Klogere på Jorden?

Hør den d​en danske astronaut Andreas Mogensen fortælle, hvordan vi kan blive klogere på Jorden ved at rejse ud i rummet. 

Viden om klimaet via satellitter

Her fortæller Andreas Mogensen om hvordan vi kan hente viden om Jordens klima via satellitter, der kredser højt over Jordens overflade. 

Fra klima til katastrofer

Vi bruger jordobservation til en lang række forskellige formål.

Satellitter har gjort det muligt at se os selv udefra – fra rummet. Det giver et unikt overblik, som vi ikke kan få her fra Jorden. Dette overblik hjælper os til at overvåge og beskytte klima og miljø og til at håndtere naturkatastrofer.

Satellitdata kan for eksempel bruges til at overvåge klima og miljø ved at samle data der viser, hvor og hvor meget der fældes regnskov, hvordan ørkenområder breder sig, hvordan iskapperne i Arktis smelter. Satellitdata kan også bruges til at overvåge atmosfærens indhold af drivhusgasser eller forurenende stoffer. Og data fra satellitter kan desuden bruges til at skabe overblik under naturkatastrofe som for eksempel et jordskælv eller en oversvømmelse. Satellitterne kan her hente data fra områder, som det er vanskeligt eller umuligt for mennesker at bevæge sig ind i.

Den 23. juni 2020 blev staten Oaxaca i Mexico ramt af et voldsomt jordskælv. Satellitradardata, fra Sentinel-1-missionen, blev brugt til at analysere jordskælvets konsekvenser på land i form af forskydninger og deformationer i overfladen. Billedet kaldes et interferogram. (Illustration: ESA).

MANGE NATIONER OBSERVERER JORDEN

Mange nationer har satellitter, der bidrager til at indsamle data om Jorden, som vi ikke kunne få på anden måde. Det gælder EU og lande som USA, Canada, Japan og Rusland.

Her på siden er der fokus på det europæiske jordobservationsprogram Copernicus

COPERNICUS PROGRAMMET. Copernicus programmet er et EU-program, som via satellitter holder øje med klimaforandringer, havmiljø, jordens atmosfære, landområder, sikkerhed og katastrofehåndtering. (Illustration: Copernicus).

COPERNICUS OVERVÅGER JORDEN

EU har et særligt program til observation af Jorden. Det hedder Copernicus programmet. Her kredser flere satellitter, som overvåger vores planet og dens mange økosystemer. Data fra Copernicus programmet kan hjælpe os med at træffe beslutninger og lægge effektive planer for, hvordan vi håndterer de problemer og udfordringer, der opstår inden for følgende områder: klimaforandringer og klimatilpasninger, havmiljø, jordens atmosfære, landområder, sikkerhed og katastrofehåndtering.

Programmet er for eksempel med til at vurdere afsmeltning af is fra polar-iskappen i Arktis som følge af den globale opvarmning. Programmet holder også øje med forureningen, som påvirker de akvatiske økosystemer, og fiskeindustrien. Satellitterne bliver brugt til at kortlægge udbredelsen af havis i Arktis til brug for navigation af skibene og til overvågning af klimaforandringerne. Og Copernicus programmet kan advare om tidlige tegn på skovrydning og ørkendannelse for at sikre biodiversiteten og undgå mangel på produktion af fødevarer. Her bliver der også holdt øje med vanding af marker og væksten af afgrøder for bedre at kunne sikre fødevareproduktion.

FOKUS PÅ AT LEVERE SIKRE DATA I LANG TID

Copernicus programmet er en europæisk politisk og teknologisk satsning med et stort fokus på, at de teknologier man bruger både er avancerede og levedygtige i mange år. Det giver en sikkerhed for, at man kan høste data, som kontinuert kan bruges til at vurdere Jordens tilstand inden for forskellige områder. Det gør Copernicus til et enestående system på verdensplan.

Flere og flere myndigheder og virksomheder har fået øjnene op for, at man kan bruge satellit-data til at optimere for eksempel landbrugsproduktion og forudsige sandsynlige miljøproblemer, som så måske kan afværges. Mange forskellige parter bruger således de samme data – men ofte på forskellige måder og til forskellige formål.

