GRACE-satellit: Snart kan vi måle, når Fyn tager på i vægt
Danske forskere har været med til at bygge to nye og mere præcise klimasatellitter, som skal løfte arven efter de succesfulde GRACE-satellitter.
GRACE follow on fo klimasatellit

Tirsdag bliver to klimasatellitter sendt ud i rummet. Danske forskere har været med til at udvikle teknologi til missionen. (Illustration: NASA/JPL-Caltech)

Hvis alt går efter planen, bliver to satellitter med dansk teknik ombord skudt ud i rummet tirsdag aften.

Satellitterne går under navnet GRACE-Follow On (GRACE-FO), og de får til opgave at overvåge, hvordan vandet bevæger sig rundt på vores planet.

»Vandets cyklus har stor indflydelse på vores klimasystem. Det drejer sig for eksempel om, hvor meget is der smelter på polerne, hvor meget grundvand vi har tilbage, eller hvor meget havene stiger,« fortæller John Leif Jørgensen, som er professor ved DTU Space under Danmarks Tekniske Universitet i Lyngby.

DTU Space har været med til at udvikle teknologi til den nye mission, som hører under den amerikanske rumfartsorganisation NASA og det tyske forskningscenter for Geovidenskab (GFZ).

GRACE-FO

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 et præcist billede af de klimaforandringer, der foregår i disse år.

Satellitterne vil kredse i ca. 500 kilometers højde og tage 15 ture rundt om Jorden i døgnet. 

GRACE-FO vil levere både længere tidsserier og helt aktuelle data til løbende brug.

Kilde: DTU Space

Forgænger var en stor succes

GRACE-FO skal løfte arven efter de to klimasatellitter GRACE 1 og 2, som har overvåget kloden siden 2002.

Juleaften 2017 var det imidlertid endeligt forbi med den første GRACE-mission, da GRACE 2 styrtede ned og brændte op i atmosfæren som planlagt.

Ifølge klimaforsker Ruth Mottram var den første GRACE-mission en stor succes.

Hun glæder sig derfor over, at efterfølgeren GRACE-FO snart kan levere nye data til klimaforskningen.

»GRACE-satellitterne bruger en unik teknik, og de har været et virkelig værdifuldt værktøj for klimaforskningen. Så det er virkelig, virkelig godt, at vi nu får en ny GRACE-mission,« siger Ruth Mottram, som er klimaforsker ved Danmarks Meteorologiske Institut (DMI).

Overvåger Grønland

Ruth Mottram fortæller, at GRACE-satellitterne blandt andet har været vigtige for overvågningen af afsmeltningen af is i Grønland.

Satellitterne kan nemlig give et mere præcist billede af tabet af indlandsisen, end hvad andre metoder kan opnå, påpeger hun.

»GRACE er de eneste satellitter, som kan give os et billede af hele massebalancen på indlandsisen. Hvor meget is vi mister, og hvor meget nyt der kommer til, når det sner,« siger Ruth Mottram.

NASA-mission

Det er NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL), der står bag GRACE-missionerne.

 JPL leder missionen 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.

Kilde: DTU SPACE

Kan måle regn på Fyn

GRACE-FO-missionen består ligesom den første GRACE-mission af to satellitter, som skal cirkle rundt Jorden med en afstand imellem sig på cirka 100 kilometer.

Det særlige ved GRACE-satellitterne er, at de udnytter tyngdekraften til at måle og veje vandet på vores klode.

»I virkeligheden er det ligesom at sende en stor vægt ud i rummet. Satellitterne kan sådan set veje, hvor meget vand eller is der er nede på Jorden,« fortæller Ole Baltazar Andersen, som er seniorforsker på DTU Space og involveret i GRACE-missionerne.

»Hvis det for eksempel regner på Fyn, så vil Fyn veje mere end før. Og det kan den nye GRACE faktisk måle. Det er ret fantastisk.«

Sådan gør GRACE

Denne video fra NASA forklarer, hvordan GRACE-FO kortlægger vandets cyklus på Jorden ved hjælp af tyngdekraft. (Video: NASA) 

Det lyder måske vildt, at GRACE kan måle ændringer i vægten af vand, som befinder sig mange kilometer under satellitten.

