You are currently viewing Satelitarne polowanie na Mleczne Morza

Satelitarne polowanie na Mleczne Morza

Hunting Milky Seas by Satellite

Niczym kapitan morski tropiący białego wieloryba, Steve Miller od dziesięcioleci ściga rzadką formę bioluminescencji morskiej.

Niczym kapitan tropiący białego wieloryba, Steve Miller od dziesięcioleci ściga „mleczne morza”. Szukał przykładów rzadkiej formy bioluminescencji morskiej, a pojawienie się nowych instrumentów satelitarnych do wykrywania światła nocnego pozwoliło mu wykryć kilka z tych rzadkich zdarzeń. Dało to również naukowcom większą szansę na próbkowanie przyszłych wydarzeń.

Mleczne morza są rzadką formą bioluminescencji, którą marynarze opisali jako śnieżne pole rozsiane po oceanie. Stała biała poświata może rozciągać się na ogromne odległości i nie jest zakłócana przez kilwatery statków. Żeglarze sporadycznie spotykali się z tym zjawiskiem od co najmniej XVII wieku, a Jules Verne umieścił odniesienie do niego w Dwudziestu tysiącach mil podmorskiej żeglugi.

„Fajną rzeczą w mlecznych morzach jest to, że są tak nieuchwytne, zwykle na pełnym morzu i z dala od głównych szlaków żeglugowych” – zauważył Miller. „W rezultacie pozostały one głównie częścią morskiego folkloru”.

Chociaż istniało tylko jedno bezpośrednie pobranie próbki tego zjawiska, naukowcy uważają, że pojawia się ono, gdy populacje świecących (wytwarzających światło) bakterii, takich jak Vibrio harveyi, eksplodują w związku z koloniami pewnych alg i fitoplanktonu. W przeciwieństwie do typowej bioluminescencji – w której fitoplankton emituje światło, gdy jest stymulowany, migając krótko jak świetliki – bakterie w mlecznych morzach mogą pozostawać oświetlone przez kilka dni lub tygodni. Niewiele jednak wiadomo o warunkach, w jakich się rozwijają.

Na początku 2000 roku, pracując dla US Naval Research Laboratory, Miller i współpracownicy zaczęli omawiać unikalne sygnały świetlne, które mogą być w stanie wykryć za pomocą zestawu radiometrów do obrazowania w podczerwieni (VIRS), który był opracowywany dla następnej generacji NOAA i satelity NASA. W szczególności zastanawiali się, czy VIIRS będzie w stanie wykryć jakiekolwiek wcześniej niewykrywalne zjawiska z kosmosu, takie jak bioluminescencja w oceanie.

Miller natknął się wtedy na raport kapitana statku o dziwnym przypadku świecących się mórz u wybrzeży Somalii w 1995 roku. Ta historia o S.S. Lima skłoniła Millera do przyjrzenia się nocnym danym z operacyjnego systemu skanowania liniowego amerykańskiego meteorologicznego programu satelitarnego obrony. Sygnał był słaby, a dane bardzo zaszumione, ale odkrył, że to, co kapitan Limy zameldował z powierzchni morza, było rzeczywiście widoczne z kosmosu. Miller i współpracownicy opublikowali te odkrycia w 2005 r., a następnie cierpliwie czekali na wystrzelenie w 2011 r. satelity Suomi NPP, pierwszego wyposażonego w nowy instrument VIIRS.

VIIRS został opracowany z „pasmem dzień-noc” (DNB), specjalnym czujnikiem przeznaczonym do wykrywania światła w zakresie długości fal od zielonego do bliskiej podczerwieni. DNB jest wrażliwy na poziomy światła do 10 milionów razy słabsze niż światło dzienne, umożliwiając naukowcom rozróżnianie sygnałów, takich jak poświata powietrza, zorze polarne, światła miejskie i odbite światło księżyca. Kiedy w 2007 roku dołączył do Cooperative Institute for Research in the Atmosphere na Colorado State University, Miller kontynuował tworzenie zespołu do kalibracji i badania nowych funkcji DNB. Wierzył, że to pomoże mu znaleźć nieuchwytne mleczne morza.

Na jednej ścieżce Miller oparł się na ustalonej liście obserwacji mlecznego morza opracowanej przez biologa morskiego Petera Herringa. Miller zebrał ponad 200 wzmianek o świecących morzach znalezionych w dokumentach historycznych i raportach statków. Znalazł jeden nieoczekiwany raport od kapitana C.S.S. Alabama w 1864 roku u wybrzeży Somalii, która miała niesamowite podobieństwo do wydarzenia w Limie z 1995 roku. Odwzorowując te raporty z ostatnich dwóch stuleci, Miller i współpracownicy odkryli, że większość pochodziła z północno-zachodniego Oceanu Indyjskiego i Morza Arabskiego, a także z wód w pobliżu Indonezji i kontynentu morskiego.

