Πώς η Κρήτη «καλιμπράρει» τους δορυφόρους του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος

Για αιώνες οι θαλασσοπόροι της αρχαιότητας βασίζονταν στους αστερισμούς για να προσανατολιστούν στα ταξίδια τους και, χιλιετίες αργότερα, σε μια συμμετρική αντιστροφή των όρων που επιβάλλει η σφαιρικότητα της Γης, οι σύγχρονοι επιστημονικοί δορυφόροι, αφού εκτοξευθούν, καλιμπράρονται με τη βοήθεια «σταθερών» σημείων του πλανήτη. 

Σε αυτό το ταξίδι τους, περίπου 1.300 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, μοναδικό, παγκοσμίως, ρόλο στη ρύθμιση δορυφόρων παίζουν δύο ελληνικά νησιά, η Γαύδος και η Κρήτη, όπως εξηγεί στην «Καθημερινή» ο Κρεγκ Ντόνλον, επικεφαλής του Γραφείου «Αρχιτεκτονικής» των Συστημάτων Παρατήρησης της Γης, του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος. 

Ο Κρεγκ Ντόνλον εντάχθηκε στην αποστολή Sentinel-3 το 2008 και έκτοτε συμμετέχει στον επιστημονικό σχεδιασμό και στην ανάπτυξή της. 

Ο ίδιος έχει εργαστεί μεταξύ άλλων στις αποστολές Sentinel-3 και Sentinel-6 που μετρούν τη στάθμη των θαλασσών και εκπονούν τοπογραφικές αναλύσεις. Από τα δεδομένα που συλλέγουν για τις διαφορές στα ύψη των ωκεανών, οι επιστήμονες χαρτογραφούν τα ρεύματα και τις υδάτινες κινήσεις κάτω από την επιφάνεια.

Ο Ντόνλον παρομοιάζει το φαινόμενο με τις κινήσεις του νερού όταν μπαίνουμε στην μπανιέρα. 

«Ολες οι αλλαγές μετρώνται σε σχέση με μια επιφάνεια αναφοράς, το γεωειδές, που είναι στην πραγματικότητα ένα επίπεδο ίσως βαρυτικής έλξης. Οι δορυφόροι μας πετούν σε συνάρτηση με αυτό το επίπεδο και εμείς αναζητούμε τις μικρές διαφορές. Αυτό που κάνουμε από υψόμετρο 1.300 χιλιομέτρων στο Διάστημα είναι να μετράμε την επιφάνεια του ωκεανού με ακρίβεια μικρότερη από ένα εκατοστό του μέτρου.

Επομένως είναι ένα σύστημα πολύ ακριβές, διότι για να μετρήσουμε τα ωκεάνια ρεύματα πρέπει να μετρήσουμε πολύ μικρές διαφορές στο ύψος του νερού σε τεράστιες οριζόντιες αποστάσεις 1.000 χιλιομέτρων. Και από αυτό μπορούμε να μετρήσουμε τον άνεμο. Ομως επειδή χρειαζόμαστε εξαιρετικά ακριβείς πληροφορίες, πρέπει να βεβαιωθούμε ότι το υψόμετρο είναι σωστό».

Οπως εξηγεί ο δρ Ντόνλον, κάθε φορά που ο ESA κατασκευάζει ένα αλτίμετρο που προορίζεται για τον επιστημονικό εξοπλισμό κάποιου δορυφόρου, οι μηχανικοί δεν έχουν στη διάθεσή τους μια επίπεδη περιοχή μήκους 1.300 χιλιομέτρων για να το βαθμονομήσουν πλήρως, επειδή σε τέτοιες διαστάσεις η καμπυλότητα της Γης προκαλεί πρακτικά προβλήματα στις μετρήσεις.

