GRACE-FO skal undersøge klimaet på Jorden via registrering af vandets bevægelser i hidtil uset detaljeringsgrad. (Illustration: NASA)

DTU med i ny superpræcis klimamission på vej i rummet

mandag 14 maj 18

Kontakt

Ole Baltazar Andersen
Seniorforsker
DTU Space
45 25 97 54

Kontakt

John Leif Jørgensen
Professor og Afdelingsleder for Måling og Instrumentering
DTU Space
45 25 34 48

FAKTA: To unikke satellitter

GRACE-FO-satellitterne er unikke idet de vil være de eneste i rummet, der kan måle på massefordeling på Jorden og dermed fastslå for eksempel, hvor meget indlandsis, der smelter på et givent sted.

 

De skal over tid give det hidtil mest præcise billede af de klimaforandringer, der er i gang i disse år.

 

Satellitterne vil kredse i ca. 500 km højde og tage 15 ture rundt om Jorden i døgnet. GRACE-FO vil levere både længere tidsserier og helt aktuelle data til løbende brug.

 

Det er NASA’s Jet Propulsion Laboratory, der står bag projektet og leder missioenen i samarbejde med German Research Centre for Geosciences (GFZ) og en række andre partnere. DTU Space bidrager til projektet med både instrumenter og som bruger af data fra satellitterne til klimaforskning.

DTU Space spiller en stor rolle i klimamissionen GRACE-FO, som NASA efter planen sender i rummet fra Californien om få dage.

Snart opsender NASA den omfattende klimamission GRACE Follow On (GRACE-FO). Opsendelsen er i øjeblikket planlagt til 22. maj kl. 21.47 fra Vandenberg Air Force Base i Californien med en SpaceX Falcon 9 raket. (NB; opsendelsen fandt sted 22. maj efter at være flyttet fra den oprindelige dato sat til 19. maj).

Missionen består af to satellitter, som de kommende år med stor nøjagtighed skal undersøge vandets cyklus og dermed klimaet på Jorden. Blandt andet observeres afsmeltning af is over land i Arktis og Antarktis, vandstand i havene og fordelingen af grundvand i jorden. DTU Space har udviklet teknologi til satellitterne og er involveret i den klimaforskning, som er missionens formål. 

”Vandets bevægelser, hvad enten det er regnvand, grundvand, havvand eller smeltet is, er en vigtig parameter i klimasystemet. Med GRACE-FO kan vi opnå en lang, ubrudt og meget nøjagtig opmåling af ændringerne på vores klode og dermed få et mere præcist billede af kilmaforandringerne og deres effekt,” siger professor ved DTU Space John Leif Jørgensen.

Målingerne foretages ved, at de to satellitter sammen løbende registrerer små ændringer i gravitationskraften. Det træk Jorden udøver på satellitterne, når de bevæger sig rundt om Jorden, afhænger af den lokale massefordeling. Denne fordeling ændres, når is smelter, vandstanden øges i havene eller når grundvands-reservoirer vokser eller mindskes. Dermed kan det eksempelvis beregnes præcist, hvor meget is, der smelter, og hvor meget havene stiger.

Bygger videre på unikt koncept

GRACE-FO bygger videre på det unikke arbejde, der begyndte med design og konstruktion af GRACE 1 og GRACE 2-satellitterne for 20 år siden i et samarbejde mellem Airbus, NASA’s Jet Propulsion Laboratory og DTU-Space. Denne succesfulde mission blev opsendt i 2001 og afsluttet i fjor. Her har et samarbejde mellem danske, tyske og amerikanske forskere med stor præcision kortlagt de pågående klimaforandringer.

Nu tager GRACE-FO over, hvor GRACE slap. Men med endnu højere præcision i målingerne af klimaets tilstand på Jorden.

"Med de nye GRACE-FO-satellitter vil vi få endnu bedre data at arbejde med fremover"
Ole Baltazar Andersen, seniorforsker DTU Space

I forvejen er denne type satellitter unikke, idet de er de eneste, der kan måle ændringer i massefordeling på jorden. Det fintfølende satellit-system kan faktisk måle så præcist, at det kan afsløre, om det har regnet på Fyn eksempelvis. Andre klimasatellitter, som de europæiske Sentinel-satellitter, måler typisk højdeforskelle.