Men i virkeligheden er der tale om et »såre simpelt princip,« påpeger professor John Leif Jørgensen.

Hele hemmeligheden bag metoden er, at ethvert objekt med en masse (vægt) vil trække en lille smule i satellitten på grund af objektets tyngdekraft (også kaldet massetiltrækning).

Hvis den ene GRACE-satellit eksempelvis nærmer sig en gletsjer, vil gletsjeren trække en lille smule i satellitten.

Metoden bag GRACE

De to GRACE-satellitter flyver sådan, at den ene hele tiden er cirka 100 km foran den anden.

Det betyder, at først vil 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 proces, og ’indhente’ sin makker – d.v.s., afstanden mellem satellitterne er tilbage til udgangspunktet.

På den måde måles tyngdefeltet under satellitterne ved at måle afstanden mellem dem. Og det kan omsættes til forandringer i masse.

Kilde: DTU Space

Trækket fra gletsjeren vil betyde, at satellitten får en lille smule ekstra fart – og det betyder, samtidig, at satellitten kommer en lille smule foran sin følgesvend; den anden GRACE-satellit.

Denne lillebitte forskydning i afstanden mellem de to satellitter kan måles – og herefter kan forskerne kort fortalt beregne, hvor meget gletsjeren vejer, forklarer John Leif Jørgensen.

»Det er simpelthen afstanden mellem satellitterne, som gør os i stand til at regne ud, hvad massen er. Det kan vi for eksempel bruge til at få svar på, om indlandsisen smelter, eller om der kommer mere eller mindre grundvand i et område,« forklarer John Leif Jørgensen.

Mere nøjagtig

John Leif Jørgensen påpeger, at 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 er en hel vanvittig præcision, som vi har knoklet for at kunne opnå,« siger John Leif Jørgensen.

Sammen med sine kolleger på DTU Space har John Leif Jørgensen været ansvarlig for at levere et såkaldt stjernekamera til hver af de to GRACE-satellitter.

Et stjernekamera er en slags kompas, som navigerer ved hjælp af stjernerne, og det sørger således for, at satellitterne kan pege i den rigtige retning.

Fordi afstanden mellem de to satellitter er fuldstændig afgørende i GRACE-missionen har det netop været vigtigt, at stjernekameraet får en hidtil uopnåelig nøjagtighed, siger John Leif Jørgensen.

»Det har været et teknologisk skoleridt at kunne opnå en høj nok præcision. Hver eneste lille ubetydelige dims skal for eksempel bygges i et særligt materiale, som ikke udvider sig, når temperaturerne skifter,« forklarer John Leif Jørgensen.  

Flere klimasatellitter

Der findes allerede flere andre klimasatellitter såsom CryoSat eller Sentinel-satellitterne, der kan også give forskerne et billede af, hvordan det eksempelvis går med afsmeltningen af isen i Arktis.

Men de andre satellitters metode er ikke nær så præcis som GRACE’s metode, forklarer Ruth Mottram.

»CryoSat måler højde-ændringer på indlandsisen, og det fortæller os selvfølgelig om, hvordan det går. Men højde-ændringerne kan skyldes, at der falder sne, eller at isen smelter. Derfor fortæller det os ikke om det samlede tab af is. Men det kan vi regne ud ved hjælp af GRACE,« forklarer Ruth Mottram.

På den måde kan GRACE eksempelvis sætte tal på, hvor meget afsmeltningen af indlandsisen betyder for havniveauets stigning, tilføjer hun.

»Havene stiger cirka tre millimeter om året i øjeblikket, men en del af det skyldes, at vand udvider sig, når det bliver opvarmet. Ved hjælp af data fra GRACE kan vi for eksempel regne ud, at afsmeltningen af indlandsisen gennemsnitligt er ansvarlig for cirka en millimeters havstigning om året,« forklarer Ruth Mottram.

Sådan bruges GRACE's data

NASA har eksempelvis også brugt data fra den første GRACE-mission til at lave et interaktivt kort, som giver indsigt i, hvilke store havnebyer der er truet af de stigende verdenshave – læs mere i denne artikel.

