OSTM/Jason-2

كان القمر الصناعي OSTM/Jason-2 ، أو مهمة قياس تضاريس سطح المحيط/قمر جايسون-2 الصناعي، ^{[ 1 ]} مهمة دولية مشتركة بين وكالة ناسا والمركز الوطني للدراسات الفضائية (CNES) لقياس ارتفاع سطح البحر . وكان القمر الصناعي الثالث في سلسلة بدأت عام 1992 بمهمة ناسا/المركز الوطني للدراسات الفضائية TOPEX/Poseidon ^{[ 2 ]} واستمرت بمهمة ناسا/المركز الوطني للدراسات الفضائية جايسون-1 التي أُطلقت عام 2001. ^{[ 3 ]}

على غرار سابقيه، استخدم القمر الصناعي OSTM/Jason-2 تقنية قياس ارتفاع سطح المحيط عالية الدقة لقياس المسافة بين القمر الصناعي وسطح المحيط بدقة تصل إلى بضعة سنتيمترات. توفر هذه الملاحظات الدقيقة للغاية لتغيرات ارتفاع سطح البحر - والمعروفة أيضًا بتضاريس المحيط - معلومات حول مستوى سطح البحر العالمي ، وسرعة واتجاه التيارات المحيطية ، والحرارة المخزنة في المحيط.

تم بناء القمر الصناعي Jason-2 بواسطة شركة Thales Alenia Space باستخدام منصة Proteus ، بموجب عقد مع المركز الوطني للدراسات الفضائية (CNES)، بالإضافة إلى الجهاز الرئيسي لـ Jason-2، وهو مقياس الارتفاع Poseidon-3 (الذي خلف مقياسي الارتفاع Poseidon و Poseidon 2 الموجودين على متن TOPEX/Poseidon و Jason-1 ). ويعتبر العلماء سجل بيانات المناخ الذي يمتد لأكثر من 15 عامًا والذي وفرته هذه المهمة بالغ الأهمية لفهم كيفية ارتباط دوران المحيطات بتغير المناخ العالمي .

أُطلق القمر الصناعي OSTM/Jason-2 في 20 يونيو 2008، الساعة 07:46 بالتوقيت العالمي المنسق ، من مجمع الإطلاق الفضائي 2W في قاعدة فاندنبرغ الجوية في كاليفورنيا ، بواسطة صاروخ دلتا 2 7320. ^{[ 4 ]} انفصلت المركبة الفضائية عن الصاروخ بعد 55 دقيقة. ^{[ 5 ]}

وُضع القمر الصناعي Jason-1 في مدار دائري غير متزامن مع الشمس، بارتفاع 1336 كيلومترًا (830 ميلًا) ، وبميل 66.0 درجة بالنسبة لخط استواء الأرض ، مما مكّنه من رصد 95% من محيطات الأرض الخالية من الجليد كل 10 أيام. نُقل Jason-1 إلى الجانب المقابل من الأرض من Jason-2، وهو الآن يحلق فوق نفس منطقة المحيط التي حلق فوقها Jason-2 قبل خمسة أيام. ^{[ 6 ]} تقع مسارات Jason-1 الأرضية في منتصف المسافة بين مسارات Jason-2، واللتان تفصل بينهما مسافة 315 كيلومترًا (196 ميلًا) تقريبًا عند خط الاستواء. وفرت هذه المهمة المزدوجة المتداخلة ضعف عدد قياسات سطح المحيط، مما أتاح رؤية تفاصيل أصغر مثل الدوامات المحيطية. كما مهدت هذه المهمة المزدوجة الطريق لمهمة مستقبلية لقياس ارتفاع سطح المحيط، والتي ستجمع بيانات أكثر تفصيلًا بكثير باستخدام جهازها الواحد مقارنةً بما جمعه قمرا Jason الصناعيان معًا.    

