Các thiết bị thu nhỏ theo dõi lượng khí thải toàn cầu

Dữ liệu do vệ tinh OCO-2 của NASA chứng tỏ mức CO2 trung bình trong bầu khí quyển hơn 5 tuần trong năm 2014. Nguồn: NASA/JPL-Caltech.

Các nhà nghiên cứu châu Âu đang phát triển một cảm biến thu nhỏ có thể đo được chính xác lượng khí thải CO2 từ các thành phố và các nhà máy điện. Khi đặt lên một một chùm các vệ tinh nhỏ, thiết bị này có thể giúp họ theo dõi những dao động về phát thải khí nhà kính hàng ngày. Các vệ tinh này, thuộc dự án Quan sát Carbon Không gian (SCARBO), dự kiến sẽ đi vào hoạt động cuối những năm 2020.

Dự án sẽ kéo dài trong vòng ba năm với tổng kinh phí đầu tư 3 triệu euro (3,5 triệu USD). Các nhà nghiên cứu hình dung, thiết bị này có thể đóng góp vào nỗ lực giám sát CO2 từ không gian, giống như nhóm vệ tinh quan sát Trái đất (các vệ tinh Sentinel thuộc dự án Copernicus) mới được Cơ quan Vũ trụ châu Âu đề xuất. Nếu được dự án được chấp thuận, các vệ tinh Sentinel cũng có thể kết nối trực tuyến vào cuối những năm 2020.

Loại cảm biến kích cỡ nhỏ mới này có thể là một phần trong dự án. “Chúng tôi muốn cải thiện độ chính xác trong theo dõi lượng phát thải CO2 của con người”, theo Laure Brooker Lizon-Tati, kỹ sư của Bộ phận Quốc phòng và không gian của Airbus tại Toulouse, Pháp. Cô hiện đang điều phối dự án Quan sát Carbon Không gian (SCARBO) do một nhóm gồm tám công ty và tổ chức nghiên cứu châu Âu phát triển. Các nhà khoa học đã thông báo những kết quả đầu tiên tại hội nghị quang học không gian ở Chania, Hy Lạp, vào ngày 10 và 11/10.

Một số vệ tinh hiện đang theo dõi lượng phát thải CO2 hiện nay gồm GOSAT của Nhật Bản, Orbiting Carbon Orbital-2 của Hoa Kỳ (OCO-2) và TanSat của Trung Quốc. Nhưng không vệ tinh nào trong số này được lắp đặt với mục tiêu rõ ràng là theo dõi việc tuân thủ các hiệp ước toàn cầu. Vì thế vào năm 2015, trước khi ký Thỏa thuận Paris nhằm hạn chế phát thải khí nhà kính, Hội đồng châu Âu đã bắt đầu tìm hiểu cách phát triển các vệ tinh để đánh giá xem các quốc gia có tuân thủ các cam kết về khí hậu hay không.

Nhóm vệ tinh Sentinel được đề xuất có thể sẽ đo được chính xác lượng khí nhà kính trên toàn thế giới nhưng nó không thể thực hiện các phép đo hằng ngày ở các địa điểm đáng quan tâm, chẳng hạn như các thành phố. “Đây là điều mà một chùm các vệ tinh SCARBO nhỏ có thể thực hiện, Heinrich Bovensmann, một nhà nghiên cứu viễn thám tại Đại học Bremen, Đức, cho biết.

Các vệ tinh SCARBO chỉ nặng 50 kg mỗi chiếc, xấp xỉ 1/10 khối lượng của OCO-2 hoặc TanSat. Ước tính, khoảng 24 vệ tinh SCARBO làm việc cùng nhau có khả năng bao quát địa cầu mỗi tuần một lần và có thể bay qua các khu vực đáng quan tâm mỗi ngày một lần. Chúng có thể theo dõi những thay đổi thường xuyên về lượng phát thải carbon, chẳng hạn như các đợt tăng vào buổi sáng và buổi chiều từ một khu công nghiệp.

Nhưng trước tiên, các nhà khoa học xây dựng SCARBO phải chứng minh rằng kế hoạch của họ khả thi. “Trái tim” của SCARBO là một quang phổ kế kích thước nhỏ - không dài hơn một bàn tay - để phát hiện nồng độ CO2 trong tầng đối lưu. Việc lắp một quang phổ kế vào một vệ tinh nhỏ đòi hỏi phải thu nhỏ các thiết bị quang học và phát triển các phương pháp mới để phân tích nồng độ CO2. “Đó là một thách thức thực sự,” Bovensmann nói.

Mục tiêu của các nhà khoa học là đo nồng độ CO2  với độ chính xác lên đến 1 phần triệu ở độ phân giải 2 km - tương đương với dữ liệu do các vệ tinh lớn hơn hiện nay trong quỹ đạo thu thập. Etienne Le Coarer, trường Đại học Grenoble-Alpes ở Grenoble và hiện xây dựng thiết bị cùng với phòng thí nghiệm vũ trụ hàng không ONERA của Pháp tại Palaiseau, cho biết: “Chúng tôi muốn chứng minh công nghệ này có thể thực hiện được các phép đo này”.

Hoàng Nam dịch
Nguồn: https://www.nature.com/articles/d41586-018-06963-4