教えられる瞬間---2024年04月18日
NASAの南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2024年04月18日に、ブランドン・ロドリゲス(Brandon Rodriguez)が、小さな動きの追跡は地球科学に大きな影響を与えると報告した。
変化する地球の地表の詳細な様子を捉えるために設計された地球衛星計画である「NISAR(NASA-ISRO Synthetic Aperture RadarNASA-ISRO合成開口レーダー) ミッション(NISAR mission)」は、今後、自然災害から気候変動に至るまで、あらゆるものについて新たな洞察をどのように提供するのかを紹介した。 さらに、それらにすべてをSTEM学習(STEM learning)に結び付けている。
NASAの地球科学周回衛星群への次の追加機は2024年に打ち上げられ、変化する地球を監視する方法が大きく前進することになる。
「NISARミッション」は、NASAとISRO(Indian Space Research Organisation/インド宇宙研究機関)との共同作業であり、自然災害や気候変動などの現象による地表の小さな動きを監視および研究することを目的としている。
この「NISARミッション」により、NASAもインディアン・イングリッシュがわからないと次世代を担えられなくなった。
私もそうであったが、新しい研究には新しい言語が必須になる。
そこにNASAも挑戦している。
もちろん、全ての言語を理解することは、私の脳を限界にする。
そこで限界を押し広げるために、www.DeepL.com/Translator(無料版)とGoogle Day in ReviewTranslator(無料版)も活躍している。それが科学である。
NISARがどのように宇宙から地球科学の限界を押し広げているかを知りたい方は、以下をお読みください。
さらに、科学と工学の使命を生徒にもたらす方法を学びましょう。
下記の研究資料は全て用意されている。
小学校、中学校、高等学校、大学、大学院の先生は、これらを使って学生や生徒を訓練してください。
教えられない人は、勉強不足です。
勉強不足で、学生や生徒を訓練できません。
興味のある事柄は、入り口のURLが添付してあります。
教育者も科学者であるべきです。
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How NISAR Works(NISARの仕組み)
https://www.jpl.nasa.gov/edu/news/2024/4/18/tracking-tiny-movements-means-big-impacts-for-earth-science/
What the NISAR Mission Will Show Us(NISARミッションが私たちに何を示すか)
https://www.jpl.nasa.gov/edu/news/2024/4/18/tracking-tiny-movements-means-big-impacts-for-earth-science/
Follow Along With NISAR(NISARに従う)
https://www.jpl.nasa.gov/edu/news/2024/4/18/tracking-tiny-movements-means-big-impacts-for-earth-science/
Teach Earth Science With NISAR(NISARで地球科学を教える)
https://www.jpl.nasa.gov/edu/news/2024/4/18/tracking-tiny-movements-means-big-impacts-for-earth-science/
Explore More(もっと詳しく見る)
https://www.jpl.nasa.gov/edu/news/2024/4/18/tracking-tiny-movements-means-big-impacts-for-earth-science
How NISAR Works(NISARの仕組み)
NISAR は、その超大型アンテナ反射鏡、合成開口レーダーの使用、および 2 つの異なるレーダー周波数で同時に地球を観測できる能力により、これまでの地球科学ミッションで最も先進的なレーダー システムの1つである。
https://nisar.jpl.nasa.gov/
Hear mission experts describe how the NISAR satellite will track our changing Earth in fine detail. Credit: NASA/JPL-Caltech
巨大なキャッチャーミットのように宇宙船の上に伸びるNISARのアンテナ反射板は幅39フィート(12m)で、NASAの地球観測ミッションの一環として打ち上げられたものとしてはこれまでで最大のものでである。このアンテナは、幅150 マイル(242km)の宇宙船の下の表面の観察窓、または帯を作成する。 帯幅サイズは、レーダーの波長とアンテナ・サイズによって決まる。これは、アンテナ・サイズと、NISARでキャプチャできる画像およびデータの解像度との間に直接的な関係があるため、重要である。
NISAR宇宙船は、地球の青く輝く地平線の上を飛行する。 宇宙船の上に伸びている長いブームは、アンテナの反射板が中心に張られた円筒形の構造を支えている。