OVERVÅGNING AF AFGRØDER. Billedet viser de samme område set med synligt lys (øverst til venstre), vegetationsindeks (nederst til venstre), fugtighedsindeks (øverst til højre) og kortbølget infrarødt lys (SWIR)(nederst til højre). (Foto: EO/ESA).

Samme data bruges til mange formål

Satellitter, der udfører jordobservation, kan have flere forskellige instrumenter med om bord. Og hvert instrument leverer ofte data til mange forskellige lande og brugere på Jorden. Ofte kan de samme data nemlig bruges til flere forskellige formål. Det er den europæiske Sentinel 1 mission et godt eksempel på.

Sentinel 1 missionen består af to satellitter, Sentinel-1A og Sentinel-1B som blev opsendt i hhv. 2014 og 2016. De to satellitter har udstyr der kan optage radarbilleder dag og nat, og i al slags vejr – også når det er overskyet. Data fra satellitterne Sentinel 1A og 1B kan bruges til at måle ændringer i Jordens overfladehøjde, og den type data kan både bruges inden for bygge- & anlægsområdet, klimaområdet og forsyningsområdet. SAR data bruges fx til at overvåge broer og til at vurdere, om undergrunden er stabil nok til at bygge havneanlæg eller boliger. SAR data bruges også til at vurdere, hvor man bør sikre kyster og fjorde mod stormflod. Og SAR data kan også bruges til at afgøre, hvor man skal lægge nye større anlæg med forsyningsledninger til fx gas, og hvor man kan indvinde drikkevand, og hvor man skal være opmærksom på problemer med nedsivning af stoffer til grundvandet.

 

OLIEFORURENING. Copernicus Sentinel-1-missionen leverer bl.a. billeder, der viser, hvordan olie spreder sig i Middelhavet efter en kollision mellem to skibe (Billede: ESA, billedet indeholder modificerede Copernicus Sentinel-data (2018), behandlet af ESA, CC BY-SA 3.0 IGO).

Sentinel satellitterne er en central gruppe af satellitter under Copernicus programmet. De har forskelligt udstyr, og de observerer Jorden på forskellig måde.

Sentinel-1 satellitterne optager radarbilleder både dag og nat og i al slags vejr. Derfor er disse data særlig gode til at kortlægge havisens udbredelse i de polare egne, hvor det er mørkt hele vinterhalvåret. Ligeledes kan data fra Sentinel-1 satellitterne bruges til at opdage oliespild fra skibe.

Sentinel-2 satellitterne tager billeder, der blandt andet bruges til at overvåge områder med vegetation som for eksempel skove eller landbrugsjord og til at overvåge forurening af søer eller kystnære havområder.

Sentinel-3 har både optisk og termisk udstyr samt radarudstyr, som giver data, der kan bruges til at forudsige havstrømme og ekstreme hændelser som stormfloder eller oversvømmelser af kystnære områder. Sentinel-3 kan også bruges til at opdage brande på landjorden.

Sentinel 4, 5 og 6 opsendes i 2020'erne. Der er dog allerede en forløber for Sentinel 5 – Sentinel-5 Precursor – som blev sendt op i 2017. Den leverer data om forskellige sporgasser, forurening og drivhusgasser i atmosfæren.

Ud over Sentinel satellitterne er der også andre satellitter, som bidrager med data til miljø- og klimaovervågningen.

Nedenfor kan du læse flere eksempler på det forskellige udstyr, der er om bord på Sentinel-satellitterne, som hører under EU’s Copernicus program.

SENTINEL SATELLITTERNE. Illustration af Sentinel satellitterne under Copernicus programmet i EU. (Illustration: ESA).

Sentinel 1 satellitterne

Sentinel 1. (Illustration: ESA/ATG medialab).

