NASA måler Grønlands indlandsis op
Både radar og laser er i spil, og et gammelt bombefly spiller hovedrollen, når NASA måler Grønlands indlandsis op for at afdække effekten af klimaændringerne.

Den første og sidste del af hver flyvning går over bjergene og gletsjerne, som ligger langs kysten hele vejen rundt om indlandsisen. (Foto: Steen Laursen)

Den første og sidste del af hver flyvning går over bjergene og gletsjerne, som ligger langs kysten hele vejen rundt om indlandsisen. (Foto: Steen Laursen)

Grønlands indlandsis er mål for et gammelt Orion bombefly som led i det amerikanske rumagentur NASA’s operation IceBridge.

Det gamle fly erstatter NASA's satellit ICESat-1, der styrtede i havet i 2010, og først i 2016 opsender NASA erstatningen, ICESat-2 midlertidigt.

Tidligere fløj flyet blot i arktiske egne som supplement til satellitterne.

Med det gamle bombefly kan forskerne stadig følge, hvordan isen svinder ind år for år, og fordi flyet er mere end 1.000 gange tættere på isen end satellitterne, er det meget mere præcist end dem.

Derfor kan dets målinger sige mere om, nøjagtigt hvor og hvordan indlandsisen mister masse, mens satellitterne giver et mere generelt overblik over hele Arktis.

Flyets laser måler isen præcist

Fakta

De første Orion bombefly fra amerikanske Lockheed indgik i aktiv tjeneste i den amerikanske flåde i 1962.

Modellen bruges dog stadig i stor udstrækning, fordi det som patruljebombefly er designet til at kunne holde sig i luften over lange perioder.

Flyets fire propelmotorer larmer i kabinen, og skroget sitrer svagt på dagens otte timer lange flyvetur.

Det gamle bombefly er bevæbnet med ni avancerede måleinstrumenter og bemandet med et dusin forskere.

De skal måle ændringer i isen fra år til år og teste forskellige målemetoder imod hinanden.

Det vigtigste instrument ombord er laseren bagerst i flyet, for den måler højden på indlandsisen og er dermed en erstatning for laseren i satellitterne.

Mere præcist end satellitterne

James Yungel er ekspert i topografiske kort og projektleder på laseren, som han holder øje med under flyvningerne, og han er tydeligt stolt af, hvad den kan.

Jim Yungel løfter et panel i gulvet for at vise laseren frem for en gruppe gymnasieskolelærere, som har fået lov til at være med på årets IceBridge flyvning. (Foto: NASA/Jefferson Beck)

»Nede på isen oplyser laseren en plet, som er cirka 10 centimeter stor, og præcisionen på dens højdemåling er under 10 centimeter, så den måler isen meget detaljeret op.«

»Jeg har arbejdet med det her system i mange år, og det er meget mere præcist end opmåling fra satellitter. Deres laserplet er mange meter stor, så den måler kun en gennemsnitshøjde af et stort område,« forklarer James Yungel.

Som ingeniør, ansat hos NASA, har han selv bygget apparatet – blandt andet af dele fra en gammel Mac-computer.

Radaren og laseren er uenige

Længere inde over isen forsvinder sprækkerne gradvist i et stadig tykkere lag af hvid sne, indtil alle spor efter dem er væk, og det ser ud, som om vi flyver over en stor sky.

Nu er det ikke længere indlandsisen, laseren måler højden af, men toppen af sneen. Det er en fejlkilde.

Fakta

IceBridge-flyet har fem forskellige systemer om bord, som parvis måler på det samme:

• En laser og en radar måler isens højde.

• Et infrarødt kamera og et system med to almindelige kameraer skelner mellem havis og havets overflade.

• De to kameraer laver desuden et 3D-billede af isens overflade, hvilket laseren også gør.

Den fejl bliver ikke gentaget af flyets næstvigtigste instrument, radaren, som er placeret i flyets bombeport.

Den radar er af samme type som radaren på satellitten CryoSat, der også måler højden på indlandsisen, og som er uenig med laseren om, hvor meget is der er på Grønland.

Radaren trænger gennem både sne og is

Geofysikeren Michael Studinger, ph.d. og til daglig tilknyttet Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory, er videnskabelig leder på togtet.

