حسگر ساخت بریتانیا برای استفاده در پروژه فیتوپلانکتون

ناسا قرار است سطوح بی سابقه ای از اطلاعات در مورد فیتوپلانکتون ها را با حسگر ساخته شده در لئوناردو در ساوتهمپتون (انگلیس) که برای ماموریت PACE ناسا ساخته شده است، به دست آورد.

ماموریت PACE ناسا (پلانکتون، آئروسل، ابر، اکوسیستم اقیانوس - Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem) که در 8 فوریه 2024 راه اندازی شد، اطلاعاتی را در مورد فرآیندهای مبادله دی اکسید کربن در اقیانوس جمع آوری می کند.

لئوناردو حسگرهایی را برای توسعه ابزار رنگی اقیانوس (OCI) در PACE تحویل داد که به آشکار کردن طیف جدیدی از رنگ‌های اقیانوس کمک می‌کند.

Ocean Color Instrument یک طیف‌سنج نوری بسیار پیشرفته است که برای اندازه‌گیری خواص نور در بخش‌هایی از طیف الکترومغناطیسی استفاده می‌شود.

ناسا (NASA) می خواهد گونه های فیتوپلانکتون را از فضا شناسایی کند

آنها کوچک، اما آنها قدرتمند هستند، از تولید اکسیژنی که تنفس می کنیم تا جذب کربنی که منتشر می کنیم تا تغذیه ماهی هایی که می خوریم، فیتوپلانکتون های کوچک بخش مهمی از اکوسیستم های اقیانوسی هستند و برای زندگی آن گونه که ما روی زمین می شناسیم ضروری هستند و حالا ناسا (NASA) برای اینکه دید جدیدی از این موجودات آبزی خارق العاده به ما بدهد، در اوایل توسط حسگرهای ساخت لئوناردو در یک ماهواره  متعلق به ناسا از فضا وضعیت فیتوپلانکتون‌ را در اقیانوس ها بررسی می کند.

ابزارهای موجود در ماهواره PACE به اقیانوس نگاه می‌کنند و داده‌هایی را در مورد رنگ‌های نوری که از آن منعکس می‌شوند جمع‌آوری می‌کنند و به ما می‌گویند که در کجا انواع مختلف فیتوپلانکتون‌ها رشد می‌کنند.

Ocean Color Instrument در PACE قادر خواهد بود بیش از 100 طول موج مختلف را رصد کند و اولین ماهواره علمی است که این کار را روزانه در مقیاس جهانی انجام می دهد.

این امکان اندازه گیری پیوسته نور را با وضوح طول موج ریزتر و در یک محدوده طیفی بزرگتر از سنسورهای ماهواره ای قبلی ناسا (NASA) فراهم می کند و رکوردهای داده های رنگی اقیانوسی سیستم کلیدی را برای مطالعات آب و هوایی گسترش می دهد.

فیتوپلانکتون ها موجودات میکروسکوپی هستند که در تبدیل دی اکسید کربن از جو به اقیانوس نقش دارند و دی اکسید کربن برای فتوسنتز (آنها) حیاتی است و کربن در مواد سلولی فیتوپلانکتون ترکیب شده و به عنوان اکسیژن آزاد می شود.

این حسگر چگالی جمعیت فیتوپلانکتون ها را نشان می دهد و به ناسا کمک می کند تا جوامع خاصی از فیتوپلانکتون ها را شناسایی کند که دارای رنگ های متفاوت هستند، این مهم است زیرا برخی از اشکال فیتوپلانکتون ها می توانند برای زندگی دریایی و برای انسان هایی که صدف و ماهی مصرف می کنند بسیار سمی باشند.

بهتر از سنسورها

رنگ اقیانوس توسط برهمکنش نور خورشید با مواد یا ذرات موجود در آب دریا مانند کلروفیل، رنگدانه سبز فتوسنتزی که در همه گونه‌های فیتوپلانکتون یافت می‌شود، تعیین می‌شود.

با نظارت بر توزیع و فراوانی فیتوپلانکتون‌های جهانی، OCI به درک سیستم‌های پیچیده‌ای که اکولوژی اقیانوس‌ها را هدایت می‌کنند و جمعیت‌های متنوع فیتوپلانکتون‌های موجود در آن کمک می‌کند.

جرمی وردل، دانشمند پروژه برای مأموریت PACE، در بیانیه‌ای گفت: همه شهروندان زمین باید بدانند که همه چیز به هم مرتبط است: زمین، اقیانوس و جو.

