Sådan måler NASA stigende havniveauer fra rummet

Klimaændringer er en overhængende trussel mod menneskehedens fremtid, men det globale klima er så komplekst, at det ofte er svært overhovedet at se problemets omfang. En af de bedste måder, vi har til at måle klimaændringer, er måske ikke, hvad du forventer - for det handler ikke om at måle jorden eller atmosfæren. I stedet skal vi måle havet for at lære om klimaændringer.

Stigningen i havniveauet påvirker ikke kun kystsamfund ved at reducere landmassen, men indikerer også det bredere problem med stigende globale temperaturer. Det betyder, at havniveaustigningen er af stor betydning for NASA, som ikke kun ser ud til andre verdener, men også skærme jorden fra rummet. En ny havovervågningssatellit, Sentinel-6 Michael Freilich, var lanceret i november 2020 og blev den officielle referencemission for havniveaustigning i marts i år, efter at have overtaget fra sin forgænger, Jason-3.

Med Sentinel-6, der påtager sig sin nye rolle, og en tvillingefterfølger, Sentinel-6b, venter i kulissen på at tage stafetten op, når det er nødvendigt, er vi klar til de næste 10 års havniveaumålinger. Du kan endda selv se, hvor Sentinel-6 er placeret over Jorden lige nu, ved at spore den vha NASAs Eyes-webapplikation.

Vi talte med Josh Willis fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, projektforsker for både Sentinel-6 og Jason-3, om hvordan man måler havniveaustigningen fra rummet.

Vores scorekort for klimaændringer

Havniveaustigning er ikke kun vigtig for at forstå de skiftende oceaner. Det er også et af de mest værdifulde værktøjer, vi har til at måle klimaændringer som helhed. "På en måde er det et scorekort," sagde Willis. "Det er vores scorekort for, hvordan vi har det med klimaet."

Det skyldes, at meget af den stigende gennemsnitstemperatur på planeten som helhed afspejles af havenes niveau. Der er tre store menneskeskabte faktorer, der bidrager til havniveaustigningen: Afsmeltningen af ​​iskapperne i Grønland og Antarktis, smeltningen af ​​små gletschere andre steder på kloden og opvarmningen af ​​havet, der får det til at udvide. Disse faktorer bidrager hver især med ca. en tredjedel til den samlede stigning på grund af, at der tilføres mere vand oceaner, når gletsjere og iskapper smelter, samt udvidelsen af ​​vandet på grund af stigende globale temperaturer. Da havene dækker så meget af kloden, ender de med at absorbere meget af den overskydende varme, der genereres af menneskelig aktivitet.

"Jeg tænker på havniveaustigning som den klareste indikator for menneskelig indblanding i klimaet," sagde Willis. "Havene dækker to tredjedele af planetens overflade, de absorberer 90% af denne ekstra varme, der er hele årsag til klimaændringer, og de absorberer også alt det vand, der smelter fra gletsjere og is ark. Så de tæller virkelig alt i forhold til, hvordan vi ændrer klimaet på den mest overordnede måde."

Og problemet er ikke kun, at havniveauet stiger. Det er, at stigningstakten også stiger.

"Hastigheden af ​​havenes stigning er ikke stabil. Det er faktisk stigende," sagde Willis. "I den tidlige del af det 20. århundrede steg havene med en hastighed på omkring to millimeter om året. I 90'erne eller 2000'erne var det mere som tre. Og nu er det blevet til fire og fem millimeter om året. Så stigningstakten er mere end fordoblet i de sidste hundrede år. Og det vil fortsætte med at stige hurtigere og hurtigere."

30 års kontinuerlige målinger

En del af grunden til, at havniveaustigningsdata er så værdifulde, er, at de danner en langsigtet rekord, der er blevet indsamlet siden 1990'erne. De første globale målinger af havene fra rummet begyndte, da TOPEX/Poseidon-missionen blev opsendt i 1992, efterfulgt af de tre Jason-satellitter og derefter den første Sentinel.

For at holde ensartede data, der kan sammenlignes gennem årene, er alle missionerne i denne serie blevet placeret i samme kredsløb, så de får samme udsigt over havene.

Hver gang en ny satellit tog over fra sin forgænger, ville de to flyve tæt sammen i flere måneder. Dette tillod meget omhyggelig kalibrering for at sikre, at data kunne spores konsekvent på tværs af de fem satellitter til dato.

"Det er virkelig en fantastisk præstation i forhold til vores klimavidenskabelige rekord," sagde Willis.

Endnu 10 år med målinger

"Vi har denne utrolige rekord, der er 30 år lang nu, og Sentinel-6 blev bygget til at forlænge den rekord med 10 år mere," sagde Willis. For at muliggøre disse ekstra 10 års observationer byggede NASA ikke én, men to satellitter, begge i det væsentlige identiske, så når den nyligt lancerede Sentinel-6 Michael Freilich kommer til slutningen af ​​sin levetid i 2025, kan dens tvillinge Sentinel-6b tage over. Det vil muliggøre i alt 40 års konsekvente registreringer af havniveaustigninger.

"Det er første gang, vi som et samfund har besluttet at gøre dette på lang sigt - at forpligte os til at foretage målinger af havniveaustigninger fra rummet, ikke kun en satellit ad gangen," sagde han. "Havniveauet vil ikke stoppe med at stige lige om lidt, vi vil ikke være i stand til at holde op med at måle det, så vi er nødt til at have denne kontinuitet af målinger på tværs af missioner."

