Volgende maand, NASA zal het meest geavanceerde laserinstrument in zijn soort de ruimte in lanceren, een missie beginnen om - in ongekend detail - veranderingen in de hoogte van het poolijs van de aarde te meten.

NASA's ijs, Cloud and land Elevation Satellite-2 (ICESat-2) meet de gemiddelde jaarlijkse hoogteverandering van landijs dat Groenland en Antarctica bedekt tot binnen de breedte van een potlood, 60 vangen, 000 metingen per seconde.

"De nieuwe observatietechnologieën van ICESat-2 - een topaanbeveling van de wetenschappelijke gemeenschap in NASA's eerste aardwetenschappelijke decenniumonderzoek - zullen onze kennis vergroten over hoe de ijskappen van Groenland en Antarctica bijdragen aan de zeespiegelstijging, " zei Michael Freilich, directeur van de Earth Science Division in NASA's Science Mission Directorate.

ICESat-2 zal het 15-jarige record van NASA voor het monitoren van de verandering in poolijshoogten uitbreiden en verbeteren, die in 2003 begon met de eerste ICESat-missie en in 2009 werd voortgezet met NASA's Operation IceBridge, een luchtlandingsonderzoekscampagne die het versnellende tempo van verandering bijhield.

Een technologische sprong

ICESat-2 vertegenwoordigt een grote technologische sprong voorwaarts in ons vermogen om veranderingen in ijshoogte te meten. Het Advanced Topographic Laser Altimeter System (ATLAS) meet de hoogte door te timen hoe lang het duurt voordat individuele lichtfotonen van het ruimtevaartuig naar de aarde en terug reizen.

"ATLAS eiste van ons dat we nieuwe technologieën ontwikkelen om de metingen te krijgen die wetenschappers nodig hebben om het onderzoek vooruit te helpen, " zei Doug McLennan, ICESat-2-projectmanager bij het Goddard Space Flight Center van NASA. "Dat betekende dat we een satellietinstrument moesten ontwikkelen dat niet alleen ongelooflijk nauwkeurige gegevens verzamelt, maar zal ook meer dan 250 keer zoveel hoogtemetingen verzamelen als zijn voorganger."

ATLAS zal 10 afvuren, 000 keer per seconde, honderden biljoenen fotonen naar de grond sturen in zes stralen groen licht. De rondreis van individuele laserfotonen van ICESat-2 naar het aardoppervlak en terug wordt getimed tot op de miljardste van een seconde om de hoogte nauwkeurig te meten.

Met zoveel fotonen die terugkeren uit meerdere bundels, ICESat-2 krijgt een veel gedetailleerder beeld van het ijsoppervlak dan zijn voorganger, ICESat. In feite, als de twee satellieten over een voetbalveld waren gevlogen, ICESat zou slechts twee metingen doen - één in elke eindzone - terwijl ICESat-2 130 metingen zou verzamelen tussen elke eindzone.

Terwijl het de aarde van pool tot pool omcirkelt, ICESat-2 zal vier keer per jaar ijshoogten langs hetzelfde pad in de poolgebieden meten, het verstrekken van seizoensgebonden en jaarlijkse monitoring van veranderingen in ijshoogte.

IJssmelt volgen

Honderden miljarden tonnen landijs smelten of stromen jaarlijks in de oceanen, bijdragen aan de wereldwijde stijging van de zeespiegel. In recente jaren, bijdragen van smelten van de ijskappen van Groenland en Antarctica alleen al hebben de wereldwijde zeespiegel met meer dan een millimeter per jaar doen stijgen, goed voor ongeveer een derde van de waargenomen zeespiegelstijging, en de koers stijgt.

ICESat-2-gegevens die de voortdurende hoogteverandering van ijskappen documenteren, zullen onderzoekers helpen het bereik van onzekerheid in voorspellingen van toekomstige zeespiegelstijging te verkleinen en die veranderingen te koppelen aan klimaatfactoren.

ICESat-2 zal ook de meest nauwkeurige poolbrede metingen tot nu toe doen van zee-ijsvrijboord, dat is de hoogte van het zee-ijs boven het aangrenzende zeeoppervlak. Deze meting wordt gebruikt om de dikte en het volume van zee-ijs te bepalen. Satellieten meten routinematig het door zee-ijs bedekte gebied en hebben sinds 1980 een afname van het Arctische zee-ijsgebied met ongeveer 40 procent waargenomen. maar nauwkeurig, Metingen van de dikte van het zee-ijs in de hele regio zullen ons begrip van de oorzaken van terugtrekking en verlies van zee-ijs verbeteren.

Hoewel drijvend zee-ijs de zeespiegel niet verandert als het smelt, het verlies ervan heeft verschillende gevolgen. De heldere Arctische ijskap reflecteert de warmte van de zon terug de ruimte in. Als dat ijs wegsmelt, het donkere water eronder absorbeert die warmte. Dit verandert wind- en oceaancirculatiepatronen, mogelijk van invloed zijn op het wereldwijde weer en klimaat op aarde.

Voorbij de polen, ICESat-2 meet de hoogte van oceaan- en landoppervlakken, inclusief bossen. ATLAS is ontworpen om zowel de toppen van bomen als de grond eronder te meten, die - in combinatie met bestaande datasets over de omvang van bossen - onderzoekers zullen helpen de hoeveelheid koolstof te schatten die is opgeslagen in de bossen van de wereld. Onderzoekers zullen ook de hoogtegegevens onderzoeken die zijn verzameld op oceaangolven, reservoirniveaus, en stedelijke gebieden.

Potentiële gegevensgebruikers hebben samengewerkt met ICESat-2-wetenschappers om de missiewetenschap te verbinden met maatschappelijke behoeften. Bijvoorbeeld, ICESat-2-metingen van sneeuw- en rivierhoogten kunnen lokale overheden helpen bij het plannen van overstromingen en droogtes. Boshoogtekaarten, met boomdichtheid en structuur, zou computermodellen kunnen verbeteren die brandweerlieden gebruiken om het gedrag van natuurbranden te voorspellen. Metingen van de dikte van het zee-ijs kunnen worden geïntegreerd in voorspellingen van de problemen van de Amerikaanse marine voor navigatie en zee-ijscondities.

"Omdat ICESat-2 metingen van ongekende precisie met wereldwijde dekking zal leveren, het zal niet alleen nieuwe inzichten opleveren in de poolgebieden, maar ook onverwachte bevindingen over de hele wereld, " zei Thorsten Markus, een ICESat-2-projectwetenschapper bij Goddard. "De capaciteit en mogelijkheid voor echte verkenning is immens."

ICESat-2 staat gepland voor 15 september vanaf de Vandenberg Air Force Base in Californië.