IceSat-2: powrót laserowego badacza lądolodów

Satelita IceSat-2. Rys. NASA Satelita IceSat-2. Rys. NASA

Czasem tak się zdarza, że jakiś temat… przeważa. W tym tygodniu są nim najwyraźniej kosmiczne lasery. Jeszcze nie nacieszyłem się danymi Aeolus, a na orbitę właśnie trafił kolejny laser – ATLAS – wystrzelony na pokładzie amerykańskiego satelity IceSat-2. Zadaniem nowej misji będą badania lodu i roślinności. Co konkretnie?

ATLAS, czyli Advanced Topographic Laser Altimeter System, to typowy laser do pomiarów odległości. Taki laserowy dalmierz w wersji „astro”. Jak to działa? W pierwszej kolejności nadajnik wysyła impuls światła. W przypadku IceSat-2 zielonego, fala o długości 532 nanometrów. Impuls odbija się od powierzchni Ziemi i powraca do satelity. Detektory mierzą czas, jaki mija między wystrzeleniem impulsu, a chwilą powrotu sygnału zwrotnego. Ponieważ wiadomo, jak szybko wędruje światło, z czasu trwania podróży można wyliczyć odległość dzielącą satelitę i Ziemię. Znając odległość, naukowcy są w stanie zrekonstruować kształt powierzchni planety. I tego, co na niej się znajduje.

Tu przechodzimy do sedna sprawy. ATLAS został zaprojektowany tak, by dostarczyć danych o topografii lodu i wysokości drzew. Jeśli chodzi lód, w polu zainteresowania są przede wszystkim lądolody Grenlandii i Antarktydy, lód pływający. W dalszej kolejności lodowce górskie. Badacze oczekują, że IceSat-2 zauważy każdą zmianę w grubości lodu, która jest większa niż 4 mm/rok. Tak duża precyzja będzie osiągalna tylko dla czap lodowych. W przypadku lodowców najmniejszy zauważalny trend ma wynosić 25 cm lodu na rok.

Po co komu ta wiedza? Badania lodu są ważne dla ocenienia w jakim tempie kurczy się ziemska kriosfera. Jeśli wysokość lodowców będzie malała, wskaże to na topnienie lodu. Wzrost wysokości udowodni akumulację śniegu. Tak naprawdę, wszyscy spodziewają się spadku wysokości. Pokazał go IceSat-1, który pracował w latach 2003-2010. Pytanie brzmi, czy, gdzie i jak bardzo tempo topnienia lodu zmieniło się w tym czasie?

Dodatkowym zadaniem dla IceSat-2 są obserwacje lasów. Wnikliwa analiza impulsów laserowych pozwoli oszacować wysokość drzew z dokładnością do 3 metrów. Te typu pomiary to zawsze mile widziana pomoc przy wyliczaniu biomasy, istotnej informacji w badaniach budżetu węgla w przyrodzie.

Jak sama nazwa wskazuje, IceSat-2 kontynuuje badania zakończone przez poprzednika (IceSat-1) 8 lat temu. Choć nazwa podobna, satelity istotnie się różnią. Najważniejsza zmiana to nowy laser. GLAS, czyli prekursor ATLAS-a z misji IceSat-1, wysyłał w kierunku Ziemi tylko jedna wiązkę lasera. ATLAS wysyła aż sześć. Są podzielone w trzy pary, dzięki czemu obserwacjami uda się objąć większy obszar. Podział w pary poprawi wiarygodność danych – możliwe będzie uwzględnienie nachylenia terenu w pomiarze wysokości. Tego GLAS nie umiał.

IceSat-2 podczas przygotowań do wystrzelenia. Fot. NASA
IceSat-2 podczas przygotowań do wystrzelenia. Fot. NASA

Zwiększyła się też szczegółowość obserwacji. Średnica impulsu na powierzchni Ziemi zmalała z 70 metrów do zaledwie 17 metrów. Terenowa odległość między impulsami też jest mniejsza: 70 metrów zamiast 170 metrów. Taka konfiguracja i oczekiwana dokładność pomiarów oznaczają, ze ATLAS musi być wyposażony w piekielnie czułe i szybkie detektory. I jest! W każdej sekundzie wysyła 10 tysięcy impulsów, a każdy z nich to około 200 bilionów fotonów. Do satelity wraca zaledwie kilkanaście (kilkanaście pojedynczych, nie kilkanaście bilionów!).

Jaka informację przyniosą te fotony? Jak skanowanie Ziemi zielonym laserem zmieni naszą wiedzę o lądolodach Błękitnej Planety? Na pierwsze, wstępne profile z IceSat-2 NASA pewnie nie każe nam długo czekać. Gdy się pojawią, od razu doniosę.