برنامج نيمبوس

عند إطلاقها، كانت فكرة رصد خصائص غير ملموسة، كضغط الهواء، باستخدام قمر صناعي يدور على ارتفاع مئات الأميال فوق الأرض، ثورية. ومع كل مهمة من مهمات نيمبوس، وسّع العلماء قدرتهم على جمع بيانات عن خصائص الغلاف الجوي ، مما حسّن التنبؤات الجوية ، بما في ذلك درجات حرارة المحيطات والهواء، وضغط الهواء، ونسبة الغيوم . وبدءًا من القمر الصناعي نيمبوس 3 عام 1969، بدأت الأقمار الصناعية في جمع معلومات عن درجات الحرارة عبر عمود الغلاف الجوي من شرق المحيط الأطلسي ومعظم المحيط الهادئ، مما أدى إلى تحسينات كبيرة في التنبؤات. ^{[ 2 ]} وقد مكّنت التغطية العالمية التي وفرتها أقمار نيمبوس الصناعية من الحصول على تنبؤات دقيقة لمدة 3-5 أيام لأول مرة.

أتاحت قدرة أقمار نيمبوس الصناعية على رصد الطاقة الكهرومغناطيسية بأطوال موجية متعددة (بيانات متعددة الأطياف)، ولا سيما نطاق الموجات الميكروية من الطيف الكهرومغناطيسي ، للعلماء إمكانية دراسة الغلاف الجوي والتمييز بين بخار الماء والماء السائل في السحب. إضافةً إلى ذلك، تمكنوا من قياس درجة حرارة الغلاف الجوي حتى في وجود السحب، وهي قدرة سمحت للعلماء بقياس درجة الحرارة في "اللب الدافئ" للأعاصير .

كان من أهم الإسهامات العلمية لبعثات نيمبوس قياساتها لميزانية إشعاع الأرض . ولأول مرة، أتيحت للعلماء فرصة رصد كمية الإشعاع الشمسي الداخل إلى نظام الأرض والخارج منه على مستوى العالم. وقد ساعدت هذه الرصدات في التحقق من صحة نماذج المناخ الأولى وتحسينها، ولا تزال تُسهم إسهامًا كبيرًا في دراسة تغير المناخ . وبينما يدرس العلماء أسباب وآثار الاحتباس الحراري ، تُوفر بيانات ميزانية إشعاع نيمبوس أساسًا للتحليلات طويلة الأجل، وتُمكّن من إجراء دراسات رصد التغيرات. وقد أدت تقنية نيمبوس إلى ظهور أجهزة استشعار ميزانية الإشعاع الحالية، مثل أجهزة سيريس الموجودة على متن قمري تيرا وأكوا التابعين لوكالة ناسا . ^{[ 3 ]}

حتى قبل أن تبدأ أقمار نيمبوس الصناعية بجمع بياناتها عن طبقة الأوزون في الأرض ، كان لدى العلماء بعض الفهم للعمليات التي تحافظ عليها أو تدمرها. كانوا على يقين تام من فهمهم لكيفية تشكل هذه الطبقة، وكانوا يعلمون من التجارب المخبرية أن الهالوجينات قادرة على تدمير الأوزون . وأخيرًا، كشفت بالونات الأرصاد الجوية أن تركيز الأوزون في الغلاف الجوي يتغير بمرور الوقت، ورجّح العلماء أن الظواهر الجوية أو التغيرات الموسمية هي المسؤولة عن ذلك. لكن كيفية تفاعل كل هذه المعلومات معًا على نطاق عالمي ظلّ غير واضح.

أجرى العلماء تجارب باستخدام طائرات ناسا التجريبية، وأثبتوا أن المواد الكيميائية الجوية، مثل مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) المنبعثة من المبردات وبخاخات الرذاذ ، تُدمر طبقة الأوزون. ومع تراكم بيانات القمر الصناعي نيمبوس 7 بين عامي 1978 و1994، بات من الواضح بشكل متزايد أن مركبات الكلوروفلوروكربون تُحدث ثقبًا في طبقة الأوزون كل شتاء فوق القارة القطبية الجنوبية . ليس هذا فحسب، بل على الرغم من بعض التباينات السنوية، بدا أن حجم الثقب يتسع. وقد أوضحت قياسات نيمبوس مدى خطورة مشكلة ثقب الأوزون. ^{[ 4 ]}

جمعت أقمار نيمبوس الصناعية بيانات مدارية حول امتداد القمم الجليدية القطبية في منتصف ستينيات القرن الماضي، مسجلةً في نطاقي الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء من الطيف. تُعدّ هذه اللقطات العالمية الأولى للغطاء الجليدي للأرض مرجعًا قيّمًا لدراسات تغير المناخ. وخلال فترة زمنية محدودة من الفرص المتاحة لعلم آثار البيانات ، تمكّن المركز الوطني لبيانات الثلج والجليد (NDISC) ووكالة ناسا من استعادة بيانات سمحت بإعادة بناء صور عالية الدقة التقطها القمر الصناعي نيمبوس 2 عام 1966، تُظهر كامل الغطاء الجليدي في القطبين الشمالي والجنوبي. ^{[ 6 ]}

