KLIMA

Nye satellitter skal overvåke alle de 200.000 isbreene i verden

Den europeiske romfartsorganisasjonen ESA skal skyte opp to satellitter til to og en halv milliard kroner for å overvåke permafrost, isbreer, havstrømmer og jordskjelv. UiO-professor er med på laget.

Professor Andreas Kääb er en av arkitektene bak den nye satellittovervåkningen av isbreene og permafrosten på jorda.
Professor Andreas Kääb er en av arkitektene bak den nye satellittovervåkningen av isbreene og permafrosten på jorda. Foto: Yngve Vogt/Apollon
Yngve Vogt, Apollon
5. feb. 2023 - 19:00

Klimaendringene skjer raskere enn noen gang. Temperaturen øker mer enn pessimistene har anslått. Et av de store spørsmålene er hva som skjer med alle isbreene når klimaet endrer seg.

– Det finnes 200.000 isbreer i verden. Vi har detaljmålinger bare på noen hundre av dem. Breene er en viktig klimaindikator og fungerer som et slags termometer på jorda, men vi vet ikke nok om hvordan breene endrer seg, poengterer professor Andreas Kääb på Institutt for geofag ved Universitetet i Oslo (UiO). Han har forsket på permafrost og isbreer i mer enn tjue år.

Selv om de fleste breene minker, er det likevel noen av dem som vokser.

– Jo bedre målingene er, desto bedre blir klimamodellene, poengterer han.

Kääb sier at det også er viktig å få mer informasjon om permafrosten. Mer enn en tiendedel av landjorda består av permafrost. Når permafrosten tiner, siver klimagassene karbondioksid og metan opp fra bakken. Begge gassene er med på å fyre opp atmosfæren.

Permafrosten inneholder dessuten is.

– Det finnes utrolig mye is i bakken. Under de store skogene med mosegrunn i Alaska og Sibir kan islaget være mer enn tjue meter tykt. Når isen smelter, synker bakken.

I dag: En-dimensjonale målinger

Det er tungvint å overvåke alle breene og permafrosten fra landjorda. Da trengs det en ufattelig mengde med målestasjoner. I dag gjøres dette med satellitter. Satellittene kalles Sentinel og er en viktig del av det europeiske romfartsprogrammet. Sentinel-satellittene overvåker endringene i alt fra hav, is og breer til jordskjelv og vulkaner. De mest presise målingene av bevegelser på bakken gjøres av radar-satellittene Sentinel-1.

Professor Andreas Kääb er en av arkitektene bak den nye satellittovervåkningen av isbreene og permafrosten på jorda. <i>Foto:  Yngve Vogt/Apollon</i>
Professor Andreas Kääb er en av arkitektene bak den nye satellittovervåkningen av isbreene og permafrosten på jorda. Foto:  Yngve Vogt/Apollon

Uheldigvis har disse satellittene en stor svakhet: Målingene er éndimensjonale. Satellittene kan bare måle avstanden til bakken. Så lenge det skjer bevegelser på bakken som ikke påvirker avstanden til satellittene, blir de ikke fanget opp. For eksempel er det bare mulig å måle om høyden på en bre øker eller minker, men ikke om breen beveger seg sidelengs.

I 2029: Tredimensjonale målinger

Nå er tiden omsider kommet for bedre målinger. Den europeiske romfartsorganisasjonen ESA skal om seks år skyte opp ytterligere to satellitter. De skal fungere i samspill med én av dagens Sentinel-1-satellitter. De kalles Harmony og koster den nette sum av to og en halv milliard kroner. Ved å plassere de to nye satellittene et stykke unna hverandre, vil det være mulig med tredimensjonale målinger.

Vis mer

Sammen med tolv europeiske forskere lanserte Andreas Kääb ideen for ESA. De vant i konkurranse med ti andre forskerteam.

– De nye satellittene vil bringe forskningen om jordsystemet et stort skritt videre, mener Kääb.

Harmony-satellittene vil gi langt bedre målinger av hav, jordskjelv og kryosfæren, som er den delen av jordas overflate som består av isbreer, tele, permafrost, havis og islagte innsjøer. Det vil si den delen av jordoverflaten som består av vann i fast form.

– Hva er de viktigste områdene de nye satellittene skal overvåke?

– Arktis! Alle isbreene skal dekkes. Og store områder med permafrost. Vi skal skanne spesielle områder i havet og de fleste områdene med jordskjelv. Så ja, vi snakker om store deler av jordkloden.

Millimeter-presisjon

Dagens målinger skjer ved at mor-satellitten Sentinel-1 sender ut radiobølger. Radiobølgene treffer bakken og reflekteres tilbake. Ved å måle hvor lang tid radiobølgene bruker tur-retur, er det mulig å måle avstanden.

Når radiobølgene treffer bakken, spres de i flere retninger. Slikt gir muligheter. Ideen er derfor også å måle disse radiobølgene med de to nye satellittene. Da vil man få muligheten til å måle radarbølgene fra tre retninger samtidig. Og det er nettopp det som skal til for å få tre-dimensjonale målinger.

Dette høres kanskje enkelt ut, men det trengs svært god synkronisering mellom mor-satellitten og de to nye satellittene for å kunne måle alt helt riktig. Radiobølger beveger seg med lysets hastighet. For å kunne beregne alle avstandene til jorda med millimeterpresisjon, trengs det utrolig nok målinger med en nøyaktighet på et tretti-milliarddels sekund. Da snakker vi!

Hver tolvte dag vil satellittene passere over det samme punktet. Da vil de kunne måle endringene på bakken siden forrige passering.

De tre satellittene skal fungere i samspill på to måter. Den ene måten egner seg best til å overvåke hav og bevegelser på bakken og på fjell.

