To rumfartøjer til at veje ind på Jordens skiftende vand

Et par nye rumfartøjer, der vil observere vores planets stadigt skiftende vandcyklus, iskapper og skorpe er ved at forberede en lancering i Californien tidligst lørdag, 19. maj Gravity Recovery og Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO) mission, et partnerskab mellem NASA og det tyske forskningscenter for geovidenskaber (GFZ), overtager, hvor den første GRACE-mission sluttede, da den gennemførte sin 15-årige mission i 2017.

GRACE-FO vil fortsat overvåge månedlige ændringer i massefordelingen inden for og blandt Jordens atmosfære, oceaner, land og iskapper, såvel som i den faste jord selv. Disse data vil give en unik indsigt i Jordens ændrede klima, Jordsystemprocesser og endda virkningerne af nogle menneskelige aktiviteter, og vil have vidtrækkende fordele for samfundet, såsom forbedring af vandressourceforvaltningen.

"Vand er afgørende for alle aspekter af livet på Jorden - for sundhed, for landbruget, for at opretholde vores måde at leve på, "sagde Michael Watkins, GRACE-FO videnskabelig leder og direktør for NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. "Du kan ikke klare det godt, før du kan måle det. GRACE-FO giver en unik måde at måle vand på i mange af dets faser, giver os mulighed for at styre vandressourcer mere effektivt. "

Ligesom GRACE, GRACE-FO vil bruge en innovativ teknik til at observere noget, der ikke kan ses direkte fra rummet. Det bruger vandets vægt til at måle dets bevægelse - selv vand skjult langt under jordens overflade. GRACE-FO vil gøre dette ved meget præcist at måle ændringerne i formen af ​​Jordens tyngdekraftsfelt forårsaget af bevægelse af enorme mængder vand, is og fast jord.

"Når vandet er under jorden, det er umuligt at observere direkte fra rummet. Der er intet billede, du kan tage eller radar, du kan hoppe ud af overfladen for at måle ændringer i det dybe vand, "sagde Watkins." Men den har masse, og GRACE-FO er næsten den eneste måde, vi kan observere det på store skalaer. Tilsvarende at spore ændringer i den totale masse af polarisen er også meget vanskeligt, men GRACE-FO lægger i det væsentlige en 'skala' under dem for at spore deres ændringer over tid. "

En arv af opdagelser

GRACE-FO forlænger GRACE-datarekorden yderligere fem år og udvider arven fra videnskabelige resultater. GRACE omtalte det igangværende massetab fra de grønlandske og antarktiske indlandsis og bjerggletsjere. Denne rigdom af data kaster lys over de centrale processer, kortsigtet variation og langsigtede tendenser, der påvirker stigningen i havniveauet, bidrage til at forbedre havniveau fremskrivninger. Estimaterne af den samlede vandlagring på land stammer fra GRACE -data, fra ændringer i grundvand i dybe akviferer til ændringer i jordfugtighed og overfladevand, giver vandforvaltere nye værktøjer til at måle virkningen af ​​tørke og overvåge og forudsige oversvømmelser.

GRACE -data er også blevet brugt til at udlede ændringer i dybe havstrømme, en drivkraft i Jordens klima. Dens atmosfæriske temperaturprofildata, afledt af målinger af, hvordan signaler fra konstellationen af ​​GPS -satellitter blev bøjet, da de rejste gennem atmosfæren og modtaget af antenner på GRACE -satellitterne, har bidraget til amerikanske og europæiske vejrudsigtsprodukter. GRACE -data er endda blevet brugt til at måle ændringer i selve den faste jord, herunder reaktionen fra jordskorpen på gletschernes tilbagetrækning siden sidste istid, og virkningen af ​​store jordskælv.

Ifølge Frank Webb, GRACE-FO projektforsker ved JPL, den nye mission vil give uvurderlige observationer af langsigtede klimarelaterede masseændringer.

"Den eneste måde at vide med sikkerhed, om observerede flerårige tendenser repræsenterer langsigtede ændringer i massebalancen, er at forlænge observationslængden, "Sagde Webb.

En kredsende kat og mus

Ligesom sine forgængere, de to identiske GRACE-FO-satellitter fungerer som et enkelt instrument. Satellitterne kredser om jorden omkring 220 kilometer fra hinanden, i en indledende højde på cirka 490 kilometer. Hver satellit sender kontinuerligt mikrobølgesignaler til den anden for nøjagtigt at måle ændringer i afstanden mellem dem. Når de flyver over en massiv jordfunktion, såsom en bjergkæde eller underjordisk akvifer, tyngdekraften ved den funktion, der trækker slæbebåde på satellitterne, ændre afstanden, der adskiller dem. Ved at spore ændringer i deres adskillelsesafstand med utrolig nøjagtighed - til mindre end tykkelsen af ​​et menneskehår - er satellitterne i stand til at kortlægge disse regionale tyngdekraftændringer.

En GPS -modtager bruges til at spore hvert rumfartøjs position i forhold til Jordens overflade, og indbyggede accelerometre registrerer ikke-tyngdekræfter på rumfartøjet, såsom atmosfærisk træk og solstråling. Disse data kombineres for at producere månedlige kort over de regionale ændringer i den globale tyngdekraft og tilsvarende nær-overflade massevariationer, som primært afspejler ændringer i fordelingen af ​​vandmasse i Jordens atmosfære, oceaner, land og indlandsis.

Ud over, GRACE-FO vil teste et eksperimentelt Laser Ranging Interferometer, et instrument, der kan øge præcisionen af ​​målinger mellem de to rumfartøjer med en faktor 10 eller mere, til fremtidige missioner svarende til GRACE. Interferometeret, udviklet af et tysk/amerikansk instrumenthold, bliver den første demonstration i rummet af laserinterferometri mellem satellitter.

"Laser Ranging Interferometer er et glimrende eksempel på et godt partnerskab, "sagde Frank Flechtner, GFZs GRACE-FO projektleder. "Jeg glæder mig til at analysere disse innovative intersatellit-varierende data og deres indvirkning på tyngdekraftsfeltmodellering."

GRACE-FO vil blive sendt i kredsløb med fem Iridium NEXT kommunikationssatellitter på en kommercielt anskaffet SpaceX Falcon 9-raket fra Vandenberg Air Force Base i Californien. Denne unikke "rideshare" lancering vil først implementere GRACE-FO, derefter vil Falcon 9 anden etape fortsætte til en højere bane for at implementere Iridium -satellitterne.