عندما أُطلقت المركبة الفضائية نيمبوس 5 عام 1972، خطط العلماء لاستخدام مقياس الإشعاع الميكروي الماسح كهربائيًا لجمع بيانات عالمية حول أماكن وكميات هطول الأمطار في جميع أنحاء العالم. إلا أن أولوية جديدة لهذا المستشعر ظهرت في الأشهر التي تلت إطلاقه، وهي رسم خرائط تركيزات الجليد البحري العالمي . وعندما أُطلقت نيمبوس 7 عام 1978، كانت التكنولوجيا قد تطورت بما يكفي لتمكين العلماء من التمييز بين الجليد البحري حديث التكوين (أي "الجليد في عامه الأول") والجليد الأقدم، وذلك باستخدام مستشعر مقياس الإشعاع الميكروي متعدد القنوات الماسح (SMMR). وتُشكل البيانات التي جمعها هذا المستشعر خلال فترة عمله التي امتدت تسع سنوات جزءًا كبيرًا من السجل طويل الأمد لتركيز الجليد البحري على سطح الأرض ، والذي يستخدمه العلماء اليوم في دراسات تغير المناخ.

من بين الاكتشافات غير المتوقعة التي أتاحتها مهمات نيمبوس، اكتشاف ثقب هائل في الجليد البحري المحيط بالقارة القطبية الجنوبية خلال شتاء 1974-1976 في نصف الكرة الجنوبي. في ظاهرة لم تُرصد منذ ذلك الحين، تشكلت بقعة مائية ضخمة خالية من الجليد، تُعرف باسم " البولينيا" ، لثلاث سنوات متتالية في الجليد الموسمي الذي يُغطي القارة القطبية الجنوبية كل شتاء. تقع هذه البقعة في بحر ويديل ، وكانت تختفي كل عام مع ذوبان الجليد في الصيف، ثم تعود في العام التالي. يُعتقد أن هذه البقعة المائية المفتوحة قد أثرت على درجات حرارة المحيط حتى عمق 2500 متر، وعلى دوران المحيط على مساحة واسعة. لم تُرصد بولينيا بحر ويديل منذ الحدث الذي رصدته أقمار نيمبوس الصناعية في منتصف السبعينيات.

مهدت أقمار نيمبوس الصناعية (بدءًا من نيمبوس 3 عام 1969) الطريق لعصر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الحديث، وذلك بفضل أنظمة البحث والإنقاذ وجمع البيانات التشغيلية . اختبرت هذه الأقمار التقنية الأولى التي سمحت للأقمار الصناعية بتحديد مواقع محطات رصد الأحوال الجوية المقامة في مناطق نائية، وإصدار الأوامر لهذه المحطات لإرسال بياناتها إلى القمر الصناعي. وكان أبرز مثال على هذه التقنية الجديدة الرحلة التاريخية التي قامت بها الطيارة البريطانية شيلا سكوت ، والتي اختبرت نظام نيمبوس للملاحة وتحديد المواقع والاتصالات، عندما قامت بأول رحلة منفردة فوق القطب الشمالي عام 1971.

أثبت نظام الاتصالات الأرضية-الفضائية-الأرضية "نيمبوس" أنه أول نظام بحث وإنقاذ قائم على الأقمار الصناعية. ومن بين أوائل نجاحاته إنقاذ اثنين من رواد منطاد الهواء الساخن اللذين سقطا في شمال المحيط الأطلسي عام 1977، وفي وقت لاحق من ذلك العام، تتبع مغامر ياباني في محاولته الأولى ليكون أول شخص يتزلج بمفرده على زلاجة تجرها الكلاب إلى القطب الشمالي عبر غرينلاند . وقد تم إنقاذ عشرات الآلاف من الأشخاص على مدى العقود الثلاثة الماضية من خلال نظام البحث والإنقاذ بمساعدة الأقمار الصناعية ( SARSAT ) على أقمار NOAA الصناعية.

كان القمر الصناعي نيمبوس-3 أول قمر صناعي يستخدم مولدًا كهروحراريًا يعمل بالنظائر المشعة من طراز SNAP-19 في الفضاء. وقد جرت محاولة سابقة لإطلاق مولد SNAP-19 على متن القمر الصناعي نيمبوس-B-1، إلا أن الصاروخ تحطم وسقط الوقود النووي في قناة سانتا باربرا . لاحقًا، تم استخراج الوقود من حطام القمر على عمق 91 مترًا (300 قدم) وأعيد استخدامه في نيمبوس-3 تحت اسم SNAP-19B. ^{[ 7 ]} وقد عزز مصدر الطاقة هذا منظومة الطاقة الشمسية بمصدر إضافي. 28.2  واط من الطاقة الكهربائية. ^{[ 8 ]}