Danske forskere måler australsk fugtighed

Den største usikkerhed, som i dag tynger forudsigelserne om klimaet og om ekstreme vejrfænomener som orkaner og oversvømmelser, kan blive fjernet. Det er perspektivet i en satellit, som ESA planlægger at sende op i 2007, og som har et kraftigt dansk fingeraftryk: Forskere ved Danmarks Tekniske Universitet fik ideen til projektet for en snes år siden. I dag har de kontrakt med ESA om flybårne afprøvninger af et instrument, der svarer til satellittens hovedinstrument. De har lige lavet målinger i Australien og skal nu i gang over Nordsøen.

Satellitten får navnet SMOS. Det står for Soil Moisture and Ocean Salinity. Eller på dansk jordens fugtighed og havenes saltholdighed.

”Fugtighed i jordbunden udgør kun en lille del af klodens samlede vandbeholdning. Men i modsætning til de andre former for vand er vores viden om mængden af vand i jorden særdeles mangelfuld. Det er en parameter, man i dag forsøger at gætte sig til, når man laver klimamodeller. Vi vil meget gerne fjerne den usikkerhed”, siger Niels Skou, professor ved Ørsted-DTU og leder af de danske forskeres arbejde med at afprøve SMOS-instrumentet fra fly.

Ideen til SMOS er inspireret af de metoder, som astronomerne har udviklet til at studere en speciel form fra stråling fra det ydre rum. I 1964 blev det opdaget, at alle dele af himlen sender stråling ned til os. Ca. en procent af den støj, som et almindeligt tv, der ikke er indstillet på en bestemt kanal, modtager, skyldes denne stråling, som kaldes den kosmiske baggrundsstråling. Det er stråling med lav energi – det vil sige lav frekvens – og dermed lang bølgelængde. Meget længere end for eksempel synligt lys. Stråling af denne type kaldes mikrobølgestråling.

På grund af den lange bølgelængde er man som udgangspunkt nødt til at have store antenner for at kunne studere mikrobølgestråling. Radioastronomerne har imidlertid fundet på en smart metode. Ved at køre målinger fra forskellige teleskoper, der står langt fra hinanden, sammen, kan man studere stråling med større bølgelængder, end det enkelte teleskop ellers ville være i stand til at måle på. Det kaldes interferometrisk databehandling.

Og hvad har det så med observation af Jorden at gøre?

”Alt stof udsender en smule mikrobølgestråling. De elektriske egenskaber af jord og vand er markant forskellige, så derfor sladrer mikrobølgestrålingen om forholdet mellem jord og vand i jordoverfladen. Problemet har tidligere været, at det ville være særdeles dyrt – og indtil for nyligt også teknisk umuligt – at opsende så stor en antenne, som skulle til for at måle denne type mikrobølgestråling fra rummet. Antennen skulle være godt 8 meter i diameter. Men ved at bruge interferometrisk databehandling kan vi nøjes med at forsyne SMOS med 69 små antenner på 3 slanke arme, der er orienteret som et stort Y. Det gør projektet både økonomisk og teknisk langt mere robust, da armene er relativt lette at folde sammen under opsendelsen”, forklarer Niels Skou.

Fra Australien til Nordsøen

SMOS får en computer med ombord, som laver en indledende behandling af data. Alligevel bliver det nødvendigt med en stor maskinpark på jorden til at behandle data fra de 69 antenner. Interferometrisk databehandling kræver stor computerkapacitet.

Niels Skou var selv med til at få ideen til at bruge metoden for 20 år siden, og han er naturligvis særdeles glad for, at den nu bliver realiseret:

”ESA bliver først i verden til at opsende en satellit, der direkte kan måle jordens fugtighed”.

En vigtig sidegevinst er, at det samme instrument også kan bruges til at måle havenes saltholdighed. Der er ingen sammenhæng mellem jordens fugtighed og havenes saltholdighed. Det er en ren tilfældighed, at mikrobølgestråling i netop det samme frekvensområde – 1,4 GHz - kan bruges til at undersøge begge ting.

Der er tre faktorer, som afgør, hvor meget mikrobølgestråling, havet afgiver: saltholdighed, temperatur og vindstyrke. De to sidste forhold kender man fra andre kilder, blandt andet fra meteorologiske satellitter. Man kan altså tage SMOS’ målinger af strålingen, trække de andre faktorer fra, og dermed fastslå saltholdigheden.

SMOS giver en relativt grov opløsning, hvor kloden dækkes med 50 km mellem hvert målepunkt.

”Satellitten er beregnet til at give os det store overblik. Resultaterne skal fortælle os om jordfugtighed og saltholdighed i havet over en global skala for at give et input til de globale klimamodeller. Men man kunne godt forestille sig, at det senere blev interessant at sende tilsvarende satellitter op, som kortlægger de samme ting i finere skala. Det kunne for eksempel være interessant for lokale vejrudsigter og for fiskeriet og mange andre ting”, siger Niels Skou.

Her og nu handler det imidlertid om SMOS. Forskerne fra DTU har netop gennemført en målekampagne i Australien. Her lavede de målinger fra et lokalt fly af jordbundens fugtighed i forskelligartede områder. Når SMOS kommer op, kan man bruge de australske målinger til at sammenligne med. Det vil dels kunne fortælle, om satellitten måler rigtigt, dels kunne bruges til at justere satellitten fra kontrolcenteret.

Knap var forskerne tilbage i Danmark, før de måtte af sted igen til Finland, hvor instrumentet nu bliver installeret på et fly, som skal lave en tilsvarende målekampagne over den nordlige del af Nordsøen. Her skal resultaterne fortælle om saltholdigheden i forskellige dele af havet.

Menneskeskabt støj er joker

Et af spørgsmålstegnene er, i hvor høj grad satellittens målinger vil blive forstyrret af menneskeskabte støjkilder. Det frekvensbånd, som satellitten skal benytte sig af, er ganske vist beskyttet af international lovgivning og aftaler, men det er ikke en absolut garanti, siger Niels Skou:

”For det første er der meget der tyder på, at der er militære myndigheder, som ikke respekterer båndet . For det andet er der en del nye kanaler for mobiltelefoni, som ligger ret tæt op af båndet. Selvom mobiloperatørerne ikke direkte sender i båndet, så kan det ikke undgås, at der også kommer stråling ind i et nabobånd, fordi der altid er lidt urenhed i signalet”, forklarer DTU-professoren.

For store dele af landjorden og stort set hele havet forventer han dog ingen problemer.

”Det kan måske blive et problem i tæt bebyggede områder, hvor der er mange menneskeskabte støjkilder. På den anden side skal SMOS jo først og fremmest give det store overblik, så det vil næppe få den store betydning. Men hvis man forestiller sig, at der skal flere tilsvarende satellitter op i fremtiden for at studere de samme faktorer mere detaljeret, så kan man godt forestille sig, at menneskeskabte støjkilder vil være en joker for, hvor godt man vil lykkes”.

Ud over de flybårne målinger har forskere ved Ørsted-DTU også kontrakt med ESA om en række tekniske målinger på den antenne, som satellitten benytter. SMOS er planlagt til opsendelse i starten af 2007.