PACE سرمایه گذاری بزرگ بعدی ناسا (NASA) در مطالعات ترکیبی همه این جنبه های سیستم زمین است، در سال 2018 لئوناردو قراردادی با ناسا برای توسعه یک آشکارساز موج کوتاه با پیکسل 350 میلی‌متری MCT (تلورید کادمیوم جیوه) که بر روی یک تقویت کننده امپدانس ترانس سفارشی نصب شده بود، دریافت کرد.

در سال 2021 ناسا به لئوناردو اطلاع داد که عملکرد آشکارسازها استثنایی است و استفاده از آنها را برای پرواز به عنوان بخشی از OCI تأیید کرد.

متیو هیکس مدیر برنامه های فضایی در لئوناردو گفت: همکاری با تیم PACE در ناسا (NASA) بسیار لذت بخش است و ما احساس فوریت در ارائه این قابلیت برای کار مهم آنها را داریم، زیرا مشاهدات ماهواره ای اخیر کاهش اندکی در بهره وری فیتوپلانکتون جهانی را نشان می دهد.

به نظر می رسد بیابان های دریایی با مواد مغذی کم به دلیل افزایش دمای سطح اقیانوس ها در حال گسترش هستند و مایه غرور واقعی است که حسگرهای نصب شده بر روی ماهواره ناسا می توانند سال ها داده های اقیانوسی را برای دانشمندان خود تولید کنند که بتوانند مسیرهایی را شناسایی کنند که به ما در محافظت از اقیانوس هایمان در آینده کمک کنند.

این ابزار فوق طیفی شناسایی فیتوپلانکتون ها بر اساس گونه ها را برای اولین بار از فضا ممکن می کند.

فیتوپلانکتون ها موجودات کوچکی هستند که بر روی سطح اقیانوس و دیگر آب ها شناور هستند، فیتوپلانکتون ها مانند گیاهان مستقر در خشکی از فتوسنتز برای جذب نور خورشید و دی اکسید کربن و تولید اکسیژن و کربوهیدرات ها استفاده می کنند که قندهای پر از کربن هستند.

این قندها فیتوپلانکتون را به مرکز شبکه غذایی اقیانوس تبدیل می کنند: آنها حیوانات بزرگتر را - از زئوپلانکتون گرفته تا صدف تا ماهی باله - تغذیه می کنند که سپس توسط ماهی های بزرگتر و پستانداران دریایی خورده می شوند. (ایجاد آن قندها از نور خورشید تولید اولیه نامیده می شود)

این موجودات کوچک چیزی بیش از مواد مغذی را فراهم می کنند، فیتوپلانکتون ها از طریق فتوسنتز اکسیژن تولید می کنند که در اقیانوس و جو آزاد می شود، در واقع از زمانی که آنها بیش از 3 میلیارد سال پیش فتوسنتز را آغاز کردند - بیش از دو میلیارد سال قبل از گیاهان و درختان خشکی - فیتوپلانکتون ها حدود 50 درصد از کل اکسیژن تولید شده روی زمین را ساخته اند.

فتوسنتز به آنها نقش کلیدی در چرخه جهانی کربن می دهد، زیرا آنها دی اکسید کربن را از جو جذب می کنند و اینکه فیتوپلانکتون ها با آن کربن چه می کنند به گونه های آن بستگی دارد.

Ivona Cetinić، اقیانوس شناس بیولوژیکی در آزمایشگاه اکولوژی اقیانوس در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا (NASA) در گرین بلت مریلند، گفت: مانند گیاهان روی خشکی، فیتوپلانکتون ها بسیار متنوع هستند.

او گفت که هر یک از این گونه‌های متنوع ویژگی‌های متفاوتی دارند که به آنها اجازه می‌دهد در سیستم‌های کربنی زمین کارهای متفاوتی را انجام دهند.

فیتوپلانکتون مانند Emiliana huxleyi کربن را در پوشش بیرونی پوسته مانند خود می گنجاند و هنگامی که آنها می میرند، پوسته ها غرق می شوند و کربن را در اعماق اقیانوس جذب می کنند.

سایر گونه‌های فیتوپلانکتون‌ها برای خورندگانی مانند صدف‌ها که فقط فیتوپلانکتون‌های با اندازه مشخصی را می‌خورند، در جایگاه خاصی قرار می‌گیرند و هنوز گونه‌های دیگری از فیتوپلانکتون‌ها ممکن است کربن را از طریق فتوسنتز جذب کنند، جایی که پس از آن روی سطح اقیانوس باقی می‌ماند تا زمانی که موجودات زنده تجزیه شوند و کربن را به صورت دی اکسید کربن به اتمسفر باز می‌گرداند.

