Een van de belangrijkste elementen van het klimaatsysteem van de aarde is de cryosfeer - de vele vormen van ijs die op aarde worden aangetroffen. Twee nieuwe NASA-missies gebruiken verschillende technologieën om wetenschappers te helpen beter te begrijpen hoe bevroren water onze planeet beïnvloedt. Beide zullen satellietgegevensrecords voortzetten die ons begrip van de bevroren gebieden van de aarde aanzienlijk hebben verbeterd.

Maak kennis met GRACE Follow-On (GRACE-FO), en ICESat-2.

De GRACE-FO-missie, die op 22 mei werd gelanceerd, 2018 aan boord van een SpaceX Falcon 9-raket, is een samenwerking met het Duitse onderzoekscentrum voor geowetenschappen. Net als de vorige GRACE-missie, die actief was van 2002-2017, het paar GRACE-FO-satellieten meten minieme variaties in het zwaartekrachtveld van de aarde om te bepalen hoe massa zich in de loop van de tijd rond onze planeet beweegt.

Dr. Frank Webb, GRACE-FO-projectwetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) legt uit:"De metingen van GRACE-FO tonen de migratie van massa van de ene plaats op aarde naar de andere - welke regio's van de aarde aan massa winnen en welke verliezen. Het is gevoelig genoeg om kleine veranderingen in de verdeling van ijs en water te zien, waardoor we de trends en drijfveren van de watercyclus kunnen begrijpen, inclusief de bijdragen van de ijskappen aan de zeespiegelstijging."

Terwijl ijskappen smelten, ze verliezen massa, die de zwaartekracht van de aarde enigszins verandert, het veranderen van de krachten die de banen van de satellieten beheersen. De twee GRACE-FO-satellieten draaien in een baan van ~135 mijl (220 km) van elkaar, waarbij de ene satelliet de andere leidt. Als de leidende satelliet een verandering in zwaartekracht tegenkomt, de snelheid verandert evenals de relatieve afstand tot de achtervolgende satelliet.

Microgolven en lasers worden gebruikt om de kleine veranderingen in de afstand tussen de twee satellieten te meten in een constant kat-en-muisspel. Door meerdere passages over dezelfde locatie te meten, wetenschappers kunnen kaarten maken van het zwaartekrachtveld van die locatie. Over de bevroren gebieden van de aarde, deze informatie laat zien waar ijskappen en gletsjers aan massa winnen of verliezen.

Terwijl GRACE-FO een globaal beeld geeft van veranderingen in de verdeling van massa op aarde, ICESat-2 zal aanvullende metingen van de ijskaphoogte leveren.

ICESat-2, die naar verwachting in het najaar van 2018 van start gaat, is een enkele satelliet die wordt bediend vanuit het Goddard Space Flight Center van NASA en die zijn laser gebruikt om lichtstralen naar de aarde te schieten. Wetenschappers kunnen de hoogte van een locatie bepalen door de reistijd van deze laserpulsen te meten.

De oorspronkelijke ICESat-missie, die actief was van 2003-2010, een enkele laserstraal gebruikt. ICESat-2 gebruikt 6 stralen om de nauwkeurigheid en resolutie te verbeteren. Het gebruik van 6 stralen geeft wetenschappers meerdere datapunten binnen de voetafdruk van de laser, waardoor ze de helling van een gebied kunnen meten en vervolgens statische hellingsgegevens kunnen scheiden van de hoogteveranderingen van het gebied in de loop van de tijd.

Waarom is deze hoogte-informatie belangrijk? Dr. Thorsten Markus, hoofd van het Cryospheric Sciences Lab in Goddard legt uit, "ICESat-2's baan herhaalt metingen elke 90 dagen, waardoor we veranderingen kunnen zien en tegelijkertijd kunnen bepalen wat de drijvende krachten achter die verandering zijn. Bijvoorbeeld, wordt smelten in de ene regio gecompenseerd door sneeuwval in een andere?"

Grace-FO en ICESat-2 zullen de nieuwste NASA-missies zijn die worden gebruikt om de cryosfeer en zijn rol in het aardesysteem te bestuderen. Naast hun cryosferische doelstellingen, deze satellieten geven belangrijk inzicht in het gedrag van andere componenten van het aardsysteem, zoals veranderingen in ondergronds opgeslagen water voor GRACE-FO en ecosysteemstructuur voor ICESat-2. Het vermogen van deze sensoren om meerdere componenten van het aardsysteem aan te pakken, is een goed voorbeeld van hoe NASA de aarde behandelt als een complex, interactief systeem.