この衛星は二酸化炭素の変化を分析するための「目」と「頭脳」と言える。

制作：中国科学普及協会

著者: 楊東旭 (中国科学院大気物理研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：科学技術の仕事の謎を解明するために、中国の最先端技術プロジェクトは「私と私の研究」と題する一連の記事を立ち上げ、科学者に独自の記事を書いて科学研究の経験を共有し、科学の世界を創造するよう呼びかけました。科学技術の最前線に立つ探検家たちと一緒に、情熱、挑戦、驚きに満ちた旅に出ましょう。

広大な宇宙の中で、地球は私たちの唯一の故郷であり、その健康と将来は全人類の関心事です。工業化の加速とエネルギー消費の急増により、大気中の二酸化炭素濃度は上昇し続けています。気候変動は無視できない世界的な問題となっている。効果的な対応は、人類共通の未来を持つコミュニティの存続にとって課題となっています。この青い惑星を守るために、科学者たちは絶えず探究と革新を続けています。中でも炭素監視衛星は、独自の視点と精密な機能により、地球の大気のこれまでにない「CTスキャン」を行っています。

2016年12月22日午前3時22分、我が国は酒泉衛星発射センターから長征2Dロケットを使用して全球二酸化炭素モニタリング科学実験衛星を宇宙に打ち上げることに成功しました。

（写真提供：新華網）

炭素監視衛星は上空 1 万メートルに上昇し、鋭い「目」を使って大気中の二酸化炭素の変化を捉え、インテリジェントな「頭脳」を使ってデータの背後にある科学的な謎を分析します。

炭素モニタリング

簡単に言えば、炭素モニタリングとは、大気中の二酸化炭素などの温室効果ガスの濃度をリアルタイムでモニタリングし、その排出量、吸収量、空間分布を把握するための科学的かつ技術的な手段です。

炭素モニタリングは、「デュアルカーボン」戦略目標において重要な役割を果たします。人間の活動による二酸化炭素排出量が増加し続ける中、気候変動は世界が直面する深刻な課題となっています。この傾向を遅らせ、適応する方法を見つけるためには、炭素モニタリングを使用して、二酸化炭素の時間的および空間的変化、その背後にあるメカニズム、およびその科学的法則を理解する必要があります。これは、将来の「デュアルカーボン」戦略目標の達成に確かなデータと科学的根拠を提供するだけでなく、生産とライフスタイルの変革を促進し、人間と自然の調和のとれた共存を実現するための鍵でもあります。

炭素衛星シミュレーション作業マップ

（画像提供：中国科学院マイクロサテライトイノベーション研究所）

現在、炭素モニタリングには主に 2 つの方法があります。 1つはボトムアップモニタリングであり、化石燃料の燃焼、電力消費などの微視的なプロセスを徐々に蓄積して監視し、全体的な炭素排出量または炭素吸収量を取得します。このアプローチの利点は、個々の炭素プロセスが明確であり、部門レベルで使用される炭素またはエネルギーの量を直接反映できることです。

もう一つはトップダウン監視です。それに比べて、トップダウン型の監視方法は、より斬新かつ先進的です。大気中の二酸化炭素量の変化を監視し、炭素排出源と排出先を推測します。この方法により、排出量の総量を正確に把握するためのリアルタイムモニタリングが可能になります。炭素排出量の空間分布を明らかにするだけでなく、炭素排出量の正確な制御のための科学的根拠も提供します。

炭素監視衛星は炭素をトップダウンで監視します。

無から有へ

中国炭素衛星は、日本のGOSAT衛星と米国のOCO-2衛星に続く、世界で3番目の温室効果ガス監視衛星である。

世界にはすでに 2 つの炭素監視衛星があるのに、なぜ我が国が炭素監視衛星を打ち上げる必要があるのでしょうか?

実は、私たちの衛星は3番目の衛星ですが、3つの衛星はすべて同じ時期に開発されました。我が国の炭素監視衛星のプロジェクト立ち上げと開発の過程では、参考にできる成熟した事例がなかったため、これら3つの衛星の技術的な出発点は似通っていました。開発の過程では、石を触りながら川を渡り、多くの重要な技術で画期的な進歩を遂げました。

我が国の炭素監視衛星開発の主な目的は、宇宙炭素監視の技術を突破し、0から1へ、無から有へのプロセスを実現することです。この衛星の打ち上げは、我が国にとって炭素モニタリングの分野における重要な前進となります。

地球二酸化炭素モニタリング科学実験の衛星画像

（画像提供：中国科学院大気物理研究所）

設計当初からエアロゾルや雲が二酸化炭素の監視精度に与える影響が十分に考慮されており、この衛星には監視精度を向上させるために複数のペイロードが搭載されています。日本のGOSAT衛星や米国のOCO-2衛星と比較すると、我が国の炭素衛星は多くの技術的進歩を遂げており、国際的な炭素モニタリング分野の重要な一員となっている。

我が国の炭素衛星は、長年の運用と科学実験を通じて、多くの重要な成果を達成しました。地球全体の二酸化炭素濃度の分布データを初めて取得し、地球全体の炭素排出量と炭素吸収量の分布を監視することに成功しました。さらに、わが国の炭素衛星は中国と海外の都市における炭素排出量の初の監視も達成し、地球規模の気候変動研究に貴重なデータサポートを提供しています。

卓越性を目指す

我が国の炭素監視衛星は、大気中の二酸化炭素の吸収スペクトルを監視することで、大気中の二酸化炭素の含有量を計算します。大気中の二酸化炭素の分布は不均一であるため、大気逆転法や大気輸送モデルを通じて二酸化炭素の発生源をさらに追跡する必要があります。

炭素監視衛星の軌道高度は地上から約700キロメートルです。この高度で大気中の二酸化炭素の変化を監視することで、データ誤差を 0.5% まで低減することもできます。私たちは多くの努力をしてきました。

監視データの正確性を確保するために、ハードウェアとソフトウェアの両方を慎重に設計し、最適化しました。炭素監視衛星には、長期的かつ安定した観測能力と、二酸化炭素の吸収スペクトルを高精度に識別できる能力が求められます。同時に、ソフトウェア システムは、太陽放射、大気、地表などの要因が監視データに与える影響を十分に考慮し、高精度の二酸化炭素データ情報を確実に抽出する必要があります。さらに、地上システムの校正と検証も監視精度を確保するための重要な要素です。

炭素監視衛星によって観測された生の信号は、二酸化炭素含有量の情報に変換される前に、位置決めや較正などの複数のステップを経る必要があります。さらに、炭素排出量データを推測するには、同化逆計算が必要です。

これらのデータは、世界の炭素排出量の現状を評価し、過去の傾向を分析し、将来の変化を予測する上で非常に重要です。同時に、科学的かつ合理的な排出削減政策の策定やグリーン・低炭素開発の推進に対する強力なデータサポートも提供します。

結論

地球規模の気候変動への取り組みにおける技術的な先駆者として、炭素監視衛星は、正確な監視と科学的分析を通じて、大気中の二酸化炭素の変化をより深く理解するのに役立っています。彼らはまた、「デュアルカーボン」目標の達成と持続可能な開発の推進に知恵と力を提供しています。