Сейчас проводится исследование «Терминатор». Космонавты направляют камеры на линию раздела света и тени, дня и ночи на поверхности Земли. Такая линия и называется терминатором. Рядом с этой границей, но в темной области, наблюдается отраженный от слоев облаков свет. Солнце прячется за горизонт и не освещает поверхность планеты, но лучи по касательной еще проходят. Чем выше облако, тем дольше оно будет на свету, пока солнце не опустится слишком низко. Из космоса это прекрасно видно, а терминатор в поле зрения космонавта находится почти всегда, в отличие от Земли, когда день и ночь сменяются лишь дважды за сутки. Таким методом легко определить структуру и высоту облаков, причем при достаточной точности не только серебристых, но и других. Для изучения более низких кучевых и слоистых облаков используется фотографирование и лазерный радар – лидар, а с помощью микроволнового радара и спектрометра регистрируется содержание воды и плотность облаков. Лазерный луч отражается от непрозрачного покрова и возвращается на станцию. По времени задержки можно рассчитать пройденное расстояние. Так определяется верхняя граница облака. Нижняя определяется так же, но с Земли. Микроволновый спектрометр фиксирует яркость поглощенного и излученного молекулами H20 света на характерной для вещества длине волны.
Эти сведения помогают предсказывать погодные явления и отделять простой туман или облачность от явлений выпадения дождя и снега.
Космические аппараты полезны не только тем, что наблюдают за всей планетой, но и тем, что могут проводить долговременные систематические и статистически более точные исследования.
Так, длительные наблюдения помогают определять климатические изменения.
В 1970‐х годах мировое сообщество было обеспокоено новой проблемой озоновых дыр. Озон – это газ, молекулярная структура которого представляет собой три атома кислорода. Он образуется под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. Однако в ночное время озон, будучи тяжелее воздуха, опускается от верхних слоев атмосферы, вступает в химические реакции с другими газами и пылью и таким образом поглощается. Этот процесс проходит медленно, и обычно никаких проблем появиться не успевает. Особое дело – полюса. В Арктике и Антарктике ночь может длиться по полгода. В этих регионах стали наблюдаться области снижения концентрации озона. При этом резко повышается уровень проходящего излучения из космоса. Озоновый слой – своего рода щит, без него живые существа (особенно обитатели океана) подвергаются негативному воздействию. Над Антарктикой в полярную ночь с конца 1970‐х годов стала наблюдаться большая озоновая дыра, по размерам покрывающая весь континент. В Арктике снижение плотности происходит локально. На станции «Салют‐4» имелся ультрафиолетовый спектрометр, регистрирующий излучение с длиной волны около 0,26 микрометра. Как раз в этом диапазоне происходит поглощение озоном. Георгий Гречко и Алексей Губарев активно изучали концентрацию озона. Правда, есть проблема – изучать озоновые дыры нужно ночью, а Солнца – главного источника излучения – тогда нет. К счастью, есть другие звезды. На станции «Салют‐6» имелся ультрафиолетовый телескоп БСТ‐1, который космонавты направляли на какую-нибудь яркую звезду, находившуюся на тот момент на горизонте у края атмосферы, и смотрели, как сильно поглотился ультрафиолет. Впервые подобный эксперимент провели Владимир Ковалёнок и Александр Иванченков. Впоследствии космонавты стали изучать озоновый слой на постоянной основе. Так удалось выявить негативную тенденцию роста размера дыры над Антарктикой из года в год. Ученые стали бить тревогу, особенно когда экипаж станции «Мир» в 1992 году проводил съемку территории Новой Зеландии и обнаружил, что озоновая дыра из Антарктики сместилась туда. В 1990‐е годы постоянных орбитальных станций в США не было, поэтому запускалось много шаттлов с приборами для исследований. Так, на шаттле Atlantis STS‐43 астронавты проводили эксперимент по калибровке, чтобы потом использовать автоматические спутники для слежения. Как результат в рамках миссии шаттла Discovery STS‐48 был запущен специализированный спутник UARS. Через два года на том же космическом аппарате, но уже во время миссии STS‐56, астронавты исследовали скорости возобновления озонового слоя после окончания полярной ночи. Теория предполагала, что причиной появления озоновой дыры является большое количество выбросов фреонов в ходе производственных процессов. Спутники и космонавты эту теорию уточнили. На концентрацию влияет содержание в атмосфере хлор- и фторсодержащих веществ, галогенов, оксидов азота и воды. Причем вода влияет сильнее всего. Хотя природные процессы испарения вносят самый большой вклад, увеличение выбросов человеком оказалось важным фактором. На Земле стали проводиться всевозможные акции по защите озонового слоя. И это помогло. В последние годы дыра в Антарктике даже немного уменьшилась. Ученые задались вопросом, не вредят ли сами пуски ракет-носителей озоновому слою. Например, шаттлы используют топливную пару кислород + водород, а при их горении получается вода. И действительно, в рамках эксперимента «Фиалка» такая зависимость была обнаружена, но вклад космонавтики небольшой. Даже в годы полетов шаттлов он составлял не более 3 %. Сейчас космонавты на МКС отслеживают содержание молекул в рамках эксперимента «Климат». Точно так же, на просвет, но с использованием других длин волн, исследуется содержание самых разных газов, в первую очередь для оценки содержания вредных выбросов в атмосфере. Уже первым космонавтам, например Андрияну Николаеву, Валерию Быковскому, Валентине Терешковой ставилась задача оценивать и фотографировать слои атмосферы. Методика была проста и связана с эффектом рассеивания. Свет проходит сквозь прозрачные среды, но при этом может натыкаться на атомы и отражаться от них в разные стороны. Эффект зависит от плотности