Stefens ir profesors Kolorādo universitātē un arī NASA CloudSat misijas galvenais zinātnieks.

CloudSat startēja 2006. gadā. Misijas mērķis ir noskaidrot mākoņu nozīmi sarežģītajā Zemes klimata sistēmā. Stefens pastāstīja, ka Zemes globālā temperatūra pieaug. Ūdens tvaika daudzums, kas ir siltumnīcas efektu radošā gāze, kura siltumu piesaista ne sliktāk par oglekļa dioksīdu, turpinās palielināties. Šo procesu rezultāts nav zināms.

"Mēs to vērojam tagad," teica Stefens. "Mēs tikai nezinām, kā tas ietekmēs mākoņus, Zemes temperatūru un klimatu. Nelielas izmaiņas pareizajā virzienā zemākajos mākoņos varētu mazināt pieaugošā oglekļa dioksīda efektus, bet nelielas izmaiņas augstākos mākoņos var pat pastiprināt sasilšanu."

Ņemot vērā pašreizējās zināšanas par mākoņiem, līdzsvara noteikšana starp mākoņu atvēsinošajiem, sildošajiem un siltumnīcas efekta gāzu siltumu pavairojošajiem efektiem ir sarežģīta problēma. Un tas ir tikai viens no jautājumiem, uz kuriem ar CloudSat palīdzību vēlas rast atbildi Stefens un viņa kolēģi, pētot mākoņus un to ietekmi uz klimatu.

Foto: Flickr/kevindooley

Mākoņi ir neatņemama mūsu dzīves sastāvdaļa. Tie ne tikai rada skaistus efektus atmosfērā, bet nodrošina mums pazīstamos laikapstākļus.

"Visu veidu, izmēru un izskata mākoņi ietekmē dzīvi uz Zemes, ieskaitot klimatu,"

Mākoņi ir viens no faktoriem, kas nosaka Zemes derīgumu dzīvības pastāvēšanai. Kad Saules stari apspīd mūsu planētu, plakanie, salīdzinoši zemu esošie slāņu mākoņi atstaro lielāko daļu karstuma atpakaļ kosmosā, neļaujot Zemei pārkarst. Tai pašā laikā plānie spalvu mākoņi, kas atrodas augstu atmosfērā, neļauj Zemei pārāk atdzist. Šis smalkais līdzsvars nodrošina patīkamo klimatu, kurā plaukst un zeļ dzīvība.

Mākoņiem ir ārkārtīgi svarīga loma ūdens aprites ciklā uz Zemes. Kad ūdens sasilst, tas iztvaiko un ceļas augšup atmosfērā. Tur tvaiks atdziest, ūdens molekulas aplīp ap dažādām cietākām daļiņām. Rezultātā izveidojas lietus vai sniegs. Šis nebeidzamais iztvaikošanas, nokrišņu, sasalšanas un izkušanas cikls nodrošina ūdens cirkulāciju un saldūdens rezerves visā pasaulē. Šis cikls, kas saistīts ar dabīgo enerģijas apriti starp atmosfēru, okeānu un sauszemi, palīdz regulēt klimatu.

Ir grūti pateikt, kāda būtu mūsu pasaule, ja tajā nebūtu mākoņu. Tomēr droši varam apgalvot, ka tā atšķirtos no tās, kuru mēs šobrīd redzam.

NASA JPL planetārais zinātnieks Deivids Kess uzskata, ka Zeme atgādinātu Marsu, kur mūsdienās novērojams neliels daudzums mākoņu, jo sarkanās planētas atmosfērā ir mazāk nekā 10% no ūdens tvaiku daudzuma, kāds sastopams Zemes atmosfērā. Tā kā ūdens tvaiku ir maz un temperatūra ir zemāka, veidojas ļoti retināti ledus daļiņu mākoņi. Tie izskatās kā vēl plānāka Zemes spalvu mākoņu versija.

"Mēs nedomājam, ka mākoņi uz Marsa varētu izveidot tik biezu slāni, ka jūs tiem neredzat cauri, toties varētu tiem cauri lūkoties uz Sauli, nebojājot acis," teica Katss.

Uz Marsa ir sastopami arī nedaudz biezāki mākoņi, kas veidoti no sasaluša oglekļa dioksīda jeb sausā ledus, kas veidojas augstu atmosfērā un polārajos apgabalos ziemā, kad tur valda polārā nakts. Šie mākoņi ir pietiekami biezi, lai par aptuveni 40% samazinātu Saules gaismu. Tā kā tie atrodami atsevišķās vietās, tad, visticamāk, šie mākoņi Marsa klimatu globālā mērogā neietekmē.

