לסכן באופן פתאומי את צוותי הכיבוי. עשן מתקרר במהירות והטמפרטורה שלו משתווה לזו של האוויר סביבו. בלילה ענני עשן נעשים אפוא כמעט בלתי נראים לחיישני אינפרה-אדום בלוויינים. לעתים קרובות החיישנים האלה גם אינם מצליחים לגלות התלקחויות קטנות לאורך חזיתות האש.
אי היכולת להיאבק בלהבות במהלך הלילה היא בעיה מתסכלת מפני שדווקא בשעות האלה הטמפרטורות נמוכות יותר, הלחות גבוהה יותר והרוחות חלשות יותר, כך שהלילה הוא הזמן המושלם לפעולות הכיבוי. חיישנים הרגישים לאור חלש יכולים לעזור, כפי שאפשר לראות בתמונות משרֵפה גדולה שהתרחשה בקליפורניה ב-2013 (למעלה). ראשית, כשיש אור ירח, פעמים רבות חיישנים כאלה יכולים לראות ענני עשן בצורה ברורה ולספק אזהרה לכוחות הכיבוי (למעלה מימין), בניגוד לחיישני אינפרה-אדום שאינם רואים את העשן הזה (למעלה משמאל). שנית, החיישנים יכולים לקבוע ביתר דיוק את מיקום חזיתות האש, ובכללן התלקחויות קטנות (אפשר לראות שהתמונה למעלה מימין מפורטת יותר). ענני העשן מספקים גם מידע רב ערך על הרוחות הקרובות לפני הקרקע שנושפות אוויר לתוך הלהבות. התמונה למעלה מימין מראה רוחות דרומיות עזות שנושאות את העשן צפונה. במקרה זה הצעד הנכון מבחינת הכבאים היה לגשת ללהבות מצד דרום.

 

 

זוהר הלילה של האטמוספרה

 

 

אם תושיטו את ידכם מעלה, גם בלילה חשוך ללא אור ירח וכשאתם רחוקים מכל מקור אור, עדיין תוכלו לראות את צלליתה המטושטשת על רקע השמים "השחורים". הסיבה לכך היא שתגובות כימיות מסובכות בשכבות העליונות של האטמוספרה פולטות אור עמום. אסטרונאוטים בתחנת החלל הבין-לאומית מתעדים את זוהר הלילה הזה באופן קבוע, אבל המבנה המפורט שלו לא היה ידוע עד כה. חוקרים השתמשו בחיישן "רצועת יום לילה" נדהמו לגלות שמאפיינים של זוהר לילה הופיעו לילה אחד בקרבתה של סופת רעמים. התמונות הראו אדוות אופייניות בזוהר הלילה. אנרגיה שמשתחררת במהלך סופת רעמים שולחת גלים אטמוספריים שנעים כלפי מעלה. כשעה עד שעתיים אחר כך, כשהגלים האלה מגיעים לגובה של כמעט מאה קילומטרים, כלומר קרוב לקצה המֶזוֹסְפֶרָה, הם מרעידים את שכבת זוהר הלילה ויוצרים מעגלי אדוות זוהרות בעלי מרכז משותף. החיישן לכד את התופעה הזאת במהלך סופת רעמים רבת-עוצמה בטקסס ב-2014 (למעלה) ובאירועים אחרים.

זוהר הלילה של האטמוספירה. סטיבן ד' מילר
זוהר הלילה של האטמוספירה. סטיבן ד' מילר

הגלים האלה הם יותר מאשר קוריוז; הם נושאים אנרגיה שמניעה את זרמי האוויר המסתחררים באטמוספרה העליונה. יכולתו של חיישן "רצועת יום לילה" לזהות את הגלים ואת האדוות האלה ממלאת פער שמצוי במודלים המתארים את הדינמיקה של האטמוספרה העליונה וכך עוזרת לחוקרים להיטיב לחזות את מזג האוויר ולהבין שינויים אקלימיים. תצפיות שנערכו מן הקרקע קישרו בין גלים של זוהר לילה לרעידות אדמה חזקות, ובכלל זה רעידת האדמה שיצרה את הצונמי ההרסני של 2011 על יד טוֹהוֹקוּ ביפן. נראה שהתנועות הסייסמיות יוצרות גלי לחץ שנעים כלפי מעלה באטמוספרה. ייתכן שבעזרת החיישן "רצועת יום לילה" יוכלו מדענים לזהות גלי צונמי עוד כשהם חוצים את האוקיינוס על ידי כך שיעקבו אחר הגלים האטמוספריים שנעים מעליהם.

 

 

 

קרדיט: וויליאם סטראקה מן המכון הקואופרטיבי למחקר לווייני של מזג האוויר שבאוניברסיטת וויסקונסין-מדיסון ____________________
קרדיט: וויליאם סטראקה מן המכון הקואופרטיבי למחקר לווייני של מזג האוויר שבאוניברסיטת וויסקונסין-מדיסון ____________________

בקיצור

 

  • חיישן לווייני חדש, המכונה "רצועת יום לילה", יכול לזהות מקורות אור על כדור הארץ שעוצמתם חלשה פי כמה מזאת שיכולים לזהות חיישנים ישנים יותר.
  • החיישן הזה יכול גם לזהות עננים, שלג ומאפיינים אחרים שנעלמים בלילות חסרי ירח ומוארים רק על ידי זוהר האטמוספרה.
  • נתונים מן החיישן עוזרים לחוקרים לעקוב אחר עצמים שהם כמעט בלתי נראים בלילה, כמו הוריקנים, עשן שרֵפות וספינות תועות.
  • הוספה של חיישנים דומים ללוויינים גאוסטציונרים תספק סרטים של מקורות האור על כדור הארץ לאורך 24 שעות ולא תמונות יחידות המצולמות פעמיים ביממה.

 

על המחבר

סטיבן ד' מילר (Miller) הוא חוקר בכיר במכון הקואופרטיבי למחקר אטמוספרי של אוניברסיטת מדינת קולורדו. הוא אחראי לרבות מן התמונות במאמר זה.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן