Jordens skove spiller en central rolle i forbindelse med klimaforandringerne. For jo mere biomasse, skoven indeholder, jo mere kuldioxid kan den optage og dermed afbøde drivhuseffekten. Det er derfor vigtigt, at vi har et billede af skovenes tilstand og omfang.
Den europæiske rumfartsorganisation ESA forbereder derfor missionen Biomass, der skal besvare spørgsmålet. Udfordringen er stor, for plantedækket er i stadig forandring, afhængigt af de skiftende årstider, vejret og en lang række menneskeskabte aktiviteter.
”Mange typer satellitmåling bygger på, at satellitten overflyver det samme område flere gange og indsamler samme data fra en parallel bane, der hver gang er en smule forskudt i forhold til den seneste bane. På den måde får man stor sikkerhed i sine målinger. Men næste gang, satellitten kommer tilbage til den samme skov, kan vejret være helt anderledes. Med nogle af de gængse metoder kan alene ændrede vindforhold være nok til at forstyrre målingerne, så man ikke kan sammenligne de to sæt data. Derfor har vi været nødt til at udvikle en ny type målinger,” forklarer lektor Jørgen Dall, DTU Space.
Jørgen Dall er medlem af styregruppen for det europæiske projekt. Sammen med syv andre europæiske forskere har han rådgivet ESA om, hvordan satellitten skal løse opgaven.
Rumforskere på ny frekvens
Biomass-satellitten skal kredse om jorden i ca. 640 kilometers højde. Om bord skal være en radar, som sender elektromagnetisk stråling med en frekvens på 435 MHz ned mod jorden og opfanger det reflekterede signal. 435 MHz er en velkendt frekvens inden for radiokommunikation – hvor den kaldes for P-båndet – men det er nyt at bruge den i forbindelse med radarundersøgelser af jorden fra satellit.
”Tidligere måtte man ikke bruge frekvensen inden for rumfart, fordi der var frygt for, at det kunne forstyrre radiokommunikationen på jorden. Men i 2003 blev frekvensen frigivet til rumfart. Det har åbnet nye muligheder,” forklarer Jørgen Dall.
Hidtil har rumforskerne været henvist til at benytte stråling med væsentligt kortere bølgelængder. Denne stråling er ikke i stand til at trænge ned i et plantedække, og dermed kan man kun se toppen af en skov.
”Især når det gælder de tropiske regnskove, hvor en meget stor andel af jordens samlede biomasse er koncentreret, er der i dag meget stor usikkerhed, hvis man forsøger at beregne mængden af biomasse ud fra størrelsen af skovens areal,” siger Jørgen Dall.
Tre missioner konkurrerer
Imidlertid kan stråling ved 435 MHz trænge hele vejen ned til jordoverfladen, uanset hvor tyk skoven er.
”Satellitten skaber både et virtuelt højdekort over skovbunden og et tilsvarende kort over toppen af træerne. Forskellen mellem de to kort er jo så rumfanget af skoven,” forklarer Jørgen Dall.
For at finde mængden af biomasse i skoven, skal man derefter gange skovens rumfang med et tal, som er forskelligt, afhængigt af hvilken type skov der er tale om. Det er tanken, at de første måneder af Biomass’ levetid skal bruges på målinger, der kan bruges til at ’lære’ satellitten, hvor meget biomasse der er i forskellige typer skov. Senere vil man få mængden af biomasse automatisk, når satellitten arbejder.
Det er endnu ikke sikkert, at Biomass bliver realiseret. Missionen er i konkurrence med to andre missioner om at blive den næste satellit i ESA’s program for observation af jorden. Oprindeligt kom der 24 forslag til missioner i denne runde af udbud, men nu er feltet snævret ind til de tre, som ikke blot er på tegnebrættet, men faktisk alle er langt med den tekniske udvikling. Blandt andet har forskere fra DTU Space udviklet et flybåret P-båndsradarsystem, POLARIS, og brugt det til at undersøge potentialet for Biomass. Desuden har faggruppen for elektromagnetiske systemer på DTU Elektro deltaget i udvikling og test af to nøglekomponenter (se artiklen ’Avanceret radarteknik bag skovsatellitten’ på næste side) til Biomass-missionen.
Kan se forhistoriske flodsystemer
Biomass-projektets styregruppe har for nylig, i juni 2012, afleveret den endelige beskrivelse af, hvad satellitten bliver i stand til. Sammen med tilsvarende rapporter fra de to konkurrerende missioner udgør rapporten det vigtigste beslutningsgrundlag for ESA’s valg af den mission, der skal realiseres.
Rapporten indeholder blandt andet beskrivelser af en række underformål. Det vil sige andre opgaver, som satellitten også kan løse ud over hovedformålet med at følge ændringerne i skovenes biomasse. Opgaven med at finde relevante underformål og undersøge, om der eventuelt skal foretages justeringer i satellittens udstyr eller navigation for at løse dem, er løst af blandt andre DTU Space på kontrakt med ESA.
Biomass vil eksempelvis kunne løse geologiske opgaver, påpeger Jørgen Dall:
”Stråling i P-båndet er i stand til at trænge nogle meter ned i sand og løs jord. Det giver mulighed for, at man kan se geologiske strukturer, der er skjult for andre satellitter. For eksempel mener mange forskere, at der ligger et forhistorisk flodsystem parallelt med Nilen og også, at mennesket muligvis er udvandret til Europa fra Afrika ved at følge dette flodsystem.”
Med andre ord vil både arkæologer og mange andre faggrupper kunne få glæde af denne type billeder.
”Desuden er der gode chancer for, at man simpelthen vil kunne opdage forekomster af grundvand, som der er mangel på i mange lande,” tilføjer Jørgen Dall.
Gletsjerbevægelser og permafrost
Et andet underformål bliver, at Biomass kan følge den hastighed, som gletsjere bevæger sig med. Også dette har betydning i afdækningen af klimaforandringer.
”Det er svært at måle gletsjernes hastighed med andre typer radarer, der kun måler på deres overflade. For der sker hele tiden ændringer i overfladens udseende, for eksempel når der falder sne eller opstår revner. Derimod trænger strålingen fra Biomass’ radar ned i isen, hvor forholdene er stabile, så man er sikker på, at det er den samme is, man måler på, næste gang satellitten kommer forbi,” forklarer rumforskeren.
Et tredje underformål vil være at skabe højdekort, der ser bort fra skoven, og simpelthen viser højden af terrænet under skoven. Disse data indsamler Biomass i forvejen for at kunne opfylde sit hovedformål, så det vil kun kræve en beskeden ekstra indsats at få gode terrænkort.
Endelig har DTU Space fundet frem til en række supplerende underformål, som Biomass med en vis sandsynlighed også vil kunne opfylde. Blandt andet vil satellitten kunne bruges til studier af strukturer i indlandsisen og til studier af permafrost.
”Vi håber naturligvis på, at beskrivelsen af de forskellige underformål styrker chancerne for, at ESA ender med at vælge Biomass som den mission, der skal realiseres,” siger Jørgen Dall.
ESA ventes at træffe valget mellem de tre missioner i løbet af foråret 2013.