Holder øje med bevægelser i Jordens overflade

Jordens overflade er ikke helt stabil. Den hæver og sænker sig af forskellige grunde. Det kalder man også vertikale landbevægelser. De kan for eksempel opstå på grund af landhævninger efter sidste istid, ændringer af grundvandsspejlet, områder som man dræner eller geologiske og såkaldte tektoniske bevægelser. Det kan også være på grund af jordskred, hvis der i perioder har været meget nedbør eller som konsekvens af bygge- og anlægsarbejde.

Sentinel-1A og Sentinel-1B blev opsendt i hhv. 2014 og 2016, og det er planen, at Sentinel-1 missionen skal fungere helt frem til 2040, hvor de første satellitter løbende kan erstattes af nye Sentinel-1-afløsere. Satellitterne optager billeder langs et 250 km bredt satellitspor. Hvert spor overflyves igen og igen hver 6. dag.

 

 

Overvåger gletsjere, fjelde og miner

Sentinel 1A og 1B leverer data, så man med stor nøjagtighed kan måle, hvor meget Jorden hæver og sænker sig. Det sker med metoden InSAR, der står for Interferometrisk Syntetisk Apertur Radar. Her kombinerer man flere andre optagelser med SAR-teknologien. Ud fra radarbilleder, der optages over tid, kan man måle ændringer i Jordens overfladehøjde med en nøjagtighed på få mm.

I Danmark bruger vi InSAR-data til en systematisk og ensartet overvågning af, hvor landjorden bevæger sig op og ned. I Grønland bruger man blandt andet teknikken til at bestemme, hvordan gletsjere bevæger sig. I Norge og i Grønland bruges teknikken til at forudsige fare for fjeldskred og i Kina bruges teknikken til at holde øje med om jorden omkring miner forandrer sig.

 

 

 

ISBJERG. Billedet viser det enorme isbjerg, A-68A, som knækkede af Antarktis I 2017. I 2020 var isbjerget på kollisionskurs mod øen Syd Georgien i Sydatlanten. Billedet er taget af Copernicus Sentinel-1-missionen. Den 25. november var det 255 km fra kysten af Syd Georgien og den 17. december, var isbjergets østlige spids kun 50 km fra øen. Den 22. december knækkede isbjerget i to dele. Isbjerge af den størrelse kan true dyreliv, herunder pingviner, sæler og krill, fordi det bl.a. kan afskære deres foderruter. (Foto: ESA/Sentinel1).

Satellitter overvåger skibstrafik og ulovligt fiskeri

For at holde øje med skibstrafikken skal alle skibe over en vis størrelse have en såkaldt AIS-sender, som står for Automatic Identification System. AIS-senderen sender løbende et radiosignal med information om skibets navn, position, kurs, hastighed og nationalitet. Formålet er at sørge for så smidig en afvikling af sejladsen som muligt, og at undgå kollisioner.

AIS teknologien kan også bruges ti at afsløre ulovligt fiskeri, som kan have store konsekvenser for fiskebestanden. Nogle fiskerbåde slukker nemlig deres AIS, hvis de fisker ulovligt. Man kalder disse skibe for mørke skibe, fordi de sejler ”skjult” for at undgå at blive opdaget. Her kan satellitterne hjælpe myndighederne med at afsløre disse skibe. Ved hjælp af SAR teknologien på Sentinel-1 satellitterne kan man overvåge skibstrafikken og se de skibe, der er på havet. Og ved at sammenligne SAR data med AIS data kan man altså se, om der er skibe, der ikke sender de AIS signaler, som de skal.

 

Mere sikker sejlads via satellitdata og kunstig intelligens

DTU og DMI arbejder samarbejder også om at bruge satellitdata og kunstig intelligens til at fremstille kort over is-situationen for farvandene omkring Grønland. Det skal gøre sejladsen i de isfyldte områder mere sikker og effektiv. Det er vigtigt, fordi Grønland er afhængig af både sikker og effektiv sejlads. Fiskeri er nationens vigtigste erhverv og størstedelen af vare- og persontransporten foregår med skib til byer og bygder, og stort set al import og eksport foregår til søs. Og derudover er det også vigtigt, at vi i Kongeriget Danmark kan hævde vores suverænitet ved at opretholde overvågning og sejlads i disse farvande.

