Slik måler NASA stigende havnivå fra verdensrommet

Klimaendringer er en overhengende trussel mot menneskehetens fremtid, men det globale klimaet er så komplekst at det ofte er vanskelig å se omfanget av problemet. En av de beste måtene vi må måle klimaendringer på er kanskje ikke det du forventer – fordi det ikke handler om å måle landet eller atmosfæren. I stedet, for å lære om klimaendringer, må vi måle havet.

Økningen av havnivået påvirker ikke bare kystsamfunnene ved å redusere landmassen, men indikerer også det bredere problemet med stigende globale temperaturer. Det betyr at havnivåstigning er av stor betydning for NASA, som ikke bare ser ut til andre verdener, men også monitorer jorden fra verdensrommet. En ny overvåkingssatellitt på havnivå, Sentinel-6 Michael Freilich, var lansert i november 2020 og ble det offisielle referanseoppdraget for havnivåstigning i mars i år, etter å ha tatt over fra forgjengeren, Jason-3.

Med Sentinel-6 som tar på seg sin nye rolle, og en tvilling etterfølger, Sentinel-6b, som venter i vingene for å ta opp stafettpinnen når det kreves, er vi klar for de neste 10 årene med havnivåmålinger. Du kan til og med selv se hvor Sentinel-6 befinner seg over jorden akkurat nå, ved å spore den ved å bruke NASAs Eyes-nettapplikasjon.

Vi snakket med Josh Willis fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, prosjektforsker for både Sentinel-6 og Jason-3, om hvordan man kan måle havnivåstigningen fra verdensrommet.

Vårt målkort for klimaendringer

Havnivåstigning er ikke bare viktig for å forstå de skiftende havene. Det er også et av de mest verdifulle verktøyene vi har for å måle klimaendringer som helhet. "På en måte er det et målkort," sa Willis. "Det er målkortet vårt for hvordan vi har det med klimaet."

Det er fordi mye av den økende gjennomsnittstemperaturen på planeten som helhet reflekteres av nivået på havene. Det er tre store menneskeskapte faktorer som bidrar til havnivåstigningen: Smeltingen av isdekkene på Grønland og Antarktis, smeltingen av små isbreer andre steder rundt om på kloden, og oppvarmingen av havet som får det til å utvide. Disse faktorene bidrar omtrent en tredjedel hver til den totale økningen, på grunn av at mer vann tilføres hav når isbreer og iskapper smelter, samt utvidelse av vannet på grunn av økende globale temperaturer. Ettersom havene dekker så mye av kloden, ender de opp med å absorbere mye av overskuddsvarmen som genereres av menneskelig aktivitet.

"Jeg tenker på havnivåstigning som den klareste indikatoren på menneskelig innblanding i klimaet," sa Willis. "Hav dekker to tredjedeler av planetens overflate, de absorberer 90% av denne ekstra varmen som er hele årsaken til klimaendringene, og de absorberer også alt vannet som smelter fra isbreene og isen ark. Så de teller virkelig alt når det gjelder hvordan vi endrer klimaet på den mest omfattende måten.»

Og problemet er ikke bare at havnivået stiger. Det er at stigningstakten også går opp.

"Hastighetshastigheten til havene er ikke jevn. Det øker faktisk, sa Willis. "På begynnelsen av 1900-tallet steg havene med en hastighet på rundt to millimeter per år. På 90- eller 2000-tallet var det mer som tre. Og nå har det vært fire og fem millimeter per år. Så stigningstakten har mer enn doblet seg de siste hundre årene. Og det kommer til å fortsette å øke raskere og raskere."

30 år med kontinuerlige målinger

Noe av grunnen til at havnivåstigningsdata er så verdifulle er at de danner en langsiktig rekord som har blitt samlet inn siden 1990-tallet. De første globale målingene av havene fra verdensrommet begynte da TOPEX/Poseidon-oppdraget ble skutt opp i 1992, etterfulgt av de tre Jason-satellittene, og deretter den første Sentinel.

For å beholde konsistente data som kan sammenlignes gjennom årene, har alle oppdragene i denne serien blitt plassert i samme bane slik at de får samme utsikt over havene.

Hver gang en ny satellitt tok over fra forgjengeren, ville de to fly tett sammen i flere måneder. Dette tillot svært nøye kalibrering for å sikre at data kunne spores konsekvent på tvers av de fem satellittene til dags dato.

"Det er virkelig en fantastisk prestasjon i forhold til vår klimavitenskapelige rekord," sa Willis.

Ytterligere 10 år med målinger

"Vi har denne utrolige rekorden som er 30 år lang nå, og Sentinel-6 ble bygget for å forlenge rekorden med 10 år til," sa Willis. For å muliggjøre disse ekstra 10 årene med observasjoner, bygde NASA ikke én, men to satellitter, begge i hovedsak identiske, slik at når den nylig lanserte Sentinel-6 Michael Freilich kommer til slutten av sin levetid i 2025, kan tvillingen Sentinel-6b ta over. Det vil muliggjøre totalt 40 år med konsekvente registreringer av havnivåstigning.

"Det er første gang vi har bestemt oss som et samfunn for å gjøre dette på lang sikt - å forplikte oss til å gjøre målinger av havnivåstigning fra verdensrommet, ikke bare én satellitt om gangen," sa han. "Havnivået kommer ikke til å slutte å stige med det første, vi kommer ikke til å kunne slutte å måle det, så vi må ha denne kontinuiteten av målinger på tvers av oppdrag."