ستینیچ گفت: امیدوارم PACE، زمانی که دیدی از تنوع فیتوپلانکتون‌های اقیانوسی به ما بدهد، بتواند اطلاعات بیشتری در مورد جریان جهانی کربن در اقیانوس‌ها در حال حاضر و آینده به ما بدهد.

فیتوپلانکتون در سرما

حتی در آب‌های سردتر در عرض‌های جغرافیایی بالاتر، فیتوپلانکتون‌ها برای حیات اقیانوسی حیاتی هستند و در مناطق قطبی، شکوفه‌های فیتوپلانکتون - زمانی که موجودات زنده رشد می‌کنند و به تعداد زیادی از فضا قابل مشاهده هستند - می‌توانند چرخه ذوب یخ‌های دریا را دنبال کنند.

هنگامی که پوشش یخ دریا فروکش می‌کند، نور خورشید می‌تواند به سطح اقیانوس و فیتوپلانکتون‌هایی که روی آن شناور هستند برسد و به آن‌ها اجازه فتوسنتز و رشد پس از مدت طولانی پوشاندن را بدهد.

این باعث تولید سوخت برای گونه های دیگر می شود و گونه های قطبی از صدف ها و کریل ها گرفته تا ماهی های دریایی و نهنگ ها برای منابع غذایی خود به این شکوفه های به موقع متکی هستند.

ایمی نیلی، اقیانوس شناس بیولوژیکی در ناسا (NASA) گودارد، می گوید: تغییر زمان شکوفه ها بر کل اکوسیستم تأثیر می گذارد.

از آنجایی که زمان و میزان عقب‌نشینی یخ‌های دریا در آب و هوای گرم‌تر تغییر می‌کند، PACE قادر خواهد بود تغییرات زمان‌بندی شکوفه‌ها را ردیابی کند و بینش‌هایی در مورد تأثیرات گسترده‌تر بر اکوسیستم ارائه دهد.

شناسایی فیتوپلانکتون های مضر

همه فیتوپلانکتون ها برای اکوسیستم ها مفید نیستند. برخی از گونه ها می توانند سمومی تولید کنند که برای انسان یا دیگر گونه های دریایی خطرناک است، این شکوفه‌های مضر جلبکی می‌توانند اکوسیستم و همچنین زندگی روزمره مردم در نزدیکی سواحل، دریاچه‌ها و رودخانه‌ها را مختل کنند.

برای مثال، شکوفه‌های سیانوباکتری‌ها می‌توانند آب آشامیدنی و استفاده از آب تفریحی را با سمومی که تولید می‌کنند خراب کنند.

دانشمندان از برخی داده های ماهواره ای برای ردیابی و نظارت بر این شکوفه ها و شرایطی که باعث آنها می شود استفاده کرده اند، PACE باید رمزگشایی این گونه‌ها و شرایط را آسان‌تر کند، و به مردم این امکان را می‌دهد تا راه‌هایی برای کاهش اثرات و جلوگیری از شکوفه‌های آینده ایجاد کنند.

بریجت گفت: همه فیتوپلانکتون‌ها شکوفه‌های جلبکی مضر ایجاد نمی‌کنند، بنابراین اگر بتوانیم از داده‌های ماهواره‌ای برای تفکیک بهتر شکوفه‌های مضر از غیر مضر استفاده کنیم، برای مدیران آب و دانشمندانی که در تلاش برای درک جوامع فیتوپلانکتون در یک منطقه هستند، مفید خواهد بود. (سیگرز، اقیانوس شناس در ناسا گودارد)

PACE اولین ماهواره ای نخواهد بود که به ما اجازه می دهد فیتوپلانکتون را از فضا ببینیم و این ماموریت جانشین ماموریت‌هایی مانند Terra ،Aqua ،Landsat و SeaWiFS (حسگر میدان دید گسترده دریا) است که از دهه 1990 داده‌های مربوط به فیتوپلانکتون را جمع‌آوری کرده‌اند.

PACE که در حال مونتاژ و مدیریت توسط مهندسان ناسا گودارد است، توانایی ما را برای تشخیص و ردیابی فیتوپلانکتون‌ها هر روز در سرتاسر سیاره به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

نیلی گفت: امیدواریم ماهیت فراطیفی ابزار رنگی اقیانوس به ما این امکان را بدهد که بتوانیم انواع فیتوپلانکتون ها را از یکدیگر و از ذرات غیر فیتوپلانکتون جدا کنیم، برای من، فرصت های تحقیق بی پایان خواهد بود.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.