Met een klein duwtje in de baan van een satelliet, wetenschappers hebben binnenkort gelijktijdige laser- en radarmetingen van ijs, het verstrekken van nieuwe inzichten in de bevroren gebieden van de aarde. Op 16 juli, de European Space Agency (ESA) begint een reeks nauwkeurige manoeuvres die de baan van zijn radardragende CryoSat-2-satelliet ongeveer een halve mijl hoger zullen duwen - waardoor deze synchroon loopt met NASA's laserdragende Ice, Wolk en land Elevation Satellite 2, of ICESat-2.

Als de manoeuvres later deze zomer klaar zijn, de twee satellieten zullen binnen een paar uur na elkaar over een deel van het noordpoolgebied vliegen. Dat synchrone stuk, van meer dan 2, 000 mijl (3, 200 kilometer) elke dag of zo, zal de sleutel zijn voor het bestuderen van zee-ijs, die drijft op de Noordelijke IJszee en wordt verplaatst met stromingen en winden. Als de satellieten op verschillende tijdstippen metingen doen, de twee zouden verschillende ijsschotsen kunnen meten. Door de satellieten te synchroniseren, krijgen wetenschappers twee datasets voor hetzelfde ijs.

"Het combineren van deze twee metingen vanuit de ruimte zal leiden tot een gouden eeuw, " zei Tommaso Parrinello, CryoSat-2 missiemanager bij ESA. "Het is een kleine verandering voor CryoSat-2, maar zal een revolutie zijn voor de wetenschap."

Zowel de radar van CryoSat-2 als het laserinstrument van ICESat-2, een lidar genoemd, hoogte meten door signalen uit te zenden en te bepalen hoe lang het duurt voordat ze weerkaatsen van het aardoppervlak en terugkeren naar hun respectievelijke satellieten. Maar de verschillende signalen weerkaatsen op sommige oppervlakken anders, inclusief met sneeuw bedekt zee-ijs. Radars zoals Cryosat-2's zullen door de sneeuwlaag dringen en weerkaatsen op het ijs eronder. Laserinstrumenten zoals ICESat-2's reflecteren op de bovenkant van de sneeuwlaag. Het verschil tussen de twee geeft wetenschappers de diepte van de sneeuw bovenop zee-ijs.

"Als je laser en radar samen hebt, het geeft je deze echt opwindende kans om de diepte van de sneeuw te meten, wat we echt nooit eerder hebben kunnen doen vanuit de ruimte, " zei Rachel Tilling, een zee-ijswetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland en de Universiteit van Maryland in College Park. "En met sneeuwdiepte, we kunnen aanzienlijk nauwkeurigere metingen van de dikte van het zee-ijs krijgen."

Met betere metingen van sneeuwdiepte en zee-ijsdikte, onderzoekers kunnen inzicht krijgen in het complexe Arctische klimaatsysteem. Zee-ijs is misschien maar 10 voet dik of zo, maar het heeft een buitensporig effect op het klimaat op aarde, een soort beschermende deken vormen op de Noordelijke IJszee, zei Tilling. De sneeuw bovenop reflecteert straling van de zon, voorkomen dat het ijs smelt en de oceaan niet opwarmt. Het ijs zelf fungeert als een barrière tussen de atmosfeer en de oceaan - het verwijderen ervan zou de circulatiepatronen kunnen veranderen die de meer gematigde delen van de wereld bereiken. De nieuwe informatie kan klimaatmodellen verbeteren, evenals leiden tot nauwkeurigere voorspellingen voor scheepvaartnavigatie, ze zei.

Het idee om de twee satellieten op één lijn te brengen, zweeft rond onder de ijswetenschapsgemeenschap sinds CryoSat-2 in 2010 werd gelanceerd. toen ICESat-2 zich nog in de ontwikkelingsfase bevond, zei Tom Neumann, ICESat-2-projectwetenschapper bij NASA Goddard.

"Dit opent nieuwe wetenschappelijke mogelijkheden die met geen van beide missies afzonderlijk mogelijk waren, vooral voor zee-ijswetenschap, " zei Neumann. "Het is een inspanning van de basis, gepromoot door de wetenschappers en ingenieurs die vroegen of er een manier was om dit te laten gebeuren."

Het CryoSat-2 Flight Operations-team nam een ​​kijkje en kwam na maanden van analyse van de orbitale dynamiek met een plan. De Europese satelliet draait veel hoger en langzamer dan de Amerikaanse, zodat ze elkaar niet zomaar achter elkaar konden volgen, zei Ignacio Clerigo, CryoSat-2's ruimtevaartuig operations manager. In plaats daarvan, ze realiseerden zich dat ze de hoogte van het ruimtevaartuig met iets meer dan 900 meter konden verhogen, door een reeks van 15 nauwkeurig getimede boegschroefbranden, en dan zouden de twee satellieten elkaar elke 19e baan van CryoSat-2 en 20e baan van ICESat-2 overlappen. De overlappingen zijn meestal over het noordpoolgebied; volgende zomer op het noordelijk halfrond ESA zou de baan weer precies kunnen veranderen met een nieuwe reeks manoeuvres om zich tijdens de winter van die regio op Antarctica te concentreren.

"Het is een uitdaging, niet vanwege de manoeuvres zelf, maar vanwege het strakke schema, " zei Clerigo. "We hebben twee weken ononderbroken activiteiten. Elke stap is afhankelijk van de vorige en als iets niet gaat zoals verwacht, we zullen snel opnieuw moeten plannen om de doelbaan te bereiken."