ICESat-2 afslører profil af iskapper, havisen, skove

Mindre end tre måneder inde i sin mission, NASAs is, Sky og landhøjde Satellit-2, eller ICESat-2, overgår allerede forskernes forventninger. Satellitten måler højden af ​​havisen til inden for en tomme, sporing af terrænet af tidligere ukortlagte antarktiske dale, opmåling af fjerne iskapper, og kigger gennem skovkroner og lavt kystvand.

Hver gang ICESat-2-satellitten passerer, missionen tilføjer datasæt, der sporer Jordens hurtigt skiftende is. Forskere er klar til at bruge oplysningerne til at studere havniveaustigninger som følge af smeltende iskapper og gletsjere, og at forbedre havis og klimaprognoser.

"ICESat-2 bliver et fantastisk værktøj til forskning og opdagelse, både for kryosfæriske videnskaber og andre discipliner, sagde Tom Neumann, ICESat-2-projektforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Neumann og andre med ICESat-2's videnskabsteam delte det første kig på satellittens resultater på American Geophysical Unions årlige møde tirsdag i Washington, D.C.

At udfylde hullerne

På topografiske kort over de transantarktiske bjerge, som deler Øst- og Vestantarktis, der er steder, hvor andre satellitter bare ikke kan se. Nogle instrumenter kredser ikke så langt sydpå, andre opfanger kun store træk eller de højeste punkter og går derfor glip af mindre toppe og dale. Med en tidlig beståelse af ICESat-2, videnskabsmænd begyndte at udfylde disse detaljer.

"Det er spektakulært terræn, " sagde Benjamin Smith, en glaciolog ved University of Washington, Seattle, og medlem af ICESat-2 videnskabsteamet. "Vi er i stand til at måle skråninger, der er stejlere end 45 grader, og måske endnu mere, gennem hele denne bjergkæde."

Mens ICESat-2 kredser over det antarktiske indlandsis, fotonen returnerer reflekterer fra overfladen og viser høje isplateauer, sprækker i isen 65 fod (20 meter) dybe, og de skarpe kanter af ishylder, der falder ned i havet. Disse første målinger kan hjælpe med at udfylde hullerne i Antarktis kort, Smith sagde, men nøglevidenskaben i ICESat-2-missionen er endnu ikke kommet. Mens forskere forfiner viden om, hvor instrumentet peger hen, de kan begynde at måle stigningen eller faldet af iskapper og gletsjere.

"Meget snart, vi har målinger, som vi kan sammenligne med ældre målinger af overfladehøjde, " sagde Smith. "Og efter at satellitten har været oppe i et år, vi vil begynde at være i stand til at se iskapperne ændre sig over årstiderne."

På tynd is

Når havis først dannes på polarhavene, før sneen falder på den og vinden slår den ind i andre isflager, den er tynd, flad og glat. Hvilket gør det til et godt sted at teste, hvor præcise ICESat-2 data er, da lange strækninger alle skal have næsten samme højde, sagde Ron Kwok, en havis videnskabsmand ved NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien.

Indtil nu? "Dataene er spektakulære, " sagde Kwok. "Den friske is er helt flad til inden for et par centimeter."

De første måneder af ICESat-2-data indsamlet over arktisk og antarktisk havis afslører tynd is, tyk is, og funktioner såsom isrygge. Områder med åbent vand i sprækkerne mellem isflagene, kaldet leads, skiller sig ud i dataene på grund af forskellen i reflektionsevne mellem is og vand. Ved at sammenligne højden af ​​vandoverfladen i ledningerne med højden af ​​isen, forskere estimerer isfribord og tykkelse. Med den høje præcision af ICESat-2, plus satellittens seks stråler, der tager data samtidigt, forskere vil have en hidtil uset forståelse af havisens tykkelse, som vil blive brugt til at hjælpe med at forbedre klimamodellering og prognoser.

Plus, evnen til at identificere nydannede, tynd is vil hjælpe forskere med at spore årstidsændringer i fjerntliggende polarområder, og forstå de processer, der driver disse processer. Istykkelsesdataene vil også hjælpe forskere med at forbedre computermodeller af, hvordan havis reagerer på arktisk opvarmning, samt prognoser for havisen.

