Геостационарный страж Анд: как спутник находит окна в облаках ✎

Оригинал: "Identification of Potential Sites for Astronomical Observations in Northern South-America"
arXiv:1504.06033 · 2015-04-23 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 3 мин
Спутниковые инфракрасные снимки за пять лет выявили двенадцать мест в северных Андах, где небо открывается для телескопов чаще 30% сухих ночей.

Каждую ночь над Андами висит невидимый страж. Спутник GOES-12, а позже его сменщик GOES-13, смотрит на Землю с высоты 36 тысяч километров и записывает, как горы дышат облаками. Пять лет подряд он фиксировал, где небо остаётся чистым, а где затягивается ватой. Из этих ночных снимков выросла карта, которая показывает, куда стоит поставить телескоп, чтобы звёзды не прятались за тучами.

Облака для астронома — не просто помеха, а главный враг. Телескопу нужны часы ясного неба, и чем больше, тем лучше. Но в тропических Андах метеостанций мало, а горы создают собственные микроклиматы: на одном склоне дождь, на другом — сухо. Поэтому учёные из Колумбии и Венесуэлы решили не ходить по вершинам с приборами, а научить спутник различать облака по их тепловому излучению. Каждое облако имеет свою температуру, и спутник видит её в инфракрасном диапазоне, как тепловизор видит горячие трубы в стене.

Пороговая температура для облаков на высоте 4000 метров в Андах может опускаться до 0–2 °C, а в долине реки Магдалены превышает 20 °C. Это значит, что одно и то же инфракрасное пятно на спутниковом снимке означает облако над вершиной, но чистое небо над низиной.

Чтобы отличить облако от чистого неба, нужен эталон. Им стали 63 метеостанции, которые годами записывали температуру у земли. Учёные взяли среднюю температуру для каждого месяца и вычли три стандартных отклонения — так получился порог: если спутник видит температуру ниже, значит, над этим местом облако. Для высоких слоёв атмосферы пороги считали по радиозондам, которые дважды в день поднимаются из Боготы и с Карибского побережья. Всё вместе дало карту с разрешением 28 на 18 километров — достаточно, чтобы разглядеть отдельные горные хребты.

Результат оказался щедрым. За пять лет выделились двенадцать мест, где в сухой сезон доля ясных спектроскопических ночей превышает 30%. Абсолютный рекордсмен — точка в венесуэльских Андах на высоте 3480 метров: 67,0 ± 10,7% ясных ночей в сухой сезон и 53,5 ± 12,2% во влажный, что даёт 220 ± 42 спектроскопические ночи в год. Для сравнения, действующая обсерватория Льяно-дель-Ато показывает лишь 132 ± 25 такие ночи. В Колумбии лучшие районы — Сьерра-Невада-де-Санта-Марта (126 ± 34 ночи) и Серрания-дель-Периха (111 ± 27 ночей). На экваторе, в Нудо-де-лос-Пастос, две точки дают 105 ± 36 и 101 ± 42 ночи, причём сезонные различия там минимальны — всего 1–4%.

Анализ по годам выявил провал ясных ночей во влажные сезоны 2010 и 2011 годов, что совпадает с положительными значениями Южного осцилляционного индекса, то есть с Ла-Нинья.

До этой работы карты ясного неба для северных Анд не существовало. Наземных станций не хватало, а атмосферные модели часто промахиваются в горах. Теперь же любой университет может открыть спутниковый архив и за несколько недель оценить, стоит ли везти телескоп на далёкую вершину. Метод проверен по журналам наблюдений обсерватории Льяно-дель-Ато: спутниковые оценки совпали с реальными записями астрономов. Это значит, что страж над Андами говорит правду, и ему можно доверять.

Пороговая температура для облаков на высоте 4000 метров в Андах может опускаться до 0–2 °C, а в долине реки Магдалены превышает 20 °C. Это значит, что одно и то же инфракрасное пятно на спутниковом снимке означает облако над вершиной, но чистое небо над низиной.

Понятия
LSST очень большой телескоп альма SDSS океанический индекс нино регион Нино 3.4 NOAA CPC акт обсерватория Веры Рубин лхаасо транзиентная обсерватория Цвикки аскап Ниньо 4 Ниньо 1.2 обзор неба