»Data fra GRACE er også blevet brugt til at kortlægge vores grundvand. Ved hjælp af GRACE har man for eksempel kunnet se, at grundvandet er ved at svinde ind i Indien, og at millioner af mennesker vil stå uden vand om et par årtier,« fortæller John Leif Jørgensen.

Så sent som i denne uge udkom et studie i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature, som bygger på data fra de to første GRACE-satellitter.

Her har forskerne brugt GRACE-missionens målinger til at kortlægge, hvor på kloden – og hvorfor – der sker ændringer i ferskvandsreserverne. Du kan se en video, som illustrerer resultatet herunder.

Videoen viser målinger af ferskvand på kloden, som er udført ved hjælp af GRACE 1 og 2 siden 2002. Generelt er våde områder blevet mere våde, og tørre områder blevet mere tørre, konkluderer forskerne i det nye studie ifølge NASA. (Video: NASA)

Missionen blev udskudt

Laser frem for mikrobølger

I den første GRACE-mission blev afstanden mellem de to satellitter målt ved at sende mikrobølger imellem dem.

I den nye mission vil forskerne forsøge at gøre målingen endnu mere præcis ved at bruge laserstråler frem for mikrobølger.

For en sikkerheds skyld har de nye GRACE-FO-satellitter dog også mulighed for at bruge mikrobølger.

Kilde: Ole Baltazar Andersen

De første to GRACE-satellitter blev opsendt i 2002 og var oprindeligt planlagt til at skulle overvåge Jorden i fem år. Men missionen blev ved med at blive forlænget, og først i 2018 styrtede den sidste af de to GRACE-satellitter ned.

»Vi havde kun regnet med at have den første GRACE-mission i fem år, men den har varet i 15 år. Så den har virkelig præsteret langt bedre end ventet,« siger John Leif Jørgensen.

Han påpeger, at efterfølgeren til den første GRACE-mission, GRACE-FO, blev beordret bygget af den tidligere præsident Barack Obama.

De nye satellitter har da også været klar til opsendelse siden 2017, men opsendelsen er imidlertid blevet udskudt adskillige gange – blandt andet på grund af problemer med løfteraketten.

Men forskerne håber, at GRACE-FO nu endelig kan komme ud på sin mission.

»Desværre har vi ikke fået nye data fra GRACE siden 2017. Det er rigtig ærgerligt, for det er vigtigt at have kontinuerlige målinger,« siger klimaforsker Ruth Mottram.

Kan ikke samkøre data

Ruth Mottram ville ønske, at de nye og de gamle GRACE-satellitter havde haft noget tid sammen i rummet, før det var slut med de gamle GRACE-satellitter.

»På den måde kunne vi have kalibreret data fra de nye og de gamle satellitter. Så hvis der for eksempel pludselig var et mærkeligt skift i havniveauet, kunne vi med sikkerhed vide, at det ikke var fordi satellitterne målte på forskellige måder,« siger hun og tilføjer: 

»Men det vigtigste er selvfølgelig, at vi får en ny GRACE-mission.«

GRACE-FO's efterfølger på vej

Ud over at gøre klar til at sende den nye GRACE-FO i luften på tirsdag er forskerne allerede nu i færd med at planlægge efterfølgeren til GRACE-FO.

Fredag var Ole Baltazar Andersen på besøg hos den europæiske rumorganisation ESA i Holland for at diskutere rammerne for endnu en GRACE-mission.

»Den næste GRACE-2 mission kommer til at være et samarbejde mellem NASA og ESA, hvor vi skal gøre teknikken endnu bedre igen. Det er vi allerede nu ved at forberede,« fortæller Ole Baltazar Andersen på en telefon fra Holland.

Allerførst skal GRACE-FO imidlertid sendes i luften. Hvis alt går som planlagt sker det tirsdag den 22. maj 2018 omkring klokken 22.

Opsendelsen sker fra Vandenberg Air Force Base i Californien, og det vil være en Falcon 9-løfteraket fra firmaet SpaceX, der sender GRACE-satellitterne ud i rummet. 

Videnskab.dk Podcast

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





Det sker