مع إطلاق القمر الصناعي OSTM/Jason-2، انتقلت تقنية قياس ارتفاع سطح المحيطات من مرحلة البحث إلى مرحلة التشغيل الفعلي. وانتقلت مسؤولية جمع هذه القياسات من وكالات الفضاء إلى وكالات التنبؤ بالطقس والمناخ العالمية، التي تستخدمها للتنبؤات الجوية والمناخية قصيرة المدى والموسمية وطويلة المدى. ^{[ 7 ]}

• توسيع نطاق سلسلة قياسات تضاريس سطح المحيط لتشمل ما بعد TOPEX/Poseidon و Jason-1 لتحقيق عقدين من الملاحظات.
• توفير بيانات قياس تضاريس سطح المحيطات العالمية لمدة لا تقل عن ثلاث سنوات
• تحديد مدى تباين دوران المحيطات على نطاقات زمنية عقدية من خلال سجل البيانات المشترك لـ TOPEX/Poseidon و Jason-1
• تحسين قياس متوسط ​​دوران المحيطات على مدى فترة زمنية
• تحسين قياس تغير مستوى سطح البحر العالمي
• تحسين نماذج المد والجزر في المحيط المفتوح

أثبتت أجهزة قياس الارتفاع الرادارية المحمولة جواً أنها أدوات ممتازة لرسم خرائط تضاريس سطح المحيط، أي التلال والوديان. ترسل هذه الأجهزة نبضة ميكروويف إلى سطح المحيط وتقيس زمن عودتها. يقوم مقياس إشعاع الميكروويف بتصحيح أي تأخير قد ينتج عن بخار الماء في الغلاف الجوي . كما تُجرى تصحيحات أخرى لمراعاة تأثير الإلكترونات في طبقة الأيونوسفير وكتلة الهواء الجاف في الغلاف الجوي. يتيح دمج هذه البيانات مع الموقع الدقيق للمركبة الفضائية تحديد ارتفاع سطح البحر بدقة تصل إلى بضعة سنتيمترات (حوالي بوصة واحدة). كما توفر قوة وشكل الإشارة العائدة معلومات عن سرعة الرياح وارتفاع أمواج المحيط. تُستخدم هذه البيانات في نماذج المحيطات لحساب سرعة واتجاه التيارات المحيطية وكمية وموقع الحرارة المخزنة في المحيط، مما يكشف بدوره عن تغيرات المناخ العالمي . ^{[ 8 ]}

من بين الحمولة الأخرى على متن مركبة جيسون-2 جهاز T2L2 (نقل الوقت عبر وصلة ليزرية). يُستخدم هذا الجهاز لمزامنة الساعات الذرية في المحطات الأرضية، ومعايرة الساعة الموجودة على متن جهاز DORIS الخاص بجيسون-2. في 6 نوفمبر 2008، أفاد المركز الوطني للدراسات الفضائية (CNES) بأن جهاز T2L2 يعمل بشكل جيد. ^{[ 9 ]}

كانت مهمة OSTM/Jason-2 جهدًا مشتركًا بين أربع منظمات. ^{[ 10 ]} وكان المشاركون في المهمة هم:

• الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)
• الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء ( ناسا )
• المركز الوطني الفرنسي للدراسات الفضائية ( CNES )
• المنظمة الأوروبية لاستغلال الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية (EUMETSAT)

قدّم المركز الوطني للدراسات الفضائية (CNES) المركبة الفضائية، بينما قدّمت وكالة ناسا والمركز الوطني للدراسات الفضائية معًا أجهزة الحمولة، وكان برنامج خدمات الإطلاق التابع لناسا في مركز كينيدي للفضاء مسؤولاً عن إدارة الإطلاق وعمليات العد التنازلي. بعد إتمام عملية تشغيل المركبة الفضائية في المدار، سلّم المركز الوطني للدراسات الفضائية تشغيلها والتحكم بها إلى الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) في أكتوبر 2008. ^{[ 11 ]}