Na innym torze Miller stanął przed wieloma wyzwaniami, określając, czy słaby, efemeryczny sygnał mórz może zostać wykryty przez VIIRS. Pasmo dzień-noc jest wystarczająco czułe, aby wykryć wiele form nocnego światła na oceanie i nad oceanem – w tym światła z łodzi i flary gazowe z platform wiertniczych – a nawet na niebie – w tym poświatę powietrza i atmosferyczne fale grawitacyjne. Chmury i śnieg również odbijają światło w nocy, zaciemniając sygnały DNB. Jest też Księżyc: przez połowę każdego miesiąca światło księżyca jest dominującym sygnałem odbijającym się od powierzchni oceanu, co utrudnia dostrzeżenie wielu innych rzeczy.

Wszystkie te sygnały wydają się być jaśniejsze i bardziej wszechobecne niż mleczne morza, więc wszystkie musiały zostać wykluczone, zanim Miller mógł stwierdzić, czy światło pochodzi z samego oceanu. Zauważył również, że reakcja DNB na emisje światła jest nieco „przesunięta ku czerwieni” w stosunku do przypuszczalnych emisji niebieskiego/zielonego światła większości form bioluminescencji morskiej.

W nowych badaniach opublikowanych w lipcu 2021 r. Miller i ośmiu współpracowników wykazali, że VIIRS może rzeczywiście wykryć widmową luminescencję. Przeglądając dane VIIRS z lat 2012-2021, znaleźli 12 przypadków mlecznych mórz na Oceanie Indyjskim i na dalekim zachodnim Pacyfiku. Sygnały z każdego zdarzenia były niewidoczne w ciągu dnia — a więc nie można ich przypisać jakiejś innej substancji odbijającej światło w oceanie — i trwały przez kilka kolejnych nocy, dryfując wraz z prądami powierzchniowymi.

Największe wydarzenie jest pokazane na górze tej strony. Instrument VIIRS na satelicie NOAA-NASA Suomi NPP pozyskał obraz Jawy i otaczających ją mórz 4 sierpnia 2019 r. W największym stopniu wydarzenie na morzu mlecznym obejmowało 100 000 kilometrów kwadratowych, mniej więcej wielkości Islandii. Rozpoczęła się pod koniec lipca i była nadal widoczna na początku września, obejmując dwa cykle księżycowe. Poniższe zdjęcia pokazują to samo wydarzenie wraz z pomiarami chlorofilu wykonanymi przez satelitę Aqua NASA.

Zauważ, że najwyższe stężenia chlorofilu (zielonego, wykorzystującego światło pigmentu w fitoplanktonie) sąsiadują z najjaśniejszymi obszarami mlecznego morza, ale nie pasują do nich. Miller i współpracownicy sugerują, że podczas gdy glony wykorzystują światło słoneczne i składniki odżywcze do produkcji żywności, świecące bakterie mogą zjadać martwe lub zestresowane glony na obrzeżach kwitnienia. Mogą również wykorzystywać swoje światło do przyciągania ryb, ponieważ bakterie mogą również żyć w jelitach ryb. Może nawet istnieć symbiotyczny związek między bakteriami a glonami, który nie został jeszcze odkryty.

Do tej pory jedyne badanie in situ mórz mlecznych miało miejsce w 1985 r. — przypadkowe spotkanie statku naukowo-badawczego w pobliżu Sokotry na Morzu Arabskim. Miller chciałby to zmienić. Ponieważ satelity Suomi NPP i NOAA-20 są wyposażone w pasma dzienno-nocne VIIRS i prowadzą codzienne obserwacje, możliwe jest, że naukowcy mogliby wykryć mleczne wydarzenie morskie z kosmosu, a następnie wysłać statek badawczy, aby pobrać próbki wód.

„Raporty na przestrzeni lat były mniej lub bardziej spójne, ale pozostaje duża niepewność co do tego, jakie okoliczności skłaniają się do ich utworzenia, a także dokładny skład, odpowiednia ekologia i struktura” – powiedział Miller. „A gdzie pasują do natury? Co mogą nam powiedzieć o życiu w oceanie? Bakterie są bardzo prostą formą życia i uważa się, że bioluminescencja była podstawową funkcją niektórych pierwszych form życia. Czego mleczne morza mogą nas nauczyć o poszukiwaniu innych, podobnych form podstawowego życia we wszechświecie?”

„Nadal jest wiele do nauczenia się” – dodał. „Mamy nadzieję, że zespół dzień-noc pomoże nam poprowadzić nas w kierunku tej wiedzy”.

Obrazy NASA Earth Observatory wykonane przez Joshuę Stevensa, wykorzystujące dane z pasma dzień-noc VIIRS z Suomi National Polar-orbiting Partnership, dane MODIS z NASA Ocean Color Web oraz dane dzięki uprzejmości Miller, SD, et al. (2021). Historia Michaela Carlowicza.

Read More…

Zobacz inne zdjęcia dnia NASA