I Arktis er isen en udfordring, fordi den er meget dynamisk. Den vokser, smelter og flytter sig hele tiden med vejr, vind og strøm. Så havområder, der kan besejles den ene dag, kan være lukket den næste. Og på grund af klimaforandringer er der flere havområder, der i perioder er åbne for sejlads end tidligere.

Her bruger DTU og DMI blandt andet kunstig intelligens i form af machine learning, hvor computere uden at blive direkte programmeret kan lære sig selv at lave billedbehandling og prognoser på store datasæt fra bl.a. Sentinel-satellitterne. Disse kort vil også i højere grad kunne skelne mellem isbjerge og skibe, og det er med til at øge sejladssikkerheden.

 

 

 

GRØNLAND. Udløbsgletsjerne langs Grønlands kyst smelter hurtigere end forventet. Det kan give flere farlige isbjerge, som skibe skal navigere uden om. (Foto: DTU Space).

Sentinel 2 satellitterne

Holder øje med vegetation og afgrøder

De to Sentinel 2 satellitter, tager billeder i det synlige og det nærinfrarøde område med et såkaldt optisk/nærinfrarødt instrument. Billederne kan vise detaljer på ned til 10 meter. Sentinel 2A og 2B overvåger blandt andet afgrøder og vegetation. De kan for eksempel se, hvor der er afgrøder, hvilken sundhedstilstand de er i, og hvor der fældes skove. I Brasilien har satellitdata for eksempel afsløret, hvor der foregår ulovlig skovfældning i regnskoven.

Sentinel 2 satellitternes data kan også bruges til at overvåge forurening af søer eller kystnære havområder. Sentinel 2A blev opsendt 23. juni 2015 og Sentinel 2B blev opsendt 7. marts 2017.

Videoen viser hvordan Sentinel-2 satellitterne dækker hele Jordens overflade, ved at flyve over forskellige områder. (Video: Footage courtesy of ESA/ATG medialab).

Kan tjekke afgrødernes sundhed

Data fra Sentinel 2 missionen kan også bruges til at bestemme hvilke type afgrøder, der dyrkes forskellige steder, og hvordan afgrødernes tilstand er.

Landmænd kan for eksempel bruge billederne til at finde ud af, om de skal fordele gødningen anderledes på deres marker for at opnå gode afgrøder. En dårlig afgrøde kan for eksempel også være tegn på plantesygdomme, som man kan opdage hurtigere via satellittens billeder. På den måde kan der spares mange penge.

Og Sentinel 2 data kan også bruges til kontrol. Når man som landmand modtager EU-støtte skal man typisk overholde forskellige regler om typen af afgrøder på markerne. Her kan myndighederne via satellit-data kontrollere, om reglerne overholdes uden at skulle ud på kontrolbesøg hos hver enkelt landmand.

 

 

 

Det øverste billede er dannet af satellitdata fra et område i Saudi Arabien. Farverne viser forskelle i fugtighed, og man kan se vandingsområder som runde cirkler i forskellige fugtighedsgrader.

Det nederste billede er dannet af satellitdata fra samme område – blot er billedet dannet ud fra et vækstindeks.

Sådan måler satellitter vegetation på Jorden

I planter vil deres klorofyl absorbere meget af det synlige lys fra 0,4 til 0,7 µm for at kunne lave fotosyntese specielt i den blå og røde del af spektret. Til gengæld reflekterer planterne det meste af det nærinfrarøde lys fra 0,7 til 1,1 µm. Via satellitmålinger af det nærinfrarøde lys, der reflekteres fra Jordens overflade, kan man måle, hvor meget vegetation der er i et givet område. Hvis der reflekteres meget mere nærinfrarødt lys end synligt lys, så er det et tegn på tæt vegetation.