NISARのアンテナ反射板は、キャッチャーミットのように宇宙船の上に伸びており、ミッションが地表の前例のない視野を取得できるように設計されている。
クレジット: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学 |
https://www.jpl.nasa.gov/edu/images/news/nisar.jpg
通常、私たちは可能な限り最高の解像度を望んでいるが、宇宙に構築して展開できるアンテナのサイズによって制限される。 従来、衛星の解像度は使用する波長とアンテナのサイズの関数でした。
波長が長いほど、高品質の画像を取得するにはより大きなアンテナが必要になる。
一般的なレーダー波長では、直径12mの反射鏡を使用すると、達成可能な最高の解像度は数十kmと粗くなり、人間のスケールで地球上の特徴を観察するのにはあまり役に立たない。
レーダー・アンテナというラベルが付いた長方形から下に向かって角度が伸びている。 レーダーパルスを表す一連の積み重なった楕円は、レーダー帯とラベル付けされたパスに沿った角度の最も広い部分にある。
この図は、頭上を通過するアンテナから地上のエリアに複数のレーダー パルスを送信することによって、合成開口レーダーがどのように動作するかを示しています。 クレジット: NASA |
このため、NISARはSAR(synthetic aperture radar/合成開口レーダー)と呼ばれるアプローチを利用して、アンテナから達成できる解像度を合成的に拡大する。SARを使用すると、宇宙船は上空を飛行しながら、あるエリアに複数の信号またはパルスを送信する。各信号は反射されて宇宙船に戻る。宇宙船は、その位置と速度のおかげで反射された信号を「キャッチ」するように綿密に設計されている。 シーケンス内の各信号は1つの高解像度画像に集中され、あたかも宇宙船がより大きなアンテナを使用しているかのような効果を生み出す。
レーダーは可視光線よりも長い電波の波長を使用するため、電波の周波数に応じて、雲の隙間から下の地面まで見ることができ、場合によっては木々さえも見ることができる。 また、信号がオービターに戻る方法から地表に関する多くの情報を解釈することもできる。これは、NISARが信号が最初に送信されたときと比較して、信号の散乱または分散の量を測定するためである。
たとえば、堅くて鋭角な建物は、葉の茂った木とは異なる方法で信号を受信機に反射する。異なる無線周波数は分析対象の表面の種類に影響されるため、異なる表面には異なる無線周波数を使用することを勧めている。
この目的を達成するために、NISARは 2つの異なるレーダー周波数を同時に使用する初めてのミッションである。
L バンドは重い植生や風景の監視に使用でき、S バンドは軽い植生や作物の成長に合わせてより適切に調整されている。 一般に2つの波長により、より小さな変化やより大きな変化まで測定の感度の範囲が広がる。
このツールと機能の組み合わせにより、NISARは、12日ごとに2回、すべての陸地と氷の表面における土地被覆の変化による反射率の微妙な変化だけでなく、わずかcmのスケールで任意のピクセルの位置の変化を示す世界地図を構築できるようになる。この解決策と繰り返しを組み合わせることで、科学者は数日以内に地球上で起こっている変化をこれまでよりも包括的に監視できるようになる。
ルイジアナ州ジェファーソン教区(Jefferson Parish, Louisiana)の頭上の画像に、明るく覆われた正方形の斑点が点在している。 キーは、色が垂直速度(mm/年)にどのように対応するかを示す。
このニューオーリンズの衛星画像は、UAVSAR機器からの合成開口レーダー データと重ねられ、2009年06月から 2012年07月にかけてニューオーリンズ(New Orleans)の一部で土地が沈下していく速度を示している。クレジット: NASA/JPL-Caltech、Esri | > もっと詳しく知る
NISARミッションが私たちに何を示すか
NISAR が生成する膨大な量のデータのおかげで、地震、地滑り、氷床崩壊などの環境事象の影響を綿密に監視できるようになる。 NISAR のデータは、自然災害のリスクを評価するためにも使用できる可能性がある。
科学者は NISAR を使用して、火山の噴火や地滑りが起こりやすい地域の地表の小さな動きを監視できる。 これらの測定値は、いわゆるインターフェログラム(interferogram)を使用して構築される。インターフェログラムは、宇宙船の各パスで生成されたマップが時間の経過とともにどのように変化したかを調べる。 たとえば、NISARが地震の直前と直後に収集した画像から作成されたインターフェログラムを使用すると、地震後の地形の即時の変化を確認できる。
左側では、衛星が最初の通過中に地球表面の領域のレーダー画像を撮影する。 右側では、パス 2 中に衛星が地表の同じエリアのレーダー画像を撮影していますが、地表は地震によって移動した。
この図に示すように、NISAR は干渉法を使用して、地震後などの地表面の変化や変形を捉えることができる。 | +
自然災害につながるこれらの出来事や地表でのその他の動きを追跡および記録することで、検出と災害対応を改善できる警告の兆候を特定できる可能性がある。
2009年11月13日と2010年11月18日というラベルが付けられた2つの薄い長方形の衛星画像の後に、等号が表示され、同じ領域の3番目の画像がネオン・カラーでオーバーレイされ、動きをcm単位で示すヒート・マップ・スケール(heat-map scale)で表示されます。
