Een nieuwe aardwetenschappelijke missie van NASA in de vroege ontwerpfasen kan een transformationele vooruitgang opleveren in ons begrip van de wereldwijde koolstofcyclus door concentraties van belangrijke koolstofgassen in kaart te brengen vanuit een nieuw gezichtspunt:geostationaire baan. Satellieten in een geostationaire baan reizen met dezelfde snelheid als de rotatie van de aarde, waardoor ze te allen tijde op dezelfde plaats op het aardoppervlak kunnen blijven.

Het geostationaire koolstofobservatorium (GeoCarb), bedoeld voor lancering in de vroege jaren 2020, zal voortbouwen op het succes van NASA's Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) missie door een soortgelijk instrument te plaatsen op een commerciële SES-Government Solutions communicatiesatelliet die in een geostationaire baan om de aarde vliegt. De lengtegraad maakt 'muur-tot-muur'-waarnemingen mogelijk over Amerika tussen 55 graden noorder- en zuiderbreedte - van de zuidpunt van Hudson Bay tot de zuidpunt van Zuid-Amerika. neergestreken 22, 236 mijl (35, 800 kilometer) boven Amerika, GeoCarb verzamelt dagelijks 10 miljoen waarnemingen van de concentraties kooldioxide, methaan, koolmonoxide en zonne-geïnduceerde fluorescentie (SIF) met een ruimtelijke resolutie van ongeveer 3 tot 6 mijl (5 tot 10 kilometer).

De overvloed en verdeling van koolstofhoudende gassen in de atmosfeer worden bepaald door zowel de uitwisseling van koolstof tussen de landgebieden van de aarde, oceanen en de atmosfeer, en hun vervoer door de heersende winden. Deze uitwisselingen worden het best begrepen door frequente, dicht op elkaar staande waarnemingen. Terwijl satellieten in zon-synchrone, polaire lage banen om de aarde zoals OCO-2 bieden wereldwijde dekking, ze hebben lange terugkomtijden, grote gaten in de dekking, en kijk altijd op hetzelfde tijdstip van de dag naar het landschap. Omdat het weer ecosystemen beïnvloedt op tijdschalen van dagen tot weken, polaire satellieten die in een baan om de aarde draaien, kunnen deze veranderingen missen en hoe ze verband houden met de activiteiten van levende organismen - informatie die cruciaal is voor het ontwikkelen van betere modellen van aardse systeemprocessen.

"GeoCarb zal de metingen door OCO-2 en andere satellieten in een lage baan om de aarde aanvullen door gegevenslacunes in zowel tijd als ruimte op te vullen, "zei hoofdonderzoeker Berrien Moore van de Universiteit van Oklahoma in Norman. "Het zal meer een regionale karteringsmissie zijn dan een wereldwijde bemonsteringsmissie."

Moore zei dat net zoals geostationaire weersatellieten kunnen zitten en naar stormen staren en ze in kaart brengen, GeoCarb laat ons zien hoe verschillende weerpatronen de kooldioxide- en methaanconcentraties beïnvloeden. "Dat is de kracht die een geostationaire baan met zich meebrengt, " zei hij. "Gegevens van OCO-2 hebben al aangetoond dat grootschalige weerpatronen zoals El Niño en La Niña het grootschalige patroon van atmosferische kooldioxideconcentraties beïnvloeden, en dat is ontzettend belangrijk."

GeoCarb zal een aantal onbeantwoorde vragen in de koolstofcycluswetenschap behandelen, met een focus op Amerika. Bijvoorbeeld, in hoeverre haalt het Amazonebekken koolstofdioxide uit de atmosfeer en slaat het op in bossen, en worden schattingen van methaanemissies over de continentale Verenigde Staten onderschat?

GeoCarb zal ook de eerste Amerikaanse satelliet zijn die methaan meet nabij het aardoppervlak, informatie die nuttig zal zijn voor de energiesector. Methaanlekkage bij de productie van aardgas kost de Amerikaanse industrie $ 5 miljard tot $ 10 miljard per jaar.

Zoals OCO-2, GeoCarb's zuurstof spectrale band, die nodig is om overvloed aan koolstofgassen om te zetten in concentraties, zal ook SIF meten. Deze zwakke gloed, uitgestoten door de chlorofylmoleculen in de bladeren van planten, is een indicator dat fotosynthese - het proces waarbij planten zonlicht omzetten in chemische energie en koolstof uit de atmosfeer opvangen - plaatsvindt. GeoCarb maakt dagelijks, bijna muur-tot-muur metingen van SIF onder alle weersomstandigheden, waardoor wetenschappers en anderen de effecten van droogte op de fotosynthese in bossen kunnen volgen, gewassen en graslanden.

GeoCarb staat op het fundament van OCO-2, die werd gebouwd door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. Zoals OCO-2, GeoCarb gebruikt een roosterspectrometer, maar voegt een vierde spectrale band toe om koolmonoxide en methaan te meten. Het zal dezelfde detectortechnologie gebruiken, algoritmen en kalibratietechnieken als OCO-2.

"We zouden GeoCarb nooit kunnen doen zonder OCO-2, " zei Moore. "Bij het ontwerpen van ons instrument zeiden we:laten we OCO doen, maar in een geostationaire baan. We bouwen voort op het werk van JPL bij het ontwerpen en bouwen van OCO-2 en het verwerken van de gegevens. In feite, veel leden van ons wetenschappelijke team werken ook aan de OCO-2-missie."

Het GeoCarb-instrument bekijkt gereflecteerd licht van de aarde door een smalle spleet. Wanneer de spleet op het aardoppervlak wordt geprojecteerd, het ziet een gebied van ongeveer 1, 740 mijl (2, 800 kilometer) van noord naar zuid en ongeveer 6 kilometer van oost naar west. In vergelijking, Het zwad van de OCO-2 is ongeveer 10 kilometer breed. GeoCarb staart ongeveer 4-1 / 2 seconden naar dat gebied, dan wordt de spleet een halve spleetbreedte verplaatst - 1,9 mijl, of 3 kilometer naar het westen, dubbele bemonstering mogelijk maken. Met deze techniek, GeoCarb kan de hele continentale Verenigde Staten in ongeveer 2-1/4 uur scannen, en van Brazilië naar de westkust van Zuid-Amerika in ongeveer 2-3/4 uur. Het is niet ontworpen om de oceanen te observeren, omdat de reflectiviteit over de oceanen te laag is om bruikbare gegevens te leveren.

Het exacte orbitale slot van GeoCarb zal worden toegewezen door SES-Government Solutions. Een slot verder naar het westen zal Amerikaanse waarnemingen boven Zuid-Amerika begunstigen, en vice versa voor een slot verder naar het oosten. In de toekomst, Moore zegt dat twee tot drie andere GeoCarb-achtige instrumenten die in een geostationaire baan op verschillende lengtegraden zijn geplaatst, een bijna wereldwijde dekking van het aardse landschap buiten de polen kunnen bieden.

Moore zegt GeoCarb en TEMPO, een andere NASA-missie voor atmosferische chemie / luchtkwaliteit die momenteel in ontwikkeling is, dienen als padvinders voor geostationaire, commercieel gehoste NASA-aardobservatiemissies. "Als we de juridische en praktische dagelijkse problemen kunnen oplossen, Ik zie deze missies het gezicht van de aardwetenschappen vanuit de ruimte veranderen. U hoeft niet te betalen voor een apart ruimtevaartuig of draagraket. Je koopt in wezen condo-ruimte op een ruimtevaartuig en betaalt voor data-downlink. De toekomst hier is erg spannend."