WASHINGTON, DC — Den 15 september 2018 lanserade NASA Ice, Cloud and Land Elevation Satellite-2. De flesta kommer att kalla det ICESat-2, för kort. Som namnet antyder kommer denna kretsande sond att kontrollera jordens frusna vatten. Men det kommer att spåra mer än så.
Den kretsar runt jorden på en höjd av cirka 500 kilometer (310 miles) och glider genom rymden i cirka 25 200 kilometer (15 660 miles) per timme. Med denna hastighet fullföljer satelliten en omloppsbana var 95:e minut eller så. ICESat-2 rör sig över nästan 1 400 unika vägar på marken och samlar in data hela vägen. Det tar 91 dagar att slutföra dem alla. Vid den tidpunkten börjar cykeln igen.
Thomas Neumann arbetar på NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md. Som en kryosfärisk (Kry-oh -SFEER-ik) forskare, han studerar inlandsisar och glaciärer. Han beskrev ICESat-2 och dess uppdrag, här, i december 2018. Han talade vid American Geophysical Unions höstmöte i Washington, DC
Till skillnad från många NASA-sonder bär ICESat-2 bara ett instrument – en laser
höjdmätare (Al-TIM- eh-tur). Den skjuter gröna laserstrålar ner mot jorden. Enhetens teleskop samlar in ljuset som studsar tillbaka och en dator bearbetar dessa data.
Det reflekterade ljuset gör att systemet kan mäta sin egen höjd, eller höjd, över en yta. ICESat-2:s bana är designad för att vara konsekvent. Så om höjdmätaren upptäcker en skillnad från en plats till en annan, betyder det att det har skett en förändring i höjden på jordens yta. Och om det finns en förändring i höjden från ett ICESat-2-besök till nästa, kommer det att innebära att ytan har rört sig upp eller ner under de senaste 91 dagarna.
Så fungerar höjdmätaren
Detta diagram över en amerikansk fotbollsplan visar ICESat-2:s förmåga att ta exakta mätningar. De gröna cirklarna visar vägarna för laserfläckar som produceras av ICESat-2:s ljusgröna lasrar. Jämför dem med de större, icke-överlappande röda cirklarna som visar fläckar genererade av satellitens föregångare.
NASA
ICESat-2 avfyrar sin laser 10 000 gånger varje sekund. Innan en puls lämnar satelliten delas varje grönt ljus upp i sex separata strålar. (Det betyder att ICESat-2 gör hela 60 000 mätningar varje
sekund!) Varje ljuspuls innehåller några 300 biljoner fotoner . Ändå kommer bara ett dussintal av dessa att ta sig tillbaka till höjdmätarens sensorer. Trots det, säger Neumann, finns det mycket information som kan hämtas från de få fotoner som gör det tillbaka.
När strålarna når marken kommer de att ha spridit sig. Var och en kommer nu att göra en cirkel på cirka 17 meter (56 fot) i diameter. I ögonblicket mellan två laserpulser kommer farkosten att ha rört sig cirka 70 centimeter (2,3 fot) längs sin väg. Det betyder att det blir en stor överlappning mellan en lasermätning och nästa.
På polära platser kan dessa data användas för att uppskatta havsisens tjocklek. Så här gör du: Vissa fotoner kommer att studsa bort från flytande is. Andra kan under tiden studsa av öppet vatten i närheten. De som reflekteras från isytan går en något kortare väg. Det beror på att isytan står lite högre än vattenytan. Så dessa fotoner kommer att återvända till ICESat-2 lite snabbare än de som studsar av vattnet. Eftersom forskarna vet exakt hur snabbt ljuset färdas, gör tidsskillnaden mellan de första ekona och de sista det möjligt för forskare att beräkna höjden på isen ovanför vattnet.
Den stora smältan: Jordens inlandsisar är under attack
Under de senaste åren har forskare noterat att havsisen i Arktis har tunnat ut. Andra satellitstudier, tillsammans med fältarbete, har visat att många glaciärer och inlandsisar också håller på att tunnas ut. ICESat-2 kommer att följa dessa trender exakt.