このシリーズの最初の 2 つの画像は、約 1 年間隔でカリフォルニアのサンアンドレアス断層を 2 回別々に通過中に UAVSAR 機器によって撮影されました。 次に 2 つの画像を結合して 3 番目の画像を作成しました。これは、機器の 2 つのパス間で表面がどのように変化したかを示すインターフェログラムです。 クレジット: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学 | +
そして、NISARは固体地球の研究だけに限定されない。これまでのミッションと同様に、長期にわたる極地の氷床の地図を生成し、その下の土壌の地域的な動きに基づいて永久凍土の変化を検出することもできる。これらの測定により、気候科学者は、気候変動によって氷がどの程度移動および変形しているか、また地面の温度上昇に伴って氷が解けている場所を明確に把握できるようになる。
私は1960年代に南極大陸の氷を除いた南極断面3D地図を作ろうとして、局地研究所を訪ねたら、ボーリングしたポイント・データしかなかった。それを集めても南極地表はわからなかった。
局地研究所の局員も皆目わからなかった。
さらに、NISARは土地利用、森林伐採、海面、地殻変動を追跡し、環境変化と気候変動が地球に与える影響について科学者に知らせることができる。
NISAR に従う
NISARは2024年にインドのスリハリコタにあるサティシュ・ダワン宇宙センター(Satish Dhawan Space Centre in Sriharikota, India,)から打ち上げられる予定で、地球上空460マイル(747キkm)の極軌道に入る予定だ。打ち上げ後最初の90日間、探査機は検査と試運転を受けてから、3年間続く予定の主要ミッションに向けた科学観測を開始する。
ミッションから得られた科学は、データとそれを処理するためのツールとともに以下のNASAとISROの両方の地上局にダウンリンクされ、すべての専門家および市民科学者が自由にダウンロードして使用できるようになる。
https://nisar.jpl.nasa.gov/data/overview/
ミッションに関する最新情報については、NASA の NISAR ミッション ページにアクセスしてください。
https://science.nasa.gov/mission/nisar
NISARで地球科学を教える。
NISARの開始により、自然災害の監視と軽減がさらに容易になり、気候変動の影響を理解できるようになRU。 次のレッスンとアクティビティで、NASA地球科学ミッションの艦隊を教室に持ち込んでください。
Lessons
MATH PROBLEM(数学の問題)
https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/activity/orbit-observation-a-pi-in-the-sky-math-challenge/
Orbit Observation: A ‘Pi in the Sky’ Math Challenge(軌道観測: 「Pi in the Sky」数学チャレンジ)
In this illustrated math problem, students use the mathematical constant pi to figure out how much data the NISAR spacecraft collects every day.
SUBJECT MathGRADES 7-12TIME Less than 30 mins
LESSON
https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/activity/making-topographic-maps/
Modeling Crustal Folds(地殻褶曲のモデリング)
Students use playdough to model how Earth’s crust is bent and folded by tectonic plates over geologic time.
SUBJECT ScienceGRADES 6-12TIME 30-60 mins
LESSON
Making Topographic Maps(地形図の作成)
Students draw and interpret topographic maps while learning about technology used to map Earth's surface, the seafloor, and other worlds.
SUBJECT ScienceGRADES 6-12TIME 1-2 hrs
LESSON
https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/activity/using-light-to-study-planets/
Using Light to Study Planets(光を使って惑星を研究する)
Students build a spectrometer using basic materials as a model for how NASA uses spectroscopy to determine the nature of elements found on Earth and other planets.