قام المركز الوطني للدراسات الفضائية (CNES) بمعالجة وتوزيع وأرشفة منتجات البيانات البحثية عالية الجودة التي أصبحت متاحة في عام 2009. وقامت المنظمة الأوروبية لاستغلال الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية (EUMETSAT) بمعالجة وتوزيع البيانات التشغيلية التي تلقتها محطتها الأرضية للمستخدمين في أوروبا، كما قامت بأرشفة تلك البيانات. وقامت الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) بمعالجة وتوزيع البيانات التشغيلية التي تلقتها محطاتها الأرضية للمستخدمين خارج أوروبا، كما قامت بأرشفة تلك البيانات إلى جانب منتجات بيانات المركز الوطني للدراسات الفضائية. وقد أنتجت كل من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي والمنظمة الأوروبية لاستغلال الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية منتجات بيانات شبه فورية، وقامتا بتوزيعها على المستخدمين.

قامت وكالة ناسا بتقييم أداء الأجهزة التالية: مقياس الإشعاع الميكروي المتقدم (AMR)، وحمولة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ومجموعة عاكس الليزر (LRA). كما قامت ناسا والمركز الوطني للدراسات الفضائية (CNES) بالتحقق من صحة منتجات البيانات العلمية معًا. وأدار مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في باسادينا، كاليفورنيا ، المهمة لصالح مديرية المهام العلمية التابعة لناسا في واشنطن العاصمة.

أدت مهمتا قياس الارتفاع السابقتان، TOPEX/Poseidon و Jason-1 ، إلى تقدم كبير في علم المحيطات الفيزيائي ودراسات المناخ. ^{[ 12 ]} فقد وفر سجل بياناتهما الذي امتد لخمسة عشر عامًا لتضاريس سطح المحيط أول فرصة لرصد وفهم التغير العالمي في دوران المحيط ومستوى سطح البحر. وحسّنت نتائجهما الفهم العلمي لدور المحيط في تغير المناخ، كما حسّنت التنبؤات الجوية والمناخية. استُخدمت بيانات هاتين المهمتين لتحسين نماذج المحيطات، والتنبؤ بشدة الأعاصير، وتحديد وتتبع الظواهر الكبيرة في المحيط والغلاف الجوي مثل ظاهرتي النينيو واللانينا . كما استُخدمت البيانات في تطبيقات يومية متنوعة، مثل توجيه السفن، وتحسين سلامة وكفاءة عمليات الصناعات البحرية، وإدارة مصائد الأسماك، وتتبع الثدييات البحرية.

بعض المجالات التي قدمت فيها TOPEX/Poseidon و Jason-1 مساهمات كبيرة، ^{[ 13 ]} والتي واصلت OSTM/Jason-2 الإضافة إليها، هي:

• تقلبات المحيط

كشفت البعثات عن التباين المذهل للمحيط، ومدى تغيره من موسم لآخر، ومن سنة لأخرى، ومن عقد لآخر، وحتى على نطاقات زمنية أطول. وقد أنهت هذه البعثات المفهوم التقليدي لنمط شبه ثابت وواسع النطاق لدوران المحيط العالمي، بإثباتها أن المحيط يتغير بسرعة على جميع المستويات، بدءًا من ظواهر هائلة مثل ظاهرة النينيو واللانينا، التي يمكن أن تغطي كامل المحيط الهادئ الاستوائي، وصولًا إلى الدوامات الصغيرة التي تدور قبالة تيار الخليج الكبير في المحيط الأطلسي .

• تغير مستوى سطح البحر

تُظهر قياسات قمري توبكس/بوسيدون وجيسون-1 أن متوسط ​​مستوى سطح البحر يرتفع بنحو 3  ملم (0.12 بوصة) سنويًا منذ عام 1993. وهذا يُعادل ضعف التقديرات المُستقاة من مقاييس المد والجزر للقرن السابق، مما يُشير إلى تسارع مُحتمل في معدل ارتفاع مستوى سطح البحر مؤخرًا. وقد وفّرت البيانات المُسجلة من هذه البعثات لقياس الارتفاعات للعلماء رؤىً مهمة حول كيفية تأثر مستوى سطح البحر العالمي بالتقلبات المناخية الطبيعية، فضلًا عن الأنشطة البشرية.