Höjdmätaren kan inte spåra förändringar på varje plats på jorden, noterar Neumann. Till exempel kommer den inte att passera närmare än cirka 450 kilometer (280 miles) till nord- eller sydpolen. Det betyder att det finns några blinda fläckar i dess mått. Och även de vägar som satelliten tar är inte tillräckligt breda för att ge full täckning av lägre-
latitud webbplatser.
Men en stor fördel erbjuder ICESat-2: Den här sonden kommer att titta på samma
fläckarna igen och om igen. Så den kan dokumentera förändringar från säsong till säsong och från år till år, säger Neumann.
Data från ICESat-2 (överst till vänster, med utökad vy längst ner) tydligt visa trädhöjder i ett skogsområde i Ryssland (satellitvy till höger).
Anpassad från L. Magruder
Data från ICESat-2 (nederst) visar ett skogsområde i södra Mexiko, såväl som det lugna vattnet i en offshorelagun och det vågiga havet bortom ett rev. (Batymetri är en term för uppmätt vattendjup.) Anpassad från L. Magruder
Vad händer på land?
ICESat-2 kommer att ge forskare chansen att övervaka all slags terräng, även platser som inte är täckta med is. (Om du kommer ihåg, innehåller en del av ICESat-2:s fullständiga namn frasen “landhöjd.”) Faktum är att fotoner från satellitens höjdmätare kommer att studsa tillbaka till rymden från allt på jordens yta.
Det öppnar upp för många möjligheter, säger Lori Magruder. Hon är en ICESat-2-teamledare som arbetar vid University of Texas i Austin. Hon beskrev några av dessa möjligheter vid AGU-mötet 2018.
ICESat-2 kan till exempel övervaka jordens skogar. Precis som dess höjdmätare kan mäta höjden på havsisen, konstaterar hon, kan den mäta höjden på träd. Det kräver lite mer arbete än att mäta isen. Varför? Vissa fotoner som reser tillbaka till ICESat-2:s sensorer kommer att ha studsat tillbaka från grenar på toppen av trädet. Andra kommer att ha reflekterats från lägre grenar. Ännu andra kommer att ha tagit sig hela vägen tillbaka från skogsbotten. Tidsskillnaden mellan de första fotonerna att återvända och de sista låter forskarna uppskatta höjderna på träden inom varje 17 meter bred laserfläck. Forskare kan använda den informationen, tillsammans med data som samlats in av forskare på marken, för att uppskatta hur mycket kol som har lagrats i dessa skogar. Kolet kommer från koldioxiden (CO2
) tas upp av träden. Att mäta trädens kol hjälper klimatforskare att övervaka hur planetvärmande CO 2 skogar tas bort från luften och lagras av dessa träd.
Här är en annan snygg sak som ICESat-2 kan göra: Laserns gröna (532 nanometer våglängd) ljus kan penetrera vatten. Om det vattnet inte är grumligt eller fyllt med suspenderat sediment kan det ljuset nå till djup på 30 meter (98 fot). Så ICESat-2 kan övervaka djupet på sjöar och reservoarer. Det gör det möjligt för forskare att bedöma hur mycket vatten sådana reservoarer rymmer.
Förklarare: Vad är en datormodell?
ICESat-2:s höjdmätare skulle också kunna användas för att mäta djupen i kustvatten, tror Magruder. Dessa djup tenderar inte att förändras snabbt. Fartyg kan mäta dem ännu mer exakt. Men, noterar hon, data från ICESat-2 kommer att ge en sömlös uppsättning mätningar som sträcker sig från kustvatten till land och som upprepas var tredje månad. Och
att, föreslår hon, skulle kunna hjälpa till att bygga datormodeller för att bättre projicera höjderna av framtida tsunamier eller stormfloder. De, konstaterar hon, kan träffa kuster under en orkan eller efter en stor jordbävning till havs.
Leave a Reply