SUBJECT ScienceGRADES 6-11TIME 2+ hrs
LESSON
https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/activity/modeling-the-water-budget/
Modeling the Water Budget(水の予算のモデル化)
Students use a spreadsheet model to understand droughts and the movement of water in the water cycle.
SUBJECT ScienceGRADES 5-8TIME 30-60 mins
LESSON
https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/activity/fired-up-over-math-studying-wildfires-from-space/
Fired Up Over Math: Studying Wildfires from Space(数学に熱中: 宇宙から山火事の研究)
Students learn how scientists assess wildfires using remote sensing and solve related math problems, appropriate for various grade levels.
SUBJECT MathGRADES 3-12TIME 30-60 mins
LESSON
https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/activity/earth-science-data-visualizations-how-to-read-a-heat-map/
Earth Science Data Visualizations – How to Read a Heat Map(地球科学データの視覚化 – ヒート マップの読み方)
Students learn to read, interpret and compare “heat map” representations of Earth science data.
SUBJECT ScienceGRADES 4-12TIME 30-60 mins
LESSON
https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/activity/the-science-of-earths-rising-seas/
Lessons in Sea-Level Rise(海面上昇の教訓)
What is sea-level rise and how does it affect us?
SUBJECT ScienceGRADES 5-12TIME 30-60 mins
COLLECTION
https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/tag/search/Earth+Science
Earth Science Lesson Collection(地球科学レッスン集)
Discover a collection of standards-aligned STEM lessons all about Earth and climate change.
COLLECTION
https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/tag/search/Climate+Change
Climate Change Lesson Collection(気候変動レッスン集)
Explore a collection of standards-aligned STEM lessons for students that get them investigating climate change along with NASA.
Student Projects and Activities
COLLECTION
https://www.jpl.nasa.gov/edu/learn/tag/search/Earth+Science
Exploring Earth Activities Collection(地球探検活動コレクション)
Try these science and engineering projects, watch videos, and explore images all about the planet that we call home.
COLLECTION
https://www.jpl.nasa.gov/edu/learn/tag/search/Climate+Change
Climate Change Activities Collection(気候変動活動コレクション)
Learn about climate change and its impacts with these projects, videos, and slideshows for students.
Articles
COLLECTION
https://www.jpl.nasa.gov/edu/news/search/Climate+TM
Teachable Moments in Climate Change(気候変動における教えられる瞬間)
Explore this collection of Teachable Moments articles to get a primer on the latest NASA Earth science missions, plus find related education resources you can deploy right away!
Videos
COLLECTION
https://www.jpl.nasa.gov/edu/learn/tag/search/Earth+Minute
Earth Minute Video Series(アースミニッツビデオシリーズ)
This series of animated white-board videos for students of all ages explains key concepts about Earth science, missions, and climate change.
EXPERT TALK
Monitoring Earth from Space(宇宙から地球を監視する)
In this educational talk, NASA experts discuss how we build spacecraft to study climate, then answer audience questions.
Explore More
Websites
NISAR Mission
https://nisar.jpl.nasa.gov/
NASA Earth
https://science.nasa.gov/earth/
NASA Climate
https://climate.nasa.gov/
Facts & Figures
NISAR Science Handbook (PDF)
https://nisar.jpl.nasa.gov/system/documents/files/26_NISAR_FINAL_9-6-19.pdf
Multimedia
Interactive: NASA Eyes on Earth
https://eyes.nasa.gov/
Images: NASA Earth Observatory
https://earthobservatory.nasa.gov/
Gallery: Images of Climate Change
https://climate.nasa.gov/images-of-change
Infographic: Sea Level Rise
https://climate.nasa.gov/climate_resources/125/infographic-sea-level-rise/
TAGS: K-12 Education, Resources, Earth Science, Climate Change, NISAR
https://www.jpl.nasa.gov/edu/news/tag/NISAR
Brandon Rodriguez
ABOUT THE AUTHOR
Brandon Rodriguez, Educator Professional Development Specialist, NASA-JPL Education Office
https://www.jpl.nasa.gov/edu/news/author/brandon-rodriguez/
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