Ετσι, τους είναι σχεδόν αδύνατο να βαθμονομήσουν πλήρως τα αλτίμετρα αυτά πριν τα εκτοξεύσουν. Αυτό το σκέλος το αφήνουν για μετά την εκτόξευση, εκμεταλλευόμενοι κάποιες τοποθεσίες αναφοράς για να επαληθεύσουν την ακρίβεια των οργάνων.

Η ΛΥΣΗ ΤΗΣ ΚΡΗΤΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΓΑΥΔΟΥ

Ο καλύτερος τρόπος για να ολοκληρωθεί η ρύθμιση του αλτίμετρου είναι με τη βοήθεια ορισμένων σημείων στην ξηρά και «η Γαύδος και η Κρήτη είναι δύο τοποθεσίες σχεδόν μοναδικές στον κόσμο», σχολιάζει ο Ντόνλον. 

Ο λόγος γι’ αυτό είναι πως πάνω από τα δύο ελληνικά νησιά «διασταυρώνονται» οι τροχιές για πολλά διαφορετικά δορυφορικά αλτίμετρα εδάφους.

 Ο Sentinel 6 πάνω από την Κρήτη. (Πηγή: ESA)

«Εχετε βέβαια σεισμούς στην Ελλάδα, οπότε μερικές φορές τα πάντα μετακινούνται. Το πρώτο πράγμα που κάνουμε είναι να τοποθετήσουμε σταθμούς GPS στο έδαφος και να προβούμε σε μετρήσεις για τουλάχιστον δύο χρόνια. Αυτή την περίοδο είμαστε σε θέση να μετρήσουμε αν το έδαφος ανυψώνεται η υποχωρεί.

Δύο τέτοιοι σταθμοί, με αναμεταδότες στερεωμένους σταθερά στη Γη, λειτουργούν στην Κρήτη, κοντά στα Χανιά, και στη Γαύδο. Το καλιμπράρισμα γίνεται μέσω μιας σειράς παλμών που εκπέμπονται από τους δορυφόρους στη Γη και επιστρέφουν πίσω, μετρώντας τον χρόνο που απαιτείται για να ολοκληρωθεί ο κύκλος.

Με αυτή τη μέθοδο στους σταθμούς της Κρήτης και της Γαύδου έχουν βαθμονομηθεί μεταξύ άλλων οι δορυφόροι Sentinel-3A και Sentinel-3B του προγράμματος Copernicus της Ευρωπαϊκής Ενωσης για την παρατήρηση της Γης, ο Sentinel-6A για τον οποίο συνεργάστηκαν ο ESA, η NASA, η Γαλλική Υπηρεσία Διαστήματος CNES και η Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας (NOAA), καθώς και οι τοπογραφικοί δορυφόροι της NASA Jason-2 και Jason-3.

Τα «φώτα» της Γαύδου και της Κρήτης αναζήτησαν για να βαθμονομηθούν και ο δορυφόρος Cryosat της ESA που μετράει το πάχος των πολικών θαλάσσιων πάγων και τις αλλαγές στα στρώματα πάγου που καλύπτουν τη Γροιλανδία και την Ανταρκτική, καθώς και ο ωκεανογραφικός δορυφόρος AltiΚa.

– Υπάρχουν άλλα σημεία εκτός από την Κρήτη και τη Γαύδο που χρησιμοποιείτε για τη βαθμονόμηση των δορυφόρων σας; 

– Υπάρχει ένας αναμεταδότης που λειτουργεί από τη CNES στη Γαλλία και επίσης δοκιμάζουμε ανακλαστήρες στην Ισπανία, στην Καταλωνία και πάλι στην Κρήτη. Στη Γαύδο έχουμε δύο γωνιακούς ανακλαστήρες. Η NASA έχει μια σειρά αναμεταδοτών στη νήσο Santa Catalina, ανοικτά του Λος Αντζελες, αλλά είναι σε πειραματικό στάδιο και δεν είμαι σίγουρος ότι είναι λειτουργικοί αυτή τη στιγμή.