• موجات الكواكب

أوضحت مهمتا TOPEX/Poseidon وJason-1 أهمية الموجات الكوكبية ، مثل موجات روسبي وكلفن . تمتد هذه الموجات لآلاف الكيلومترات، وتنتج عن الرياح المتأثرة بدوران الأرض، وهي آليات مهمة لنقل الإشارات المناخية عبر أحواض المحيطات الشاسعة. في خطوط العرض العليا، تنتقل هذه الموجات بسرعة تفوق ضعف ما كان يعتقده العلماء سابقًا، مما يدل على أن المحيط يستجيب للتغيرات المناخية بسرعة أكبر بكثير مما كان معروفًا قبل هاتين المهمتين.

• المد والجزر في المحيط

أدت القياسات الدقيقة التي أجرتها مركبات TOPEX/Poseidon وJason-1 إلى رفع مستوى معرفتنا بحركة المد والجزر في المحيطات إلى مستوى غير مسبوق. فقد بات تغير مستوى المياه الناتج عن حركة المد والجزر في أعماق المحيط معروفًا في جميع أنحاء العالم بدقة تصل إلى 2.5 سنتيمتر (بوصة واحدة). وقد عدّلت هذه المعرفة الجديدة المفاهيم السائدة حول كيفية تبدد طاقة المد والجزر. فبدلاً من أن تفقد طاقة المد والجزر بالكامل فوق البحار الضحلة القريبة من السواحل، كما كان يُعتقد سابقًا، فإن حوالي ثلث طاقة المد والجزر يُفقد في الواقع إلى أعماق المحيط . وهناك، تُستهلك هذه الطاقة من خلال اختلاط المياه ذات الخصائص المختلفة ، وهي آلية أساسية في الفيزياء التي تحكم الدوران العام للمحيط.

• نماذج المحيطات

قدمت عمليات الرصد التي أجراها كل من TOPEX/Poseidon و Jason-1 أول بيانات عالمية لتحسين أداء نماذج المحيطات العددية التي تعد عنصراً أساسياً في نماذج التنبؤ بالمناخ.

تم توزيع منتجات البيانات المعتمدة، التي تدعم تحسين التنبؤات الجوية والمناخية والمحيطية، على الجمهور في غضون ساعات قليلة من الرصد. وبدءًا من عام ٢٠٠٩، أُتيحت منتجات بيانات أخرى لأبحاث المناخ بعد بضعة أيام إلى بضعة أسابيع من التقاط القمر الصناعي للبيانات. تُستخدم بيانات قياس الارتفاعات في تطبيقات متنوعة، بدءًا من البحوث العلمية الأساسية حول المناخ وصولًا إلى تخطيط مسارات السفن. وتشمل هذه التطبيقات ما يلي:

• أبحاث المناخ : يتم دمج بيانات قياس الارتفاع في نماذج الكمبيوتر لفهم وتوقع التغيرات في توزيع الحرارة في المحيط، وهو عنصر أساسي في المناخ.
• التنبؤ بظاهرتي النينيو واللانينا : إن فهم نمط وتأثيرات الدورات المناخية مثل ظاهرة النينيو يساعد في التنبؤ بالآثار الكارثية للفيضانات والجفاف والتخفيف من حدتها.
• التنبؤ بالأعاصير المدارية : يتم دمج بيانات مقياس الارتفاع وبيانات رياح المحيطات عبر الأقمار الصناعية في النماذج الجوية للتنبؤ بموسم الأعاصير وشدة كل عاصفة على حدة.
• توجيه السفن : تُستخدم خرائط التيارات والدوامات والرياح المتجهة في الشحن التجاري واليخوت الترفيهية لتحسين المسارات.
• الصناعات البحرية : تتطلب سفن مد الكابلات وعمليات النفط البحرية معرفة دقيقة بأنماط دوران المحيط، لتقليل تأثيرات التيارات القوية.
• أبحاث الثدييات البحرية: يمكن تتبع حيتان العنبر وفقمات الفراء وغيرها من الثدييات البحرية، وبالتالي دراستها، حول الدوامات المحيطية حيث تكون العناصر الغذائية والعوالق وفيرة.
• إدارة مصايد الأسماك : تحدد بيانات الأقمار الصناعية الدوامات المحيطية التي تؤدي إلى زيادة في الكائنات الحية التي تشكل الشبكة الغذائية البحرية ، مما يجذب الأسماك والصيادين.
• أبحاث الشعاب المرجانية : تُستخدم البيانات المستشعرة عن بعد لرصد وتقييم النظم البيئية للشعاب المرجانية ، والتي تتأثر بتغيرات درجة حرارة المحيط.
• تتبع الحطام البحري : يمكن أن يساعد قياس الارتفاع في تحديد مواقع المواد الخطرة مثل شباك الصيد العائمة والمغمورة جزئيًا والأخشاب وحطام السفن.

