ISSのSAGE III

ISS の SAGE III は、成層圏エアロゾルおよびガス実験として知られるNASA の地球観測機器シリーズの第 4 世代です。最初の SAGE III 機器は、ロシアのMeteor-3M 衛星で打ち上げられました。最近改良された SAGE III は国際宇宙ステーションに搭載され、ISS のユニークな視点を利用して、地球の大気中のオゾン、エアロゾル、水蒸気、およびその他のガスの長期測定を行っています。

最初の SAGE 装置は、オゾンを含む大気中のさまざまなガスに関するデータを収集するために、1979 年 2 月 18 日に打ち上げられました。SAGE I と、1984 年 10 月に測定を開始した次の装置 SAGE II で収集されたデータは、地球のオゾンホールの発見と、クロロフルオロカーボン(CFC)などのオゾン層破壊物質を禁止した1987 年のモントリオール議定書の制定に極めて重要な役割を果たしました。

ISS の SAGE III は、2001 年にロシアの衛星で軌道に乗せられた Meteor-3M の SAGE III とほぼ同一のレプリカです。Meteor-3M の SAGE III は、衛星の電源が機能しなくなったため、2006 年 3 月に使用できなくなりました。この新しい機器は、2005 年に宇宙ステーションに取り付けられることを見越して構築されました。しかし、ISS の設計変更により、その計画は保留になりました。この機器は、クラス 100 のクリーン ルームで、密閉された輸送コンテナ内に保管され、窒素ガスが継続的にパージされました。パージにより、機器内の「空気」は清潔で乾燥した状態に保たれました。

最近、SAGE III を ISS に搭載し、先祖が作成した成層圏ガスのデータの長い記録を基に構築する機会が生まれました。2011 年 2 月 14 日の週に、NASAラングレー研究センターの科学者は、この機器を保管場所から取り出し、打ち上げの準備として初期テストと調整を開始しました。^[1]

76 kg (168 ポンド) の SAGE III 装置は、紫外線と可視光線のエネルギーを測定する格子分光計です。 ^[2]この装置は、成層圏エアロゾル測定 (SAM I) や第 1 および第 2 の SAGE 装置で使用された飛行実証済みの設計に基づいています。SAGE III の設計には、電荷結合素子(CCD) アレイ検出器と 16 ビット A/D コンバータが組み込まれています。これらのデバイスを組み合わせることで、波長の較正、視野ジオメトリの自己整合的な決定、月掩蔽測定、および波長範囲の拡張が可能になります。

SAGE III センサー アセンブリは、ポインティングおよびイメージング サブシステムと UV/可視分光計で構成されています。ポインティングおよびイメージング システムは、物体を垂直にスキャンして太陽または月からの光を取得するために使用されます。分光計は 800 要素の CCD リニア アレイを使用して、290 ～ 1030 nm の連続スペクトル範囲を提供します。追加のエアロゾル情報は、1550 nm の個別フォトダイオードによって提供されます。この構成により、SAGE III は、ターゲットのガス種の吸収特性の複数の測定と、エアロゾルによる広帯域の消光の多波長測定を行うことができます。

SAGE III ミッションは NASA の地球観測システムの重要な部分であり、大気組成の主要成分とその長期的変動について、高品質で地球規模の測定を行うという主要な科学的目的を達成するために設計されています。ISS における SAGE III の主な焦点は、エアロゾル、雲、水蒸気、圧力と温度、二酸化窒素、三酸化窒素、二酸化塩素を研究することです。

エアロゾルは、地球の気候を左右する放射および化学プロセスにおいて重要な役割を果たします。成層圏エアロゾル負荷は 1979 年以来 30 倍も変化しているため、対流圏および成層圏エアロゾルの長期モニタリングが不可欠です。SA​​GE III エアロゾル測定は、エアロゾル研究の分野に重要な貢献を果たすでしょう。

雲は、地球の太陽エネルギーと長波エネルギーのバランスを決定する上で重要な役割を果たしており、したがって、地球の気候を制御する上で重要です。SA​​GE III は、天底を観測する受動リモート センサーでは検出できない薄い雲や「可視光以下」の雲を含む中層雲と高層雲の測定結果を提供します。これらの観測が重要なのは、低層雲は主に太陽からの放射を宇宙に反射する (地球を冷却する) のに対し、中層雲と高層雲は赤外線を閉じ込めて「温室効果」を高める (地球を温める) ためです。また、対流圏界面付近の薄い雲の存在は、中緯度での オゾン破壊につながる不均一な化学プロセスにおいて重要な役割を果たす可能性があります。