For å klare dette vil den ene satellitten befinne seg 400 kilometer foran mor-satellitten, mens den andre skal sveve 400 kilometer bak den.

Med den andre målemetoden vil begge satellittene være 400 kilometer foran mor-satellitten, men bare én kilometer fra hverandre. 

– Denne metoden er spesielt egnet til å måle endringer av volum over tid, slik som hvordan volumet av en isbre endrer seg.

Metoden er også velegnet til å måle hva som skjer i såkalte permafrost-hotspots. Hotspots er områder der permafrosten tiner veldig raskt. Da synker terrenget.

Én satellitt for lite

For forskerne hadde det vært langt bedre om det ble skutt opp tre satellitter samtidig, slik at to av dem ble plassert i tandem foran mor-satellitten, mens den siste gikk i bane bak den. Men det har ikke ESA råd til. Uheldigvis er det dyrt å lage satellitter. Det er også svært kostbart å skyte dem opp. Og ettersom det bare er plass til to slike satellitter i én rakett, måtte forskerne velge minimumsløsningen.

De har derfor gjort et kompromiss.

Når de to satellittene skytes opp i 2029, skal de først kjøres i tandem, det vil si at de skal plasseres én kilometer fra hverandre, 400 kilometer foran mor-satellitten. Etter ett år skal den ene satellitten flyttes 800 kilometer bakover, slik at den svever 400 kilometer bak mor-satellitten. Etter tre år skal den flyttes tilbake igjen.

– Funnet bekrefter det vi trodde før vi landet, sier professor Svein-Erik Hamran ved Institutt for teknologisystemer på UiO.
Les også

Nye målinger på Mars: – Spørsmålet er om det kan finnes gammelt, forsteinet liv der

Den ene satellitten må flyttes

Det er en omfattende sak å flytte en satellitt. Mange ingeniører kommer til å jobbe døgnet rundt i kommandosentralen i Darmstadt i Tyskland når satellitten skal flyttes.

Du lurer sikkert på hvordan i alle dager det er mulig å flytte en satellitt frem og tilbake. Da er du ikke alene!

For å flytte en satellitt fremover, er trikset svært enkelt, men likevel intuitivt vanskelig å forstå. For å øke hastigheten på satellitten, må den bremses. Da synker den litt i høyde og vil komme nærmere jorda. Omløpstiden blir raskere jo nærmere jordkloden den kommer. Når satellitten har kommet til den rette posisjonen, må den gi gass. Da stiger satellitten og havner i en høyere bane. Og da vil den bevege seg saktere igjen.

– Vi må altså bremse den for at den skal bli raskere og gi gass for at den skal kjøre saktere.

De nye satellittene skal kunne registrere alle mulige tredimensjonale endringer i isbreer, bølger, ustabile fjell og spenninger i bakken. <i>Foto:  Nasa</i>
De nye satellittene skal kunne registrere alle mulige tredimensjonale endringer i isbreer, bølger, ustabile fjell og spenninger i bakken. Foto:  Nasa

Flaskehalsen er drivstoffet. Drivstoff veier en del. Satellitter trenger bare litt drivstoff for å justere kursen hver gang den ikke holder seg i en stabil bane, men det trengs mye drivstoff for å flytte en satellitt 800 kilometer.

Overvåker ustabile fjell

De tredimensjonale målingene er spesielt relevante for Norge. Nå vil det være mulig å overvåke ustabile fjell. Noen av de mest kjente truslene er fjellpartiene Åkerneset ved Geirangerfjorden og Nordnesfjellet i Kåfjord i Troms.

Hvis de raser ut, vil de kunne utløse alvorlige flodbølger som kan knuse befolkede områder. De to fjellpartiene er allerede i dag under konstant overvåkning. Det er betryggende.

De nye satellittmålingene vil gjøre det mulig å få en bedre oversikt over alle ustabile og rasutsatte fjell, ikke bare i Norge, men over hele jordkloden.

– Vi kan finne flere Åkernes med de nye målingene og forstå bedre hvordan de beveger seg. Vi kan altså oppdage nye rasutsatte fjell. Og selv de ustabile fjellene som vi kjenner til i dag, kan vi måle enda mer nøyaktig fra satellitt.

Jordskjelv

De nye, tredimensjonale målingene vil også gjøre det lettere å forstå bevegelsene i jordskorpen. Jorda består av en rekke kontinentalplater. De flyter på magmaen. Der kontinentalplatene møtes, kan det oppstå jordskjelv. Flere titusen mennesker dør i jordskjelv hvert år.

– Med de nye 3D-målingene kan vi i fremtiden måle hvordan spenningen bygger seg opp. Det store håpet til geologene er å kunne beregne faren for jordskjelv.

Og så er det selvsagt havstrømmene. Uten Golfstrømmen hadde Norge vært et iskaldt land. Klimaendringer kan uheldigvis endre på havstrømmene. De nye målingene vil gjøre det mulig å overvåke havstrømmene og følge bedre med på om de beveger seg raskere eller saktere.

Enorme datamengder

For å kunne studere alle endringene på jorda, er det nødvendig å lagre alle målingene over tid. Hver eneste måling tar mye plass. Det er derfor snakk om enorme mengder med data.

– Summen av alle datamengdene kan sammenlignes med partikkelfysikk-eksperimentene i Cern. Her er vi i samme liga som dem, poengterer Andreas Kääb, som ser frem til de nye, tredimensjonale målingene i 2029.

Artikkelen ble først publisert på Apollon

Januarstormen kan gi viktige data for de som beregner tålegrenser for konstruksjoner.
Les også

NTNU-professor: Uværet vil gi verdifull informasjon om havfarmer

 

Del
Kommentarer:
Du kan kommentere under fullt navn eller med kallenavn. Bruk BankID for automatisk oppretting av brukerkonto.