米欧の衛星で世界初の全球淡水調査。

NASAのカリフォルニア州パサディナにあるJPL研究所(Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif.)が公開している「NASA's Jet Propulsion Laboratory Day in Review」は2022年07月22日に、地表水・海洋地形観測ミッション(The Surface Water and Ocean Topography mission)は、地球上の95％以上の湖、川、貯水池を測定する予定である。
水は生命である。しかし、その重要性にもかかわらず、人類は地球の淡水域について驚くほど限られた見方しかしていない。

研究者が信頼できる水位測定を行っているのは、世界中の数千の湖だけであり、地球上の重要な河川システムに関するデータはほとんどないのが現状である。このような大きなギャップを埋めるのが、今度の「SWOT(Surface Water and Ocean Topography/水深・海面高度計測衛星)」である。

地球の水循環をよりよく理解することで、水資源の管理を改善し、気候変動が湖、川、貯水池に与える影響についての知識を広げることができるようになる。

これはもしかすると、日本の古墳群の水域も観測できるかもしれない。

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NASAとフランスのCNES(Centre National d'Études Spatial/宇宙機関)、カナダ宇宙庁(Canadian Space Agency)とイギリス宇宙庁(United Kingdom Space Agency)の協力で、2022年11月にカリフォルニア州のバンデンバーグ宇宙軍基地(Vandenberg Space Force Base in California)からSWOTが打ち上げられる予定である。現在、フランスのカンヌにあるタレス・アレニア・スペース(Thales Alenia Space in Cannes, France)社の施設で、エンジニアと技術者が衛星の作業を終えている。

SWOTには、地表の水域の高さを測定するなどの重要な任務がある。海面上では、これまでの海面観測衛星が観測してきた渦よりも小さい、100km以下の渦を「見る」ことができるようになる。また、6ヘクタール以上の湖や100m以上の川など、地球上の95％以上の湖を観測することができるようになる。

「現在のデータベースには、おそらく世界中の数千の湖の情報がある」と、ノースカロライナ大学チャペルヒルにあるSWOTのNASA淡水科学リーダー、タムリン・パベルスキー(Tamlin Pavelsky, the NASA freshwater science lead for SWOT, based at the University of North Carolina, Chapel Hill)は言う。「SWOTはその数を200万から600万に押し上げるでしょう。」

SWOTは、湖や川、貯水池などの水の高さを測定するだけでなく、その広がりや表面積も測定できる。この重要な情報により、科学者は淡水域での水の移動量を計算することができるようになる。「水量がわかれば、水収支、つまりある地域にどれだけの水が流入し、流出しているかをより正確に評価できる。

気候変動が地球の水循環を加速しているため、これは重要なことである。気温が高くなると、大気中に水蒸気という形でより多くの水が含まれるようになり、例えば、ある地域で通常見られるような暴風雨よりも強くなる可能性もある。その結果、農地に大きな被害をもたらし、農作物にダメージを与える可能性がある。このような加速度的な変化は、地域の水資源管理をより困難なものにしている。

「地球の水循環が激しくなるにつれ、洪水や干ばつなどの異常気象を予測するには、海からの水の供給と陸上での水の需要や使用の両方の変化を監視する必要があります。とNASA本部（ワシントン）のSWOTプログラムサイエンティスト、ナディア・ヴィノグラードヴァ・シファー(Nadya Vinogradova Shiffer, SWOT’s program scientist at NASA Headquarters in Washington)は述べている。

SWOTは、KaRIn(Ka-band Radar Interferometer/Kaバンド・レーダー・インターフェロモメーター)と呼ばれる新しい装置を使って、画期的なデータを提供する予定である。アンテナは10m間隔で設置され、従来の衛星よりも広い幅75マイル(120km)の地表の情報を収集することができる。

このような大きなアンテナブームには安定性が要求され、また、海や淡水域の観測には精密な計算が必要なため、このようなシステムに必要なエンジニアリングは厄介なものである。「SWOTの基本的なアイデアは1990年代後半にさかのぼりるが、そのコンセプトを現実のものにするために、すべてのエンジニアリングに膨大な時間と労力がかかりました」とタムリン・パヴェルスキーは述べている。

軌道上にある衛星は、海や大きな湖、広い河川の水位や水域の表面積を測定することができる。しかし、時間の経過に伴う体積の変化を計算するためには、異なる日に異なる観測機器が測定した面積と高さを一致させる必要がある。そのため、世界の河川を流れる水の量や、その量の変化など、基本的な詳細を把握することは困難である。タムリン・パベルスキーは、「このようなことはすでに分かっていると思うでしょう。しかし、世界の多くの河川では、この種の測定があまり行われていないのです。」という。

SWOTは、異なる衛星からの範囲と高さの情報をかき集める必要性をなくし、同時に衛星は、研究者に地球の表面水のグローバルなビューを提供することになります。SWOT科学チームのメンバーで、フランス・トゥールーズの地球海洋学研究室(Laboratoire d’Études en Géophysique et Océanographie Spatiales in Toulouse, France)の淡水研究者シルバン・ビアンカマリア(Sylvain Biancamaria)は「淡水に関する我々の知識と理解に大きな変化をもたらすでしょう」と語っている。

昨年『Nature』誌に発表された研究を含め、これまでにも水位観測を利用して世界中の湖や川が時間とともにどのように変化するかを調べる研究は行われてきた。しかし、SWOTに期待されるデータは、水位と表面積をより深く理解するためのもので、より頻繁に、より広い範囲のデータを収集することができる。SWOTは軌道に乗ると、1日に約1テラバイトの未処理データを送り返す予定である。

ビアンカマリアやパベルスキーのような科学者は、特に流域レベルの情報、つまり湖や川とその支流によって流される土地の面積を得ることを楽しみにしている。「社会的な観点から見ると、飲料水、航海、洪水制御など、水は流域単位で管理する必要があります」とシルバン・ビアンカマリアは言う。「したがって、流域全体をカバーする観測が必要であり、SWOTはそのようなデータセットを提供してくれるでしょう」と述べている。

More About the Mission

SWOT is being jointly developed by NASA and CNES, with contributions from the Canadian Space Agency and the United Kingdom Space Agency. JPL, which is managed for NASA by Caltech in Pasadena, California, leads the U.S. component of the project. For the flight system payload, NASA is providing the KaRIn instrument, a GPS science receiver, a laser retroreflector, a two-beam microwave radiometer, and NASA instrument operations. CNES is providing the Doppler Orbitography and Radioposition Integrated by Satellite (DORIS) system, the dual frequency Poseidon altimeter (developed by Thales Alenia Space), the KaRIn radio-frequency subsystem (together with Thales Alenia Space and with support from the UK Space Agency), the platform, and ground control segment. CSA is providing the KaRIn high-power transmitter assembly. NASA is providing the launch vehicle and associated launch services.