"Vi vil have meget højere opløsning af, hvor det er is, og hvor det er vand i de marginale iszoner, hvor det kompakte isdække møder havet, under smeltning og frysning, " sagde Kwok. "Det bliver ny videnskab at tænke på. "

Ud over is

ICESat-2 er altid tændt, målinger ikke kun ved polerne, men også på de tropiske og tempererede breddegrader, og hvad den kan se, har allerede overrasket forskere.

"Vi blev alle overrasket over at se de fantastiske detaljer fra ICESat-2, takket være dets detektionsteknologi, " sagde Lori Magruder, en forsker ved University of Texas og ICESat-2 videnskabsteamet leder. "På enhver overflade, der var nogle fantastiske funktioner, som vi ikke var vant til at se med den første ICESat."

For eksempel, fotoner, der vender tilbage fra over havet, sporer individuelle bølger. I klare kystområder, bathymetrien er synlig, nogle gange så dybt som 80 fod (25 meter), som kunne hjælpe med forskning, herunder modellering af stormflod, sagde Magruder.

Og når ICESat-2 kredser over skove, den kan skelne ikke kun trætoppene, men også de indre baldakiner og skovbunden. Mens holdet var usikre på, hvor klart terrænet ville være under tætte baldakiner som dem, der findes i tropiske regnskove, dataene viste sig endnu bedre end forventet. Ved at måle træhøjder globalt, ICESat-2-missionen vil være i stand til at forbedre skøn over, hvor meget kulstof der er lagret i skovene.

tjekker tallene, lukker hullet

Mens ICESat-2 videnskabsteamet analyserede de første sæt data, kolleger med NASA's Operation IceBridge indsamlede data i fly over Antarktis - fløj over de samme stier, som satellitten kredsede om.

Over store sletter af rislende is, forrevne toppe stikker gennem indlandsisen, og linjer af sprækker, der marcherer ned ad gletsjere, den luftbårne kampagne målte overfladehøjde med Airborne Topographic Mappers laserhøjdemålere, sne- og istykkelse med radarer, og sub-is-hylde bathymetri med et gravimeter. I et årti, IceBridge har undersøgt regionen, men i efteråret indsamlede de også data for at hjælpe med at kontrollere nøjagtigheden af ​​ICESat-2.

I tre separate flyvninger, IceBridge undersøgte det flade plateau langs den 88-graders sydlige breddegradslinje, hvor alle ICESat-2-baner konvergerer. Andre flyvninger sporet over gletsjere, isstrømme og bjerge langs individuelle satellitstier - til tider lige som satellitten passerede over hovedet. For at måle havis, IceBridge-holdet fløj kortvarigt på 500 fod for at måle vindhastigheden, beregnet, hvor langt isen havde bevæget sig siden ICESat-2 målte den, og justerede derefter flyvebanen for at overskue den samme isplet.

"Næsten hver flyvning har ICESat-2 spor indbygget i sig, " sagde Joseph MacGregor, IceBridge-projektforsker ved NASA Goddard. "Vi flyver over hurtigt skiftende udløbsgletsjere, det langsommere skiftende interiør, og ualmindelige overflader, der er interessante for ICESat-2. Det primære mål for IceBridge er at bygge bro mellem ICESat og ICESat-2, så det er meget givende at vide, at vi er ved at fuldføre den proces."

Den første ICESat-satellit opererede mellem 2003 og 2009, det var da IceBridge begyndte sine kampagner. ICESat-2 blev opsendt den 15. september fra Vandenberg Air Force Base i Californien. Dets laserinstrument, kaldet ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter System), sender lysimpulser til Jorden. Det så gange, inden for en milliardtedel af et sekund, hvor lang tid det tager individuelle fotoner at vende tilbage til satellitten. ATLAS har affyret sin laser mere end 50 milliarder gange siden den første gang den 30. september, og alle målinger fra instrumentet viser, at det fungerer, som det skal, sagde Neumann.

Missionsledere forventer at frigive dataene til offentligheden i begyndelsen af ​​2019.