Hvis det ser ud til, at disse satellitter har en relativt kort forventet levetid sammenlignet med andre satellitmissioner, der kan vare årtier, er det relateret til den højde, de opererer i. Da de første havstigningssatellitter blev opsendt, havde vi ikke så god teknologi til at bestemme positionen af ​​disse satellitter – og positioneringsdata er vigtige for at få nøjagtigt havniveau aflæsninger. For at tillade dette blev satellitterne sendt op i en meget høj bane på 1.300 kilometer, hvor der er meget lidt atmosfære og derfor meget lidt beskyttelse mod stråling.

Forskere ønsker at blive ved med at sende satellitter til den samme bane for at sikre kontinuerlige målinger, men det betyder, at man accepterer, at disse satellitter vil blive ramt af stråling og kun vil holde i relativt få år hver.

Instrumenter på satellitten

Nøjagtigheden af ​​dens aflæsninger er det, der gør det muligt for Sentinel-6-satellitten at være det internationalt anerkendte værktøj til måling af havniveaustigning. Forskere fra alle forskellige områder og forskellige lande er blevet enige om, at målingerne taget fra Sentinel-6 og dens forgængere ville blive brugt som standardmåling for havniveaustigning.

Instrumenterne på Sentinel-6 er relativt enkle, konceptuelt i hvert fald. Der er radaren, som sender radiobølger ned til overfladen for at måle afstanden mellem satellitten og havet, positioneringssystemerne, der giver information om satellittens højde, så denne kan trækkes fra havniveaumålingerne, og så endnu et vigtigt instrument kaldet en radiometer.

Radiometeret måler mængden af ​​vand i atmosfæren ved at se på havets lysstyrke. Vandet i atmosfæren påvirker de radiobølger, som radaren sender, så radiometeret skal korrigere for dette og sikre en høj nøjagtighed for havniveaumålinger.

Disse tre instrumenter, sammen med de konsistente baner, er det, der gør Sentinel-6 til den mest nøjagtige metode, vi har til at måle havniveaustigningen - og derfor er den nøjagtig nok til at være den internationale reference mission.

De skiftende oceaner

Den mere komplicerede del af måling af havniveaustigning er, hvordan man fortolker de data, der er indsamlet af satellitten. Havene er ikke flade, så satellitten gennemsnittet af aflæsninger over et område på flere kvadratkilometer for at tillade dette.

Men der er også andre faktorer, der påvirker havniveauet. Dette inkluderer vejret, da ændringer i atmosfærisk tryk tillader havet at vælde op, når trykket er lavt, tidevandet og havstrømme, og endda tyngdekraften af ​​undersøiske bjerge, som får toppe til at dukke op i havoverfladen over dem. Forskerne, der bruger data fra Sentinel-6 til at måle havniveaustigningen, skal tage højde for disse andre faktorer ved at overveje data om atmosfæriske forhold og kort over havets tyngdefelt.

Alle disse andre effekter kan dog give nyttige data til andre forskningsområder. Ved at se på, hvor meget en aflæsning er blevet gennemsnittet over et givet område, kan forskerne vurdere, hvor store bølgerne er, og hvor kraftige vindene er. De kan se, hvordan strømme bevæger sig gennem havet i realtid, fordi strømme får havet til at vippe, så den ene side af strømmen er højere end den anden. De kan også spore affald eller olie, når det spildes i havet.

Satellitten bliver også ved med at indsamle data, når den passerer over land, og disse data kan bruges til at overvåge søer og floder.

Alle de data, der er indsamlet af satellitten, er offentligt tilgængelige, og de bruges af forskere over hele verden fra en lang række områder. Du kan finde data på JPL hjemmeside eller på NASAs Jorddata-websted.

Truslen om klimaændringer

Med projekter som Sentinel-6 kan vi direkte se, hvordan vores klima ændrer sig på grund af vores aktiviteter som mennesker. Vi kan se, at havniveauet ikke kun stiger, men at det stiger hurtigere og hurtigere, og der er intet, der tyder på, at denne ændring vil bremse eller stoppe foreløbig. Der er en eksistentiel terror i det.

"Når vi ser, hvad der sker med planeten, er det skræmmende," sagde Willis. "Vi har allerede drevet vores klima ind på ukendt territorium. Og det bliver mere og mere ukendt for hvert år."

Han fortvivler dog ikke over menneskehedens fremtid. Han understreger snarere, at vores planets fremtid er i vores egne hænder.

"Der er stadig plads til håb, for det er noget, vi kan gøre noget ved," sagde Willis. "Vi ved, hvad problemet er, og vi ved stort set, hvordan vi løser det. Det er ikke sådan, at der er en kæmpe meteor, der er på vej mod Jorden, som kommer til at udslette os alle sammen. Vi kan faktisk gøre noget ved klimaforandringerne, vi skal bare tilkalde viljen."

Redaktørens anbefalinger

• Kunne nøglen til at leve i rummet være... et godt belysningssystem?
• Disse nye NASA EV'er vil køre astronauter et stykke vej til månen (en slags)
• Se denne SpaceX Falcon 9-booster tage sin 12. tur til rummet
• Jagten på beboelige måner i solsystemet bliver varmere
• SpaceX markerer raketlanding nummer 200 med perfekt touchdown