ICESat-2 bestudeert het ijs op Aarde

Artist impression van de ICESat-2 in een baan om de Aarde.
Artist impression van de ICESat-2 in een baan om de Aarde. Credit: Goddard Space Center.

De Ice, Cloud en land Elevation Sattellite-2, ICESat-2 dus, is de meest geavanceerde satelliet van de NASA die het ijs op Aarde kan monitoren. De satelliet kan veranderingen in de dikte van het ijs, groei van bossen en wolkenhoogtes tot op 0.4 millimeter per jaar waarnemen. ICESat-2 moet een zeer gedetailleerd beeld van de veranderende systemen op Aarde gaan weergeven.

Wetenschappers willen de gegevens van de satelliet gebruiken voor het verbeteren van klimaatmodellen en het verbeteren van voorspellingen van de stijging van de zeespiegel en de veranderingen van het klimaat als gevolg van smeltend ijs.

ICESat-2 werd gebouwd door Northrop Grumman Innovation Systems en ontworpen door het Goddard Space Center van de NASA. De satelliet heeft een lengte van 3,81 meter en meet aan de basis 2,5 bij 1,9 meter. Het is een van de grootste satellieten die door het Goddard Space Center zijn gebouwd.

Na 10 jaar en verschillende hernieuwde lanceerdata is de satelliet uiteindelijk op 15 september 2018 met behulp van een Delta II-raket vanaf de lanceerbasis Vandenberg Air Force Base in Californië gelanceerd.

Wetenschappelijke doelen

  • Het meten van de veranderingen van de ijsmassa van ijsplaten en gletsjers over de gehele wereld.
  • Meten hoeveel ijs er smelt op Groenland en Antarctica en bepalen in hoeverre dit bijdraagt bij het stijgen van de zeespiegels. Zo is bijvoorbeeld het smelten van ijs op Antarctica in de afgelopen vijf jaar versneld.
  • Het bepalen van de dikte van het ijs op Arctica en de volgen van de veranderingen. Wetenschappers weten hoe veel het ijsoppervlak in de Noordpoolcirkel sinds 1980 is veranderd. Maar satellieten zoals ICESat-2 zijn noodzakelijk voor het bepalen van de dikte van het ijs op zee. Een afname van de dikte van dit ijs kan ervoor zorgen dat meer zonlicht het oppervlak van de oceanen bereikt waardoor de temperatuur van het water toeneemt en de opwarming van de oceaan wordt versneld.
  • Het bepalen van de hoogte van bossen om met die informatie de hoeveelheid koolstof (in de vorm van koolstofdioxide) te bepalen die in planten is opgenomen. Planten slaan koolstof op als voedsel en ze gebruiken het om te groeien. Die opgeslagen koolstof kan niet gebruikt worden voor de opwarming van het klimaat of het verzuren van de oceanen.

ICESat-2 is de opvolger van de ICESat die al 15 jaar lang data heeft verzameld. ICESat functioneerde tussen 2003 en 2010. Het eerste voorstel voor ICESat-2 stamt uit 2008 maar de bouw begon pas in 2010 met de bedoeling de satelliet in 2015 te lanceren. Tussen deze twee ijssatellieten in maakte de NASA gebruik van Operation IceBridge om tussen 2009 en nu essentiële gebieden op aarde te volgen.

ATLAS – de wetenschappelijke krachtpatser van de ICESat-2-missie

ICESat-2 kostte een slordige 1 miljard dollar. Veel van dat geld werd besteed aan de ontwikkeling en de bouw van de Advanced Topographic Laser Altimeter System, afgekort ATLAS. Dit instrument werkt ongeveer als een stopwatch; het stuurt een laserpuls naar beneden en meet de tijd dat het duurt voordat de laserpuls terug is bij de satelliet. Hoe korter de tijd hoe hoger het voorwerp is dat de puls weerkaatste. Klinkt heel simpel maar dat is het niet want ATLAS vuurt een groene laserstraal af (op een golflengte van 532 nanometer) en die wordt in een diffractor in 6 stralen opgedeeld die in 3 paren worden gebundeld. Op Aarde vormen deze drie lasers een lijn. Iedere laser in een paar bevindt zich 90 meter uit elkaar en ieder laserpaar bevindt zich 3,3 kilometer van het andere laserpaar.

Met dit ontwerp van de ICESat-2 kan de helling van een oppervlak worden berekend en als hier geen rekening mee wordt gehouden kan dit worden gezien als veranderingen in hoogte. Dat probleem ontdekte de NASA bij het enkelvoudige lasersysteem GLAS waarmee de ICESat was uitgerust. ATLAS is uitgerust met een back-up laser in het geval de eerste laser problemen geeft.

ATLAS vuurt 10.000 laserpulsen af per seconde en iedere puls bevat ongeveer 300 biljoen fotonen. Ongeveer 12 fotonen per puls komen weer terug bij de satelliet en die 12 fotonen raken een 0,8 meter grote reflecterende beryllium spiegel die in een sensor zit. De sensor stopt de stopwatch en meet de tijd die de fotonen hebben gereisd tot op een miljadste van een seconde nauwkeurig. Deze timing wordt vergeleken met de positie van de satelliet; aan boord is een zeer nauwkeurig gps-systeem en er is een Star Tracker aan boord die aan de hand van de sterren de positie van de satelliet bepaalt. Op die manier kan worden bepaald welk object op Aarde op dat moment werd gemeten.

Om het een beetje anders uit te leggen: in de halve seconde die een mens nodig heeft om met zijn ogen te knipperen verzamelt de ICESat-2 per laserstraal 5000 hoogtemetingen. Dat zijn dus 30.000 metingen en tussen iedere meting bevindt zich 71 centimeter.

ICESat-2 bevindt zich in een polaire baan en reist iedere 91 dagen in 1387 verschillende banen om de Aarde heen. Als gevolg hiervan zal de satelliet in ieder seizoen van het jaar gegevens verzamelen.

De satelliet heeft een geplande missieduur van 3 jaar. Een groot gedeelte van het gewicht van 1580 kilogram bestaat uit brandstof. De missieleiding kan de levensduur van de ICESat-2 eventueel oprekken tot ongeveer 7 jaar.

 

Eerste publicatie: 15 september 2018