水蒸気は主要な温室効果ガスであり、地球の気候システムの制御に重要な役割を果たしています。地球全体の水蒸気分布に関する理解を深めることで、気候プロセスにおける水の役割を理解する能力が向上します。SAGE III の水蒸気測定は、この温室効果ガスの長期的な影響について重要な貢献をします。

成層圏オゾンは地球の表面（およびそこに住む生物）を有害な紫外線から守るため、オゾン研究は長年にわたり大気科学の最前線に君臨してきました。成層圏オゾンの最近の減少は人間の活動と関連していることが判明しているため、オゾンの正確な長期測定は依然として重要です。

下部成層圏と上部対流圏のオゾン レベルを監視することは重要です。これらの高度では、観測される傾向が最も大きく、最も理解が不十分なためです。SA​​GE III は、垂直解像度が高く、長期安定性に優れているため、これらの測定に最適です。SA​​GE III は、オゾンに影響を与えるエアロゾル、雲、化学プロセスの関係を調べることもできるため、これらの大気成分を同時に測定する必要があります (SAGE III で測定されるものなど)。

SAGE III の温度測定は、大気温度の変化を監視および理解するための独自のデータセットを提供します。特に、SAGE III の長期安定性と自己較正機能により、気候変動の重要な診断となる成層圏および中間圏の温度の傾向を検出できるようになります。SAGE III による上部成層圏および中間圏の温度測定は、この大気圏の長期温度測定の新しいソースとなり、衛星 (MLS、ACE、SABER) および地上ベースのライダー システムによる既存の長期測定を補完します。SAGE III の温度測定により、太陽周期や準 2 年周期振動に関連する周期的な温度変化や、エアロゾルによる放射強制の影響を監視することもできます。

二酸化窒素(NO ₂ )、三酸化窒素(NO ₃ )、二酸化塩素(OClO) は、成層圏の化学と成層圏オゾンを破壊する触媒サイクルにおいて重要な役割を果たしています。SAGE III による二酸化窒素の測定が重要なのは、南極の冬と春に発生しオゾンホールを生じさせるプロセスによって NO _{2 が}効果的に硝酸 (HNO ₃ ) に変換されるためです。したがって、NO _{2 は}オゾンホールの化学の重要な診断です。NO 2 は太陽と月の掩蔽イベントの両方で測定されるため、SAGE III による NO ₂の観測によって、成層圏プロセスの強い日周 (日次) サイクルに対する理解が深まります。さらに、SAGE III では、三酸化窒素 (NO ₃ ) の測定を事実上唯一行うことができます。 NO ₃は太陽光の下では短命ですが、 NO ₂や五酸化二窒素 (N ₂ O ₅ )などの他の反応性窒素種の化学反応に積極的な役割を果たしており、間接的にオゾン化学反応にも関与しています。NO ₃の測定は他にほとんど行われていないため、月掩蔽 (夜間) イベント中に行われる SAGE III 測定は、反応性窒素化学反応に関する現在の理解を検証する上で重要な情報となります。

SAGE IIIは、スペースX CRS-10ミッションでファルコン9ロケットとドラゴンを使用して打ち上げられました。SAGE IIIは、2017年2月19日に打ち上げられたドラゴンの非加圧トランクで移動しました。^[3]到着後、NASAはデクスターを使用して、ISSのExPRESSロジスティクスキャリアプラットフォームに機器を固定しました。^{[4] [5]}

バージニア州ハンプトンに拠点を置くNASAラングレー研究センターがSAGE IIIミッションを主導している。ボール・エアロスペース・アンド・テクノロジーズ社はコロラド州ボルダーでSAGE III-ISS装置を製造し、欧州宇宙機関（ESA）とフランスに本社を置くタレス・アレニア・スペース・イタリア（ TAS-I）は、ISSが宇宙空間で移動する際に装置が正しい方向を向くようにヘキサポッドを提供している。

• NASA.gov
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• NASA.gov の ISS 上の SAGE III
• ラングレー研究センターによる国際宇宙ステーションの SAGE III
• SAGE III実験の説明