Synkroniserer NASA laser, ESA radar for et nyt udseende på havisen

Med et lille skub til en satellits bane, Forskere vil snart have simultane laser- og radarmålinger af is, giver ny indsigt i Jordens frosne områder. Den 16. juli European Space Agency (ESA) påbegynder en række præcise manøvrer, der vil skubbe kredsløbet om dens radarbærende CryoSat-2-satellit omkring en halv kilometer højere – hvilket sætter den i sync med NASAs laserbærende is, Sky- og landhøjdesatellit 2, eller ICESat-2.

Når manøvrerne er afsluttet senere på sommeren, de to satellitter vil passere over et skår af Arktis inden for få timer efter hinanden. Den synkrone strækning, på mere end 2, 000 miles (3, 200 kilometer) hver dag eller deromkring, vil være nøglen til at studere havis, som flyder på det arktiske hav og flyttes rundt med strøm og vind. Hvis satellitterne måler på forskellige tidspunkter, de to kunne måle forskellige isflager i hurtig bevægelse. Synkronisering af satellitterne giver forskerne to datasæt til den samme is.

"At kombinere disse to målinger fra rummet vil føre til en guldalder, " sagde Tommaso Parrinello, CryoSat-2 mission manager hos ESA. "Det er en lille ændring for CryoSat-2, men vil være en revolution for videnskaben."

Både CryoSat-2's radar og ICESat-2's laserinstrument, kaldet en lidar, måle højden ved at udsende signaler og timing, hvor lang tid det tager at reflektere fra Jordens overflade og vende tilbage til deres respektive satellitter. Men de forskellige signaler hopper forskelligt fra nogle overflader - inklusive snedækket havis. Radarer som Cryosat-2'er vil trænge gennem snelaget og reflektere fra isen nedenfor. Laserinstrumenter som ICESat-2's vil reflektere fra toppen af ​​snelaget. Forskellen mellem de to vil give forskerne dybden af ​​sneen på toppen af ​​havisen.

"Hvis du har laser og radar sammen, det giver dig denne virkelig spændende mulighed for at måle dybden af ​​sneen, som vi virkelig aldrig har været i stand til før fra rummet, " sagde Rachel Tilling, en havisforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland og University of Maryland i College Park. "Og med snedybde, vi kan få markant mere nøjagtige målinger af havisens tykkelse."

Med bedre målinger af snedybde og havisens tykkelse, forskere kan få indsigt i det komplekse arktiske klimasystem. Havisen er måske bare 10 fod tyk eller deromkring, men det har en overordnet effekt på jordens klima, danner en slags beskyttende tæppe på det arktiske hav, sagde Tilling. Sneen på toppen reflekterer stråling fra solen, forhindrer isen i at smelte og havets varme. Isen i sig selv fungerer som en barriere mellem atmosfæren og havet - fjernelse af den kan ændre cirkulationsmønstre, der når de mere tempererede dele af kloden. De nye oplysninger kan forbedre klimamodeller, samt føre til mere nøjagtige forsendelsesnavigationsprognoser, hun sagde.

Ideen om at justere de to satellitter har svævet rundt blandt isvidenskabssamfundet siden CryoSat-2 blev opsendt i 2010, da ICESat-2 stadig var i udviklingsstadiet, sagde Tom Neumann, ICESat-2-projektforsker ved NASA Goddard.

"Dette åbner op for nye videnskabelige muligheder, som ikke var mulige med nogen af ​​missionerne uafhængigt, især for havis videnskab, " sagde Neumann. "Det er en græsrodsindsats, promoveret af videnskabsmænd og ingeniører, der spurgte, om der var en måde, vi kan få dette til at ske."

CryoSat-2 flyveoperationsteamet tog et kig, og efter måneders analyse af orbital dynamik kom med en plan. Den europæiske satellit kredser meget højere og langsommere end den amerikanske, så de kunne ikke bare følge hinanden i tandem, sagde Ignacio Clerigo, CryoSat-2s operationsleder for rumfartøjer. I stedet, de indså, at de kunne hæve rumfartøjets højde med kun mere end en halv mil (900 meter), gennem en serie på 15 præcist timede thrusterforbrændinger, og så ville de to satellitter overlappe hver 19. kredsløb af CryoSat-2 og 20. kredsløb i ICESat-2. Overlapningerne er for det meste over Arktis; næste sommer på den nordlige halvkugle kan ESA præcist ændre kredsløbet igen med endnu et sæt manøvrer for at fokusere på Antarktis i denne regions vinter.

"Det er en udfordring, ikke på grund af selve manøvrerne, men på grund af den stramme tidsplan, " sagde Clerigo. "Vi har kontinuerlige aktiviteter i to uger. Hvert trin afhænger af det foregående, og hvis noget ikke går som forventet, vi bliver nødt til at omplanlægge hurtigt for at nå målets kredsløb."