PACE-satellitten. (Illustration: NASA, Walt Feimer).

Lys fortæller historier

Når lyset fra Solen trænger ned i havet, interagerer det med havvandet samt de partikler og mikroorganismer, der er i havet. Det er for eksempel alger og mikroskopiske planter, som hedder fytoplankton. Og når lyset bevæger sig gennem atmosfæren, møder det blandt andet vanddamp i skyer, pollen og aske fra vulkaner. Disse partikler, som er ”opløst” i atmosfæren, kaldes under et for aerosoler. Ved at måle på lyset ved hjælp af satellitter kan man derfor få information om havenes og atmosfærens tilstand.

Det er formålet med satellitten PACE skal, som efter planen opsendes i 2023. Dele af Solens lys sendes tilbage til atmosfæren og rummet. Bølgelængden af det sollys, der sendes tilbage til PACE satellitten, giver både information om, hvad der er i havet og atmosfæren.

               

PACE Missionen skal bidrage med en lang række data, der kan hjælpe med at vurdere vandressourcer, naturkatastrofer, klima, miljø og luftkvalitet. (Illustrationer: NASA).

Sådan undersøger man havene via lys

PACE missionens primære formål er at opfange det lys, som verdenshavene udsender. Det kan give os vigtig viden om tilstanden i havene. Den centrale sensor i satellitten hedder OCI, som står for Ocean Color Instrument. DTU Space leverer et navigationssystem baseret på kameraer til missionen. Det skal sikre, at satellitten orienterer sig korrekt mod havet og Jorden.

Havene udsender ikke lys i sig selv. Men når Solens stråler rammer vandet, vil noget af strålingen blive sendt tilbage til atmosfæren. Denne stråling afhænger af, hvad der er i havet. Hvis der for eksempel er mange alger i havoverfladen, vil det lys, der sendes tilbage til atmosfæren, have en bestemt bølgelængde, og dermed en bestemt farve. Ved at undersøge lyset fra havet, kan man sige noget om, hvad der er og sker i havet. Formålet med PACE er blandt andet at undersøge mere præcist, hvordan plankton i havene indgår i den globale CO2 cyklus og dermed påvirker klimaet.

Der blæser mere støv ud i havet fra Nordafrika. Støv og andre aerosoler kan interagere med skyer og livet i havet. PACE missionen måler disse aerosolers egenskaber for at forbedre vores forståelse for hvordan de interagerer. (Foto NASA Earth Observatory / Joshua Stevens).

Lys og bølgelængder afslører havets tilstand

Solens lys og stråler har forskellige bølgelængder. Der er forskel på, hvor let de forskellige bølgelængder kan trænge gennem vand. Noget af lyset reflekteres direkte fra havoverfladen. Andre stråler bliver absorberet nede i selve havet. Lyset med de længste bølgelængder bliver absorberet først. Derfor trænger den røde og infrarøde stråling ikke så langt ned i vandet. Til gengæld trænger det blå lys længere ned i havet.

Lysets vej ned gennem havet afhænger også meget af, hvad der er i havet. Hvis der er mange alger eller mange partikler, vil lyset ikke nå så langt ned. Og når lyset rammer havoverfladen, vil en del af det blive brudt. Det sker, fordi lyset nu bevæger sig et medium til et andet – fra luft til vand. Denne brydning af lys kaldes refraktion.

Der sker altså en hel masse med lyset, når det møder havet. Og alle disse forskellige lysfænomener er med til at afsløre forhold i havet. Og det kan man se via satellitter.

 

 

 

 

 

 

Illustrationen viser, hvordan oplysninger om havets farve samt, skyer og aerosoler indsamles af PACE-satellitten. Samtidig bruger man data fra fly, skibe og havbøjer til at dobbelttjekke de mange data. Den hvide stjerne i midten er Solen. De grønne og blå linjer viser, hvordan lys sendes fra Solen og ned i havet (grøn) og ind i atmosfæren (blå), og derfra udsendes der igen lys tilbage til satellitten PACE. (Illustration: NASA GSFC).

