SMOS - Nye metoder til meteorologi og fremskrivning af Jordens klima

I 2009 opsendte den europæiske rumfartsorganisation ESA satellitten SMOS  (Soil Moisture and Ocean Salinity), som både skal gøre os klogere på nutidens oversvømmelser og tørker samt på fremtidens klima. DTU Space bidrager til missionen.

Satellittens mission er at observere Jordens klima og miljø med henblik på at forudsige vejret og klimaændringer. Om bord på satellitten er et instrument, et såkaldt radiometer, der kan måle jordfugtigheden og havenes saltholdighed globalt. Målingen, som først nu ved hjælp af radiometeret bliver mulig på global skala, er central for at opstille modeller til vejrforudsigelser samt fremtidens klimamodeller. Professor Niels Skou og hans forskergruppe ved DTU Space har været førende i udviklingen af radiometeret.

 

Jordfugtighed og klimaforhold

I dag er den største usikkerhed i forbindelse med at forudsige vejr- og klimaforhold forskernes manglende viden om jordbundens fugtighed. Denne usikkerhed vil blive fjernet med opsendelsen af ESA-satellitten SMOS, som om bord har et radiometer, der kan måle jordfugtigheden direkte. Satellitten bliver den første i verden, der kan foretage denne type måling. 

Selvom fugtigheden i jordbunden kun udgør en lille procentdel af det globale vandbudget, spiller den en væsentlig rolle i dette. Imidlertid er eksisterende målinger af jordfugtighed ufuldstændige, så i dag forsøger man at gætte sig til mængden af vand, når man udarbejder klimamodeller. Derfor er flere data nødvendige.

Havenes saltholdighed

Det samme gælder vores viden om saltindholdet i havene. I dag er der kun få måledata fra bøjer og skibe og kun fra en lille del af havene. Saltindhold og temperatur betinger vandets tæthed og er en vigtig faktor for havstrømme. Cirkulationen i havene spiller en afgørende rolle for klimaet ved fx at transportere varme fra Ækvator til polerne. Havenes saltindhold er derfor en af nøglevariablerne i overvågningen af havenes cirkulation. 

Satellittens centrale instrument

Satellittens centrale instrument er et radiometer, der tager billeder af den mikrobølgeudstråling, som udsendes fra jorden og havene.

Ideen til satellitinstrumentet er inspireret af de metoder, som astronomerne har udviklet til at studere mikrobølgestråling fra det ydre rum. Ved at foretage målinger fra flere teleskoper samtidig og foretage såkaldt interferometrisk databehandling af målingerne, opnår man langt bedre opløsningsevne end et enkelt teleskop kan give.

At måle mikrobølgestrålingen fra jordens overflade med et radiometer på en satellit kræver antenner, der har en diameter på godt 8 meter for at få en rimelig opløsningsevne. Og det er både meget kostbart og indtil for nylig desuden teknisk meget vanskelig at opsende så stor en antenne.

Ved at bruge interferometrisk databehandling udnytter satellitten SMOS istedet 69 små antenner. De er monteret på fire meter lange arme, der er formet som et stort Y. Den nye antenneteknologi er både økonomisk fordelagtigt og teknisk langt mere robust, da armene er relativt lette at folde sammen under opsendelsen.

Flybårne kampagner

Inden satellitten SMOS opsendtes blev et instrumenet, der svarer til satellittens hovedinstrument, radiometeret benyttet i flybårne kampagner til måling af jordfugtighed og saltholdighed under kendte omstændigheder. Efter opsendelsen, kan målinger fra de flybårne kampagner bruges til at fortolke satellittens målinger. Desuden vil der også efter opsendelsen blive gennemført yderligere valideringskampagner, dels for at se om satellitten måler rigtigt, dels for at kunne justere satellitten fra kontrolcenteret på Jorden. Flybårne kampagnerne har været gennemført over  Nordsøen samt i Australien i 2005. Yderligere kampagner gennemførtes over flere steder i Europa i perioden 2006-2009. Egentlige valideringskampagner gennemførtes i 2010.

Måling af antennerne til satellitten

Radiometers 69 separate antenner måler den elektromagnetiske udstråling fra Jorden. Antennerne er typisk monteret på cirka tre meter lange arm-sektioner – nogle dog på en central ”hub” – og skal behandles med stor omhu, fordi de er såkaldt flight-hardware.

I det radiodøde rum for antennemålinger, som drives i et samarbejde mellem DTU og ESA, blev antennerne målt ved hjælp af en avanceret sfærisk nærfelt-teknik. Antennerne blev kalibreret til meget høj nøjagtighed og på grænsen af, hvad der i dag faktisk er muligt.

Fakta om SMOS

SMOS er en ESA mission og satellitten blev opsendt den 2. november 2009.

SMOS måler mikrobølgestråling, der fortæller om Jordens fugtighed og havenes saltindhold. Det er en helt ny måde at lave jordobservartion på.

Living Planet Programme

Satellitten SMOS er et af projekterne i ESA-programmet Living Planet Programme, hvorunder Earth Explorer Opportunity missioner skal observere Jorden fra Rummet. SMOS er ESA's anden af disse missioner.

Programmet indeholder en ny strategi til obeservation af Jorden fra rummet. Det er designet til at besvare kritiske og specifikke spørgsmål, som forskningssamfundet (science community) har rejst.