Hvis det ser ut til at disse satellittene har en relativt kort forventet levetid sammenlignet med andre satellittoppdrag som kan vare i flere tiår, er det relatert til høyden de opererer i. Da de første havnivåsatellittene ble skutt opp, hadde vi ikke så god teknologi til bestemme posisjonen til disse satellittene – og posisjonsdata er viktig for å få nøyaktig havnivå avlesninger. For å tillate dette ble satellittene skutt opp i en svært høy bane på 1300 kilometer, hvor det er svært lite atmosfære og derfor svært lite beskyttelse mot stråling.

Forskere ønsker å fortsette å sende satellitter til samme bane for å sikre kontinuerlige målinger, men det betyr å akseptere at disse satellittene vil bli rammet av stråling og bare vil vare noen få år Hver.

Instrumenter på satellitten

Nøyaktigheten av avlesningene er det som gjør at Sentinel-6-satellitten kan være det internasjonalt anerkjente verktøyet for å måle havnivåstigning. Forskere fra alle forskjellige felt og forskjellige land har blitt enige om at målingene tatt fra Sentinel-6 og dens forgjengere vil bli brukt som standardmåling for havnivåstigning.

Instrumentene på Sentinel-6 er relativt enkle, konseptuelt i hvert fall. Det er radaren, som sender radiobølger ned til overflaten for å måle avstanden mellom satellitten og havet, posisjoneringssystemene som gir informasjon om satellittens høyde, slik at denne kan trekkes fra havnivåmålingene, og deretter et viktig instrument som kalles en radiometer.

Radiometeret måler mengden vann i atmosfæren ved å se på lysstyrken til havet. Vannet i atmosfæren påvirker radiobølgene som sendes av radaren, så radiometeret er pålagt å korrigere for dette og sikre høy nøyaktighet for havnivåmålinger.

Disse tre instrumentene, sammen med de konsistente banene, er det som gjør Sentinel-6 til den mest nøyaktige metoden vi har for å måle havnivåstigning – og det er derfor den er nøyaktig nok til å være den internasjonale referansen oppdrag.

De skiftende havene

Den mer kompliserte delen av å måle havnivåstigning er hvordan man tolker dataene som samles inn av satellitten. Havet er ikke flatt, så satellitten beregner gjennomsnittsavlesninger over et område på flere kvadratkilometer for å tillate dette.

Men det er andre faktorer som også påvirker havnivået. Dette inkluderer været ettersom endringer i atmosfærisk trykk gjør at havet kuper opp når trykket er lavt, tidevannet og havstrømmer, og til og med tyngdekraften til undervannsfjell, som får topper til å vises i havnivået over dem. Forskerne som bruker data fra Sentinel-6 for å måle havnivåstigningen, må ta hensyn til disse andre faktorene ved å vurdere data om atmosfæriske forhold og kart over havets gravitasjonsfelt.

Alle disse andre effektene kan imidlertid gi nyttige data for andre forskningsfelt. Ved å se på hvor mye en avlesning har blitt beregnet i gjennomsnitt over et gitt område, kan forskerne anslå hvor store bølgene er, og hvor sterk vinden er. De kan se hvordan strømmer beveger seg gjennom havet i sanntid, fordi strømmer får havet til å vippe slik at den ene siden av strømmen er høyere enn den andre. De kan også spore rusk eller olje når det søles i havet.

Satellitten fortsetter også å samle inn data når den passerer over land, og disse dataene kan brukes til å overvåke innsjøer og elver.

All data som samles inn av satellitten er offentlig tilgjengelig, og den brukes av forskere over hele verden fra en lang rekke felt. Du kan finne data på JPL nettsted eller på NASAs nettsted for jorddata.

Trusselen om klimaendringer

Med prosjekter som Sentinel-6 kan vi direkte se hvordan klimaet vårt endrer seg på grunn av våre aktiviteter som mennesker. Vi kan se at havnivået ikke bare stiger, men at det stiger raskere og raskere, og det er ingen indikasjon på at denne endringen vil bremse eller stoppe med det første. Det er en eksistensiell terror i det.

"Når vi ser på hva som skjer med planeten, er det skummelt," sa Willis. "Vi har allerede drevet klimaet vårt inn i ukjent territorium. Og det blir mer og mer ukjent for hvert år.»

Imidlertid fortviler han ikke over menneskehetens fremtid. Han understreker heller at fremtiden til planeten vår er i våre egne hender.

"Det er fortsatt rom for håp, fordi dette er noe vi kan gjøre noe med," sa Willis. "Vi vet hva problemet er, og vi vet ganske mye hvordan vi skal fikse det. Det er ikke slik at det er en gigantisk meteor som er på vei mot jorden som kommer til å utslette oss alle. Vi kan faktisk gjøre noe med klimaendringene, vi må bare tilkalle viljen.»

Redaktørenes anbefalinger

• Kan nøkkelen til å leve i verdensrommet være... et godt belysningssystem?
• Disse nye NASA EV-ene vil drive astronauter et stykke til månen (en slags)
• Se denne SpaceX Falcon 9-boosteren tar sin 12. tur til verdensrommet
• Jakten på beboelige måner i solsystemet varmes opp
• SpaceX markerer rakettlanding nummer 200 med perfekt touchdown