Ετσι, η Κρήτη και η Γαύδος είναι οι μοναδικές τοποθεσίες στον κόσμο που έχουν τη μεγαλύτερη «σειρά» μετρήσεων υψομέτρων που έχουν γίνει ποτέ. Αποτελεί πραγματική τιμή για την Ελλάδα και η ομάδα του Πολυτεχνείου Κρήτης στα Χανιά, με επικεφαλής τον δρα Στυλιανό Μερτίκα, είναι φανταστική, εργάζεται πολύ σκληρά. Με την υποστήριξη της Ελλάδας ως κράτους-μέλους του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος μπορούμε να τα καταφέρουμε όλα αυτά.

– Είναι πάντοτε αυτονόητη η συνεργασία μεταξύ των διαστημικών υπηρεσιών διαφορετικών κρατών ή, για παράδειγμα, τα πράγματα έχουν αλλάξει με τη Ρωσική Υπηρεσία Διαστήματος, τη Roscosmos, εξαιτίας των γεωπολιτικών εξελίξεων; 

– Στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος προσπαθούμε να «τρέχουμε» προγράμματα με όλες αυτές τις υπηρεσίες, με τον έναν ή τον άλλον τρόπο. Με την Κινεζική Υπηρεσία Διαστήματος έχουμε το πρόγραμμα Dragon, με το οποίο ανταλλάσσουμε φοιτητές και πληροφορίες. Υποστηρίζουμε πολύ την JAXA, την Ιαπωνική Υπηρεσία Διαστήματος, όπως και την Αυστραλιανή Υπηρεσία Διαστήματος. Εχουμε συνεργασίες με τη Γερμανία, τη Βρετανία και τη Γαλλία. Οσο για τη Roscosmos, είχαμε μια πολύ στενή συνεργασία πριν από τον πόλεμο στην Ουκρανία, συνεργαζόμασταν σε ρωσικές εκτοξεύσεις και επωφελούμασταν και εμείς από ρωσικές εκτοξεύσεις, αλλά δυστυχώς αυτό δεν ισχύει πια. Στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό νομίζω ότι εξακολουθεί να υπάρχει κάποια συνεργασία, αλλά όχι τόσο στενή. Για να είμαι ειλικρινής, είναι λυπηρό, πραγματικά, να βλέπουμε ότι η πολιτική μπαίνει εμπόδιο στην επιστήμη.

– Ποιο είναι το χειρότερο σενάριο για την άνοδο της στάθμης των ωκεανών μέσα στις επόμενες δεκαετίες;

– Από τις μετρήσεις διαφορετικών αποστολών βλέπουμε ότι ο ρυθμός ανόδου επιταχύνεται και αναμένουμε ότι μέχρι το 2050 μπορεί να έχουμε, στη χειρότερη περίπτωση, ένα με δύο μέτρα άνοδο της στάθμης της θάλασσας. Θα δούμε πολλά νησιά να εξαφανίζονται και μέχρι το 2100 η στάθμη ενδεχομένως να έχει ανέβει κατά αρκετά μέτρα, αν πιστέψουμε τα μοντέλα της Διεθνούς Επιτροπής για την αντιμετώπιση της Κλιματικής Αλλαγής.

Το πρόβλημα της ανόδου της στάθμης της θάλασσας έχει διάφορες συνιστώσες. Από τη μια, η αύξηση της θερμοκρασίας των ωκεανών οδηγεί στη διαστολή των υδάτων. Παράλληλα επιδρούν τοπικές, δυναμικές συνιστώσες, όπως οι άνεμοι και τα κύματα που συσσωρεύουν νερό. Η άντληση νερού από τη γη, που ουσιαστικά συμπιέζει την ξηρά. Και φυσικά, καθώς λιώνουν στρώματα πάγου, εισάγεται μια τεράστια ποσότητα νερού.