Foto: NASA JPL

Bez aizsargājošā mākoņu efekta Marsa virsma dienas laikā sasilst līdz pat 18 ^oC ekvatora apkaimē, bet naktī temperatūra var noslīdēt zem -130 ^oC. Šobrīd nav zināms, kā tieši mākoņi ietekmē sarkanās planētas klimatu.

Ja Marss ir kā Zeme bez mākoņiem, tad Venēra varētu mums atklāt, kāda būtu mūsu planēta, ja mākoņu būtu krietni vairāk.

Venēras debesis pastāvīgi klāj spoži baltu mākoņu sega. Uz šīs planētas jūs neieraudzīsiet ne mazāko šķirbiņu biezajā mākoņu apvalkā. Mākoņi atstaro vairāk nekā 80% no Saules gaismas atpakaļ kosmosā. Ļoti ilgu laiku zinātnieki domāja, ka šis efekts nodrošina salīdzinoši vēsu klimatu uz kaimiņos esošās planētas. Kad PSRS zonde Venera 4 sasniedza Venēras virsmu 1967. gadā, tā konstatēja, ka virsmas temperatūra ir 482 ^oC. Tas ir pietiekami karsti, lai izkustu svins.

"Tobrīd mēs sapratām, ka Venēras atmosfēra ir aptuveni 100 reizes biezāka nekā Zemes, tāpēc siltumnīcas efektu radošās gāzes atstāj būtisku iespaidu uz klimatu,"

Venēras biezos mākoņus ieskauj oglekļa dioksīds, kas neļauj siltumam aizplūst prom no planētas. Pat tam nelielajam siltuma daudzumam, kas izlaužas cauri biezajai mākoņu segai, nav gandrīz nekādu izredžu aizbēgt no planētas. Tas turpina uzkrāties, un Venēras virsma kļūst arvien karstāka.

Venēras mākoņu uzkaršana rada ekstrēmo gaisa cirkulāciju. Atmosfēra mākoņu līmenī griežas aptuveni 60 reizes ātrāk nekā planēta ap savu asi.

"Venēra ir ekstrēma planēta," atzina Beins. "Tā ir naidīga un karsta, jūs nevarētu tur izdzīvot ilgi."

Saules sistēmā ir kāds vidusceļš starp Marsa relatīvi skaidrajām debesīm un Venēras ar mākoņiem piebāztajām debesīm. Izkaisīti mākoņi klejo virs Saturna pavadoņa Titāna ledainās virsmas un šķidrajiem ezeriem. Šie mākoņi pārsvarā ir veidoti no metāna. Ziemā tie ir vairāk sastopami nekā vasarā. Niecīgais siltuma daudzums, kurš tiek līdz pavadoņa virsmai, pateicoties mākoņiem, tiek saglabāts un uzsilda Titāna virsmu līdz -183 ^oC. Šādā temperatūrā metāna upes un ezeri atrodas šķidrā stāvoklī.

Foto: NASA JPL

Ko gan zinātnieki ir uzzinājuši CloudSat misijas pirmajos četros gados? Viens no ieguvumiem ir globālā vertikālo mākoņu struktūras statistika, ieskaitot mākoņus, kas pārklājas, kas ir nepieciešama, lai izveidotu Zemes mākoņu segas trīs dimensiju modeļus. Pavadonis ir noteicis to mākoņu daudzumu procentos (~13%), kuri "līst" konkrētā laika brīdī, lai labāk izprastu, cik efektīvi mākoņi pārvērš kondensēto ūdeni lietū. Pirmo reizi kosmosa ēras vēsturē zinātnieki novēroja nakts vētras Zemes polārajos reģionos. Ir izdevies atklāt saistību starp šīm vētrām un ļoti augstiem mākoņiem atmosfērā, kas palīdz radīt ozonu.

"Pirms CloudSat mums bija augšējo mākoņu fotogrāfijas no citiem pavadoņiem un apakšējo mākoņu fotogrāfijas no teleskopiem, kas atrodas uz Zemes," pastāstīja Debora Vena. "CloudSat radars ieurbjas mākoņos un pēta to iekšējo uzbūvi."

Mākoņu izpēte un to pastāvīga novērošana varētu palīdzēt klimatologiem radīt labākus un precīzākus Zemes klimata modeļus, kas varētu atklāt, kāda izskatīsies Zeme nākotnē.

Vai Zeme pārvērtīsies par ellišķīgo Venēru, vai par sasalušo Marsu? Stefens piebilda, ka CloudSat un citu avotu dati neliecina, ka kaut kas tāds varētu notikt tuvākajā laikā.