Målinger med GRACE-satellitterne af masse har givet de samme resultater som højdemålinger foretaget med andre typer systemer. Med de to uafhængige typer af opmåling er der i dag relativt solid viden, om de klimaforandringer, der udfoldes i disse år. Og det er denne udvikling og konsekvenserne af den, der fortsat skal følges og forskes i ved hjælp af data fra de nye og mere præcise GRACE-FO-satellitter.

Præcision måles i 1/10.000 af et hårs tykkelse

De to satellitter flyver med cirka 100 km afstand. Det er ved at måle variationer i afstanden mellem dem, som opstår som følge af tyngdeforskelle under dem, at der fås data om forandringer i mængden af eksempelvis is og grundvand og altså dermed klimaforandringer.

Afstanden mellem GRACE-FO-satellitterne måles blandt andet ved hjælp af laserlys, hvor den tidligere GRACE-mission brugte mikrobølger, der ikke er en lige så præcis teknologi.

Hvor den tidligere GRACE-mission kunne måle variationer i afstanden mellem de to satellitter svarende til 1/100 af et hårs tykkelse, arbejder de nye GRACE-FO-satellitter med at opnå en præcision på 1/10.000 af en hårtykkelse. Det svarer omtrent til diameteren på et atom. Dermed opnås en hidtil uset præcision i arbejdet med at kortlægge klimaforandringer fra rummet.

DTU Space har udviklet de stjernekameraer, satellitterne anvender til positionering.

”Det har været en stor udfordring, eftersom det skal ske med en langt større nøjagtighed end tidligere,” siger John Leif Jørgensen.

Forskere på DTU Space har i årevis været deltaget i en lang række internationale klimaforskningsprojekter. Disse studier baserer sig på data fra såvel GRACE-missionen som andre klimasatellitter.

”De tidligere satellit-missioner har givet et tydeligt billede af, hvordan klimaet er under forandring. Med de nye GRACE-FO-satellitter vil vi få endnu bedre data at arbejde med fremover i form af højere rumlig opløsning end fra GRACE, så der kan ses på endnu mindre signaler. Og ikke mindst vil GRACE-FO forlænge den 15 års tidsserie af data til klimastudier, som GRACE påbegyndte,” siger seniorforsker på DTU Space Ole Baltazar Andersen.

Se NASA's 2-minutters video på Youtube, der viser, hvordan GRACE-FO-missionen fungerer.

FAKTA: Sådan måler satellitterne forandringer på Jorden

Måleprincippet bag GRACE-FO er enkelt: Når de to satellitter flyver, den ene ca. 100 km foran den anden, vil først den ene og dernæst den anden blive påvirket af de små tyngdeforskelle, der er mellem våd og tør jord, eller en tyk eller tyndere iskappe.

Den forreste satellit vil først blive påvirket af en øget tyngde, og derfor accelerere lidt og dermed øge afstanden til dens ’makker’. Når makkeren lidt efter når derhen, vil den undergå samme process og indhente det den forreste satellit havde vundet. På den måde måles tyngdefeltet under satellitterne ved at måle  afstanden mellem dem. Og det kan omsættes til forandringer i masse.

Afstanden mellem satellitterne måles en præcision svarende til 1/10.000 af hårs diameter. Det sker ved hjælp af laserlys. Det kræver, at satellitterne positioneres ekstremt præcist, da laserlyset fra den bagerste satellit skal ramme et hul på størrelse med en femkrone på satellitten 100 km foran. Desuden skal den forreste satellit kunne returnere laserstrålen fra et spejl til et lignende hul ind til sensoren (interferometer) i den bageste satellit.

Det har været en stor udfordring. DTU Space har udviklet de stjernekameraer, satellitterne anvender til denne positioneringsopgave, mens Airbus har udviklet de mekaniske strukturer og JLP har stået for lasersystemet.  Det har taget DTU-Space og Airbus 5 år at løse opgaven.

Relaterede Videoer  

Vis flere