– Η άνοδος της θάλασσας είναι ίδια σε όλα τα μέρη του πλανήτη ή παρατηρούμε διαφορετικές αυξήσεις σε διαφορετικά μέρη; 

– Οι διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στους ωκεανούς έχουν διαφορετικά αποτυπώματα ανόδου της στάθμης σε διαφορετικές περιοχές. Αλλού τα ύδατα ανεβαίνουν και αλλού κατεβαίνουν. Οι αλλαγές σημειώνονται σε συνάρτηση με τη βαρυτική έλξη και τις τοπικές συνθήκες της ατμόσφαιρας. 

– Πόσοι δορυφόροι έχουν συνολικά εκτοξευθεί για την παρακολούθηση των ωκεανών; 

– Από το 1992 μέχρι σήμερα, δεκατρείς δορυφόροι έχουν συμμετάσχει σε αποστολές καταγραφής της στάθμης της θάλασσας. Από αυτούς, σήμερα λειτουργούν τέσσερις. Οι υπόλοιποι έχουν ολοκληρώσει τον κύκλο ζωής τους, ενώ φέτος θα εκτοξεύσουμε τον Sentinel-6B και το 2026 τον Sentinel-3C. Η διάρκεια ζωής των δορυφόρων γενικά, με την κατάλληλη συντήρηση, κυμαίνεται μεταξύ 7,5 και 12 ετών.

Ομως οι δορυφόροι που βρίσκονται σε υψηλότερη τροχιά, όπως αυτοί που παρακολουθούν τις θάλασσές μας, λειτουργούν για περίπου πέντε χρόνια, επειδή σε αυτά τα ύψη η ακτινοβολία που δέχονται έχει πιο ισχυρή επίδραση στα ηλεκτρονικά τους στοιχεία. Ο λόγος που πετούν τόσο ψηλά είναι ότι θέλουμε να αποφύγουμε την ατμοσφαιρική αντίσταση. 

– Ποια είναι τα σοβαρότερα προβλήματα που μπορεί να αντιμετωπίσει ένας δορυφόρος; 

– Οι δορυφόροι έχουν φωτοβολταϊκά συστήματα και μπαταρίες, που όμως δεν διαρκούν για πάντα. Η διάρκεια ζωής τους είναι περίπου 12,5 χρόνια. Επίσης, τακτικά, απαιτούνται ρυθμίσεις για τη διατήρηση της τροχιάς τους, αλλά και για να αποφύγουμε συγκρούσεις με διαστημικά σκάφη.

Σε υψηλή τροχιά δεν υπάρχουν πολλά, αλλά χαμηλότερα, στα 800 χιλιόμετρα, η περιοχή είναι «πυκνοκατοικημένη» (σ.σ. ο Διαστημικός Σταθμός κινείται σε ύψος 400 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Γης). Υπάρχει επίσης ο κίνδυνος να χτυπηθούν από μικρομετεωρίτες ή διαστημικά σκουπίδια.

Ευτυχώς, κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει πολύ συχνά. Κάτι που επίσης μπορεί να συμβεί είναι ηλεκτρομαγνητικά γεγονότα, παραδείγματος χάριν αν ένα πολύ ισχυρό ηλεκτρόνιο διεισδύσει τη λάθος στιγμή στο λάθος μέρος, χτυπήσει ένα κρίσιμο ηλεκτρονικό εξάρτημα και προκαλέσει προβλήματα. Αυτό συμβαίνει αρκετά συχνά σε μια περιοχή πάνω από τον Νότιο Ατλαντικό Ωκεανό, όπου οι «ασπίδες» της Γης είναι αρκετά αδύναμες.

Το φαινόμενο αυτό μπορεί να είναι χειρότερο κατά την κορύφωση της δραστηριότητας του 11ετούς κύκλου του Ηλιου και μειώνεται στα πιο αδρανή στάδιά του. 

Τίποτα δεν είναι εύκολο ή απλό στον ουρανό.