Man bruger en formel, der kaldes NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Matematisk ser formlen således ud:

NDVI = (NIR — VIS)/ (NIR + VIS)

Sentinel 3 satellitterne

Sentinel 3 indsamler både optiske og termiske data samt radardata

De europæiske Sentinel-3A og 3B satellitter blev opsendt henholdsvis 16. februar 2016 og 25. april 2018. Satellitterne leverer radar-data til højdemåling og optiske data. Radarmålinger foregår ved, at der sendes signaler mod Jordens eller havisens overflade. Disse signaler reflekteres fra overflader, og ved at måle hvor hurtigt signalet kommer tilbage til satellitten, kan udstyret nu beregne, hvor høj havisen eller havoverfladen er.

Satellitternes data giver information om farve, højde og temperatur på både havoverflader, isdækkede områder og åbne landområder. Data kan også bruges til at måle bølgehøjder, havstrømme og algeopblomstring samt til at forudsige stormfloder eller oversvømmelser af kystnære områder. Og data optaget over landjorden kan bruges til at opdage skovbrande.

Der er mange potentialer i disse data, som blandt andet kan bruges til at lave en slags ”vejrudsigt for havstrømme”. Tag for eksempel et stort rederi med mange skibe på verdenshavene. Her er der mange penge at spare på at få så gode varsler om havstrømme som muligt. For så kan man lægge sine ruter, så skibene i så høj grad som muligt kan sejle medstrøms i stedet for modstrøms og på den måde spare brændstof.

Sentinel 4 og 5 satellitterne

SENTINEL-5P. Billedet viser fordelingen at nitrogen dioxid i hele verden i perioden fra april til september 2018. Nitrogen dioxid kommer især fra trafikforurening og forbrænding af fossile brændstoffer i industrien. Billedet er dannet ud fra data fra Sentinel-5P satellitten under det europæiske projekt Copernicus. (Billede: ESA).

Atmosfæriske satellitter

Sentinel-4 og 5 forventes opsendt i 2020’erne. Det er satellitter, der skal observere Jordens atmosfære og deres data skal supplere hinanden, fordi de kommer til at bevæge sig i forskellige kredsløb og derved ”se” Jorden fra forskellige afstande og vinkler.

Sentinel-4 skal foretage jordobservation via et spektrometer, som dækker det ultraviolette, synlige og nær-infrarøde spektrum. Instrumentet skal observere atmosfæren fra en geostationær bane. Herfra kan Sentinel-4 sende data hver time om, hvad der findes af for eksempel drivhusgasser og forskellige forurenende stoffer i atmosfæren over Europa, så vi kan overvåge miljøet. Sentinel-4 skal også levere data om hvor meget ozon, der er i atmosfæren og forekomsten af UV stråling, så vi på Jorden kan lave prognoser for UV-indekset.

Sentinel 5

Sentinel-5 skal ligesom Sentinel 4 foretage målinger via spektrometer, som dækker et spektrum fra det ultraviolette til kortbølget infrarød stråling. Sentinel-5 skal også optage data om atmosfærens sammensætning, og om forekomsten af ozon og UV-stråling. Men i modsætning til Sentinel-4 skal Sentinel-5 optage data fra en polar bane, som ligger omkring 800 km over jordens overflade. Herfra kan Sentinel-5 levere daglige data fra hele Jordens overflade.

SENTINEL 5P. Kortet her er baseret på data fra Copernicus satellitten Sentinel-5P, som er en forløber for Sentinel 5. Det afslører luftforurening med formaldehyd i atmosfæren. Formaldehyd frigives for eksempel i forbindeles med skovbrande og træforarbejdning. (Illustration: Copernicus/BIRA–IASB/DLR).

Sentinel 6 satellitten

Sentinel-6 skal supplere Sentinel-3

Sentinel-6 skal supplere Sentinel-3 og levere højdemåling af havoverflader over hele Jorden ved hjælp af radarmålinger. Disse data skal bruges til at overvåge ændringer i havniveauerne, da de er et vigtigt tegn på klimaændringer. Sentinel-6 skal kortlægge op til 95% af de isfri områder på Jorden og levere data om havstrømme, vindhastighed og bølgehøjde. Denne type data kan bruges i forbindelse med at udforme prognoser for skibstrafikken.