 

Instrumenter på PACE

Der er tre instrumenter på PACE-satellitten:

  1. OCI vil hente data om havene på Jorden
  2. HARP2 vil hente data om skyer
  3. SPEXone vil hente data om aerosoler i atmosfæren

De tre instrumenter på PACE arbejder samtidigt. Illustrationen viser banebredden for de tre instrumenter. OCI er den grønne. Den dækker bølgelængder der rækker fra ultraviolet til infrarød stråling plus flere kortbølgede infrarøde områder. Den gule er HARP2, som dækker fire bølgelængder, der går fra blå til nær-infrarød. Og den smalle blå er SPEXone, som dækker et område fra ultraviolet til rødt lys. 

PACE satellitten har en opløsning på mindst 1 x 1 km for alle dens instrumenter. Den skal kredse i en bane der har en højde på 676,5 kilometer over Jordens overflade. På 2 døgn har PACE dækket hele Jordens overflade med OCI instrumentet.

PACE MISSIONENS INSTRUMENTER. De forholdsvis brede baner som OCI (grøn) og HARP2 (gul) dækker, betyder, at de kan lave en observation af hele kloden for hver 1 til 2 døgn. SPEXone’s smalle observationsbane (blå) gør, at det tager omkring 30 døgn at opnå en observation af hele Jorden. (Illustration: NASA).

Så avanceret er PACE

PACE's OCI instrument bliver det hidtil mest avancerede instrument til observation af havet.

PACE kommer til at indhente data i et bredt spektrum med intervaller på kun 5 nm. PACE's instrumenter vil observere UV-lys (350-400 nm), synligt lys (400-700 nm), og nær-infrarødt lys (700-885 nm). Og derudover vil PACE også observere flere typer kortbølget infrarødt lys. Det gør, at PACE kan observere verdenshavene uden at have blinde pletter, som tidligere sensorer har haft, fordi deres observationer ikke var så ”finmaskede”.

Derfor er PACE vigtig

Fortæller om havene sundhed

Havenes sundhedstilstand er vigtig for mange forhold på Jorden. Her spiller nogle af de mindste skabninger en helt central rolle. Disse mikroorganismer kaldes også fytoplankton.

Fytoplankton optager CO2 i havene. Og via fotosyntese bliver kulstoffet (C) optaget i planktonnet, mens der udskilles oxygen (O).

 

FYTOPLANKTON. (Foto: NASA Scientific Visualization Studio).
Billedet viser en modelberegning af den dominerende forekomst af forskellige typer fytoplanton på et givet sted. Røde områder repræsenterer de lidt større kiselalger. Gule områder viser flagellater, med en eller flere organeller, der ligner piske. Grønne områder er bittesmå og meget klorofylholdige cyanobakterier, mens de blå viser en anden type cyanobakterier. (Illustration: NASA/The Darwin Project (MIT)).

Kan kende forskel på arter af fytoplankton

Vores forståelse af fytoplankton og dets bidrag til det globale CO2 regnskab helt afgørende for vores forståelsen af klimaprocesser.

Fytoplankton dækker over en meget stor mangfoldighed af forskellige organismer med en kæmpe variation af former, størrelser og farver. Denne diversitet har betydning for den rolle, som den enkelte type fytoplankton spiller i havets økosystem. Her kan data fra PACE hjælpe forskerne med at skelne mellem typer af plankton og forstå betydningen af de forskellige slags.

Atmosfæren

Atmosfæren

Betydningen af aerosoler og deres samspil med skyer er noget, som vi stadig kun ved meget lidt om i forhold til at forstå Jordens klimasystem. Skyer og aerosoler kan absorbere, sprede eller reflektere stråling fra Solen afhængigt af deres type, antal og placeringer i atmosfæren og dermed påvirke Jordens klima. Det skal PACE-instrumenterne også undersøge. 

Spredning af aerosoler

Videoen viser den globale spredning af aerosoler, som også dækker over aerosoler fra de australske skovbrande, der opstod i slutningen af oktober 2019. De forskellige typer af aerosoler er fremhævet med forskellige farver: Støv (orange), havsalt (blå), nitrater (lyserød), sulfater (grøn) og carbon/kulstof (rød). Videoen viser hvor meget sollys, der er blokeret af partikler i atmosfæren. Jo mere farve, desto større blokering. Det er en lignende type måling, der skal foretages af PACE. (Video: NASA).