Anfang des Monats flog ein NASA-Instrument im Bauch eines kleinen Flugzeugs über den Grönländischen Eisschild und die eisigen Gewässer des Arktischen Ozeans. Das Instrument überflog zerklüftete Gletscher, Eisschollen in Schmelzwasserbecken und die matschigen Ränder des Eisschildes, wobei es einen schnell feuernden Laser nutzte, um die Höhe der Oberfläche unter ihm zu vermessen.
Das Ziel der dreiwöchigen, luftgestützten Kampagne war zu bestimmen, wie das Licht des grünen Lasers mit verschiedenen Eis- und Schneetypen interagiert. Wenn der Ice, Cloud and Land Elevation Satellite-2 (ICESat-2) mit einem ähnlichen grünen Laser an Bord startet, können Wissenschaftler präzise Informationen sammeln, um Fragen über die gefrorenen Regionen der Erde anzugehen. Dazu gehört unter anderem die Frage, wie das Schmelzwasser von Eisschilden zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt.
“Eisschilde wie Ost-Antarktika, West-Antarktika oder Grönland sind ausgedehnte Regionen, in denen schon eine geringe Veränderung auf dieser großen Fläche eine Menge Wasser ins Meer entlässt”, sagte Kelly Brunt vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). “Die NASA versucht, das zu beziffern.”
Die Grönland-Kampagne ist Teil eines mehrjährigen Vorhabens, um vor dem Start von ICESat-2 möglichst viel darüber zu erfahren, wie ähnliche Laser und Photonendetektoren die Höhe des Eisschildes messen und wie die Daten aussehen. Unter Verwendung von Daten anderer luftgestützter Kampagnen mit Multiple Altimeter Beam Experimental Lidar (MABEL) Instrumenten hat das ICESat-2-Wissenschaftsteam Computerprogramme ausgearbeitet, um Datenerzeugnisse für die kommende Satellitenmission zu entwickeln.
“MABEL gab uns wirklich eine Möglichkeit, Datenerzeugnisse und Algorithmen zu entwickeln, um die Oberfläche zu messen, wo immer wir es fliegen ließen – über Bäume, Wüsten, Ozeane, Seen, sowie Meer- und Landeis”, sagte Thomas Neumann, ein Kryosphärenforscher vom Goddard Space Flight Center.
Das Slope Imaging Multi-polarization Photon-counting Lidar (SIMPL), das diesen Monat über Grönland flog, wurde am Goddard Space Flight Center der NASA entwickelt und wird die Forscher dabei unterstützen, sich auf die Analyse der ICESat-2-Daten vorzubereiten. SIMPL nimmt Höhenmessungen mit einem roten und einem grünen Laser vor, wodurch die Wissenschaftler feststellen können, ob sich grünes Licht anders verhält, wenn es von verschiedenen Schnee- und Eistypen reflektiert wird. “SIMPL macht bessere Datenerzeugnisse möglich und bessere Datenerzeugnisse erlauben bessere Abschätzungen über die Veränderungen des Meeresspiegels”, sagte Neumann, der leitende Projektwissenschaftler der Mission.
Neben SIMPL nahm an der Kampagne auch ein Instrument teil, das am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien) entwickelt wurde: das Airborne Visual Imaging Infrared Spectrometer – Next Generation, kurz AVIRIS-NG. Dieses abbildende Spektrometer lässt Forscher die Eigenschaften von Schnee und Eis identifizieren und ergänzt die SIMPL-Analysen.
Im Orbit wird ICESat-2 seine Laserinstrumente nutzen, um die Höhe der Planetenoberfläche zu messen – von Gletschern über Baumkronen bis zum Meer. Es ist eine relativ neue Technologie. Die erste ICESat-Mission maß die Höhe mittels eines einzigen starken Laserstrahls und der Zeitspanne, die ein Laserimpuls aus tausenden Photonen benötigte, um von der Oberfläche reflektiert zu werden und zum Satelliten zurück zu gelangen. Die ICESat-2-Mission der zweiten Generation wird sechs schwächere Laserstrahlen verwenden, aber sie wird Detektoren nutzen, welche die Zeitspanne einzelner Photonen registrieren können. Das führt zu viel mehr Datenpunkten und zu der Notwendigkeit von neuen Methoden zur Analyse dieser Daten.
Wenn er über die Eisschilde fliegt und in jeder Jahreszeit Höhenmessungen der gleichen Gebiete vornimmt, wird ICESat-2 eine Aufzeichnung der Höhenveränderungen im Verlauf der Zeit bereitstellen. Mit diesen Informationen können Wissenschaftler Computerprogramme füttern, um abzuschätzen, wie viel Wasser des Landeises geschmolzen und ins Meer geflossen ist.
Trotzdem sei es keine leichte Aufgabe, sagte Brunt. Wenn sich Schnee auf einem Eisschild ablagert, hängt seine Dichte von den Lufttemperaturen und der Schneefallrate ab. Und der Boden unter Schnee- und Eisschichten kann sich deformieren, wenn das Eis schmilzt, oder wenn es sich darüber aufschichtet. Beide Faktoren und noch einige andere werden in die Computerprogramme einbezogen, um Wissenschaftlern bei der Datenanalyse zu helfen. ICESat-2 werde den Meeresspiegel außerdem direkt messen, wenn er 15 Erdumkreisungen pro Tag macht, erläuterte Neumann.
“Es ist eine globale Mission, die von überall Daten sammelt – und sie wird einen Großteil ihrer Zeit über dem Meer verbringen und Daten sammeln”, sagte Neumann. “Man kann die gleiche Region des Meeres wieder und wieder und wieder sehen.” Mit tausenden Datenpunkten, die über große Gebiete gemittelt werden, kann ICESat-2 helfen, die Oberflächenhöhe des Ozeans zu kartieren, insbesondere, wenn die Daten mit Daten anderer Satellitenmission kombiniert werden.
Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4704
(THK)
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