انتهت مهمة OSTM/Jason-2 في 1 أكتوبر 2019، بعد أن اتخذت وكالة ناسا وشركاؤها في المهمة قرارًا بإيقاف تشغيل المركبة الفضائية إثر اكتشاف تدهور كبير في أنظمة الطاقة الخاصة بها مؤخرًا. ^{[ 14 ]} استغرقت عملية إيقاف تشغيل القمر الصناعي بضعة أيام، وانتهت الأنشطة النهائية لإيقاف تشغيله في 9 أكتوبر 2019، ليصبح القمر الصناعي غير نشط تمامًا. ^{[ 15 ]} نظرًا لأن Jason-2 يدور على ارتفاع يزيد عن 1300 كيلومتر (810 أميال) ، تُقدّر ناسا أنه سيبقى في مداره لمدة تتراوح بين 500 و1000 عام على الأقل بعد إيقاف تشغيله. ^{[ 15 ]}  

المركبة الفضائية الرابعة المشاركة في مهمة قياس تضاريس سطح المحيط هي جيسون-3 . وكما هو الحال مع سابقاتها، فإن الجهاز الرئيسي على متن جيسون-3 هو مقياس الارتفاع الراداري . وتشمل الأجهزة الإضافية ما يلي: ^{[ 16 ]}

• مقياس إشعاع الميكروويف
• نظام DORIS (نظام تحديد المواقع المدارية بتقنية دوبلر والراديو المتكامل عبر الأقمار الصناعية)
• مصفوفة عاكسة ليزرية (LRA)
• جهاز استقبال نظام تحديد المواقع العالمي ( GPS)

أُطلق القمر الصناعي Jason-3 من قاعدة فاندنبرغ الجوية على متن صاروخ فالكون 9 v1.1 التابع لشركة سبيس إكس في عام 2016. ^{[ 17 ]} وتم شحن القمر الصناعي إلى قاعدة فاندنبرغ الجوية في 18 يونيو 2015، ^{[ 18 ]} وبعد تأخيرات بسبب فشل إطلاق فالكون 9 في يونيو 2015، أُطلقت المهمة في 17 يناير 2016 الساعة 18:42:18 بالتوقيت العالمي المنسق. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

سيتم مواصلة التقنيات ومجموعات البيانات التي تم تطويرها بواسطة Jason-1 و OSTM/Jason-2 و Jason-3 من خلال الأقمار الصناعية Sentinel-6 /Jason-CS، والمقرر إطلاقها في عامي 2020 و 2025. ^{[ 14 ]}

• جيسون-3
• الاستشعار عن بعد
• برنامج الفضاء الفرنسي

الوسائط المتعلقة بمهمة قياس تضاريس سطح المحيط على ويكيميديا ​​كومنز

• ناسا/مختبر الدفع النفاث: OSTM/Jason-2
• تنبيه: OSTM/Jason-2 مؤرشف بتاريخ 22 أبريل 2018 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• يومتسات: OSTM/Jason-2
• الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي: OSTM/Jason-2
• جامعة كولورادو - تغير مستوى سطح البحر