Een paar nieuwe ruimtevaartuigen die de steeds veranderende watercyclus van onze planeet zullen observeren, ijskappen en korst zijn in de laatste voorbereidingen voor een lancering in Californië niet eerder dan zaterdag, 19 mei. The Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO) missie, een samenwerking tussen NASA en het Duitse onderzoekscentrum voor geowetenschappen (GFZ), zal overnemen waar de eerste GRACE-missie ophield toen het zijn 15-jarige missie in 2017 voltooide.

GRACE-FO zal de maandelijkse veranderingen in de verdeling van massa binnen en tussen de atmosfeer van de aarde blijven volgen, oceanen, land en ijskappen, evenals binnen de vaste aarde zelf. Deze gegevens zullen unieke inzichten verschaffen in het veranderende klimaat op aarde, Aardse systeemprocessen en zelfs de effecten van sommige menselijke activiteiten, en verstrekkende voordelen voor de samenleving, zoals het verbeteren van het waterbeheer.

"Water is van cruciaal belang voor elk aspect van het leven op aarde - voor de gezondheid, voor landbouw, voor het behoud van onze manier van leven, " zei Michael Watkins, GRACE-FO wetenschappelijk leider en directeur van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. "Je kunt het niet goed beheren totdat je het kunt meten. GRACE-FO biedt een unieke manier om water te meten in veel van zijn fasen, waardoor we de watervoorraden effectiever kunnen beheren."

Zoals GENADE, GRACE-FO zal een innovatieve techniek gebruiken om iets te observeren dat niet direct vanuit de ruimte te zien is. Het gebruikt het gewicht van water om zijn beweging te meten - zelfs water dat ver onder het aardoppervlak verborgen is. GRACE-FO zal dit doen door zeer nauwkeurig de veranderingen in de vorm van het zwaartekrachtveld van de aarde te meten, veroorzaakt door de beweging van enorme hoeveelheden water, ijs en vaste aarde.

"Als water ondergronds is, het is onmogelijk om rechtstreeks vanuit de ruimte te observeren. Er is geen foto die je kunt maken of radar die je van het oppervlak kunt weerkaatsen om veranderingen in dat diepe water te meten, "zei Watkins. "Maar het heeft massa, en GRACE-FO is bijna de enige manier die we hebben om het op grote schaal waar te nemen. evenzo, het volgen van veranderingen in de totale massa van de poolijskappen is ook erg moeilijk, maar GRACE-FO plaatst in wezen een 'schaal' onder hen om hun veranderingen in de loop van de tijd te volgen."

Een erfenis van ontdekkingen

GRACE-FO zal het GRACE-gegevensrecord met nog eens vijf jaar verlengen en zijn erfenis van wetenschappelijke prestaties uitbreiden. GRACE beschrijft het voortdurende verlies van massa van de Groenlandse en Antarctische ijskappen en berggletsjers. Die schat aan gegevens werpen licht op de belangrijkste processen, kortetermijnvariabiliteit en langetermijntrends die van invloed zijn op de zeespiegelstijging, helpen om projecties op zeeniveau te verbeteren. De schattingen van de totale waterberging op het land afgeleid van GRACE-gegevens, van grondwaterveranderingen in diepe watervoerende lagen tot veranderingen in bodemvocht en oppervlaktewater, geven waterbeheerders nieuwe instrumenten om de impact van droogtes te meten en overstromingen te monitoren en te voorspellen.

GRACE-gegevens zijn ook gebruikt om veranderingen in diepe oceaanstromingen af ​​te leiden, een drijvende kracht in het klimaat op aarde. Zijn atmosferische temperatuurprofielgegevens, afgeleid van metingen van hoe signalen van de constellatie van GPS-satellieten werden gebogen terwijl ze door de atmosfeer reisden en werden ontvangen door antennes op de GRACE-satellieten, hebben bijgedragen aan Amerikaanse en Europese weersvoorspellingsproducten. GRACE-gegevens zijn zelfs gebruikt om veranderingen binnen de vaste aarde zelf te meten, inclusief de reactie van de aardkorst op het terugtrekken van gletsjers sinds de laatste ijstijd, en de impact van grote aardbevingen.

Volgens Frank Webb, GRACE-FO projectwetenschapper bij JPL, de nieuwe missie zal onschatbare observaties opleveren van klimaatgerelateerde massaveranderingen op de lange termijn.

"De enige manier om zeker te weten of waargenomen meerjarige trends langetermijnveranderingen in de massabalans vertegenwoordigen, is door de lengte van de waarnemingen te verlengen, ' zei Webb.

Een ronddraaiende kat en muis

Net als zijn voorgangers, de twee identieke GRACE-FO-satellieten zullen als één instrument functioneren. De satellieten draaien om de aarde ongeveer 220 kilometer uit elkaar, op een initiële hoogte van ongeveer 305 mijl (490 kilometer). Elke satelliet zendt continu microgolfsignalen naar de andere om de veranderingen in de afstand tussen de satellieten nauwkeurig te meten. Terwijl ze over een enorme aardse functie vliegen, zoals een bergketen of een ondergrondse watervoerende laag, de aantrekkingskracht van die functie sleepboten op de satellieten, het veranderen van de afstand tussen hen. Door veranderingen in hun scheidingsafstand met ongelooflijke nauwkeurigheid te volgen - tot minder dan de dikte van een mensenhaar - kunnen de satellieten deze regionale zwaartekrachtveranderingen in kaart brengen.

Een GPS-ontvanger wordt gebruikt om de positie van elk ruimtevaartuig te volgen ten opzichte van het aardoppervlak, en versnellingsmeters aan boord registreren niet-zwaartekrachtkrachten op het ruimtevaartuig, zoals atmosferische weerstand en zonnestraling. Deze gegevens worden gecombineerd om maandelijkse kaarten te produceren van de regionale veranderingen in de mondiale zwaartekracht en de bijbehorende massavariaties nabij het oppervlak, die voornamelijk veranderingen in de verdeling van de watermassa in de atmosfeer van de aarde weerspiegelen, oceanen, land en ijskappen.

In aanvulling, GRACE-FO zal een experimentele Laser Ranging Interferometer testen, een instrument dat de nauwkeurigheid van metingen tussen de twee ruimtevaartuigen met een factor 10 of meer zou kunnen verhogen, voor toekomstige missies vergelijkbaar met GRACE. De interferometer, ontwikkeld door een Duits/Amerikaans instrumententeam, zal de eerste demonstratie in de ruimte zijn van laserinterferometrie tussen satellieten.

"De Laser Ranging Interferometer is een uitstekend voorbeeld van een geweldige samenwerking, " zei Frank Flechtner, GRACE-FO projectmanager van GFZ. "Ik kijk ernaar uit om deze innovatieve intersatellietbereikgegevens en hun impact op zwaartekrachtveldmodellering te analyseren."

GRACE-FO zal in een baan om de aarde worden gelanceerd met vijf Iridium NEXT-communicatiesatellieten op een commercieel aangeschafte SpaceX Falcon 9-raket van de Vandenberg Air Force Base in Californië. Deze unieke "rideshare"-lancering zal eerst GRACE-FO inzetten, dan zal de tweede trap van de Falcon 9 doorgaan naar een hogere baan om de Iridium-satellieten in te zetten.