Han forklarer problemet med laseren og radaren:

»Satellitterne ICESat og CryoSat bruger henholdsvis laser og radar til at måle isens højde, og ingen af dem kan se forskel på toppen af is og sne. De måler oven i købet ikke den samme højde på det samme sted på isen,« fortæller Michael Studinger og fortsætter:

Indvendig er det gamle IceBridge fly indrettet med stålreoler til det topmoderne udstyr. (Foto: Steen Laursen)

»ICESat's laser måler højden af den første overflade, den møder under flyet, og det kan godt være sne. CryoSat's radar måler derimod med radarbølger, og de går både igennem snelaget og igennem de øverste dele af isen, før de bliver reflekteret. Her er det altså et lag nede i isen, apparatet regner for isens overflade.«

Forskellige metoder giver forskellige resultater

Derfor måler forskerne på bombeflyet isen op med begge systemer på hele flyveturen, så deres resultater kan sammenlignes.

For at kunne sammenligne med radar-satellitten CryoSat flyver de en af togtets dage over et område blot to timer efter CryoSat har målt på det, så tidsspandet bliver helt kort.

Metoder, der giver forskellige resultater, er et alvorligt problem for forskerne, for hvis to forskere beregner mængden af is på Grønland i 2012 ud fra henholdsvis laser- og radar-målinger, vil laserforskeren komme til en større mængde is end radarforskeren.

Hvis de to forskere derimod regner ud, hvor meget is, der er forsvundet fra Grønland fra foråret 2011 til foråret 2012, kommer de til gengæld til nogenlunde det samme resultat.

Fakta

Flyet har også en række apparater, som supplerer hinanden:

Tre radarer finder henholdsvis tykkelsen af snedækket på isen, lagdelingen i den øverste del af indlandsisen og klipperne under isen.

Et gravimeter måler massen af og afstanden til klipperne under isen, og et magnetometer måler deres magnetiske egenskaber.

For selv om de to metoder måler på forskellige overflader, så vil begge disse overflader ligge en meter lavere for hver meter is, indlandsisen har mistet – sådan cirka.

Arktisk forskning kræver særlig disciplin

Problemet med forskellige metoders sammenlignelighed er almindeligt i videnskabens verden, og derfor starter enhver videnskabelig artikel med et jævnt kedeligt afsnit om metoder.

For Michael Studinger er det imidlertid af særlig stor betydningen, at al forskningen bliver koordineret, og alle usikkerheder afklaret.

Netop i Arktis er det nemlig ekstra vigtigt at have styr på metoderne.

Klimaforskning på hele kloden er afhængig af resultater her fra, fordi klimaændringerne slår tydeligt ud her, og derfor kan de bruges til at varsle, hvad resten af Jorden har i vente.

Teknikken ombord:

Infrarødt kamera ser det infrarøde lys fra overfladen af is og vand under flyet, og det lys angiver overfladens temperatur. Formålet er at skelne mellem havis og åbent vand, så forskerne ved, hvad de har målt på med flyets andre instrumenter. Det salte havvand er cirka minus to grader, medens isen er meget koldere.

To kameraer sidder ved siden af hinanden og tager billeder af isen. Ved at kombinere billederne, laver elektronikken et 3D-billede af isens overflade. Systemet virker derfor lige som menneskets to øjne, der tilsammen giver os en 3D-fornemmelse af omgivelserne. Systemet leder efter flade områder under flyet for at skelne mellem havis og åbent vand.

Laser kombineret med et kamera laver 3D-billeder af isens overflade og måler samtidig højden af isen.

Flyet har fire radarer. En radar virker ved, at den sender radarbølger ud. Når bølgen rammer den overflade, radaren er indrettet til at finde, bliver bølgen reflekteret, og en del af refleksionen kommer tilbage til flyet.

- Ku-bånd-radar til at måle højden af isen

- Sneradar til at måle tykkelsen af snedækket på især havis.

- Akkumulationsradar måler lagdelingen i den øverste del af isen.

- MCoRDS-radar finder overfladen af klipper og jord under isen. Den finder også bjerge begravet i isen.

Gravimeter måler tyngdekraften og finder på den måde bjerge begravet i isen og variationer i vægten af klipperne under isen. Apparatet bruges også til at finde havdybden under ekstremt tyk, flydende is omkring Antarktis.

Magnetometer måler det magnetiske felt for at finde variationer i klipperne under isen.

 

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.