IceSat 2 s neskutečnou přesností prozkoumá ledovce

V březnu dosahuje ledová pokrývka arktických moří největší rozlohy, ale letos je ledu méně, než je obvyklé. „Schází“ plocha, která je srovnatelná s rozlohou Texasu a Nového Mexika, nebo pro Evropany Francie a Německa dohromady. V tomto případě hrají při výzkumu velkou roli satelity, které odhalují, jak velké plochy oceánské hladiny pokrývá led. V tomto směru nás již brzy čeká velká změna – vědci se už teď těší na nasazení družice Ice, Cloud and land Elevation Satellite-2, což se zkracuje na ICESat-2. Ta by měla pomáhat měřit mořské ledovce i ve třetím rozměru.

ICESat-2 má na co navazovat. Družice se k měření ledovců používají nepřetržitě od roku 1979 a i s jejich pomocí už víme, že ledu postupně ubývá. Současné přístroje zvládají určit, jaká plocha moří je pokryta ledem, ale dělá jim problém zmapování tloušťky těchto ledovců. A právě tahle veličina je pro modelování dalších scénářů velmi důležitá. Silnější led vzniká klidně i několik let, je však odolnější vůči erozi. Když budeme znát plochu ledovců a jejich výšku, bude možné vypočítat objem ledových mas.

Objem ledovců má velký vliv na slanost moří i jejich teplotu, což zase souvisí s oceánskými (ale i atmosférickými) proudy. Ledovce navíc tvoří i izolační vrstvu, která odděluje oceány od atmosféry a hrají klíčovou roli při ochlazování Země. Vědci se už v minulých letech pokoušeli z existujících měření vypočítat stáří ledovců. Hledali oblasti, kde led vydržel minimálně dvě letní období. Zjistili přitom, že množství staršího a silnějšího ledu postupně klesá. S pomocí ICESat-2 ale bude možné měřit sílu ledu přímo.

Ke startu této družice by mělo dojít v roce 2018 z Vandenbergovy základny. Jako nosič se použije raketa Delta II, která touto misí zřejmě zakončí svou existenci. Satelit s hmotností 1300 kg se usadí na polární dráze ve výšce 492 kilometrů, která bude skloněná o 92° vůči rovníku. Díky tomu bude přelétávat nad celou planetou a poskytne tak globální měření. Klíčová budou měření ledové a sněhové pokrývky, ale data bude možné využít i mimo polární oblasti – satelit dokáže monitorovat i vegetaci, nebo vodní plochy. Satelit bude měřit, jak moc led vyčnívá nad hladinu a dokáže to až s přesností 3 centimetry.

„ICESat-2 nám umožní odpovědět na otázky jako co se děje s tloušťkou ledu,“ popisuje Sinead Farrell, členka týmu ICESat-2 z University of Maryland a dodává: „Snažíme se sledovat zdravotní stav ledové pokrývky a opravdu toužíme po chvíli, kdy se data z ICESat-2 dostanou do rukou vědecké komunitě.“ V souvislosti s touto družicí se opravdu očekává velký posun především v oblasti dalších předpovědí oceánského ledu. Nová data budou zakomponována do počítačových modelů, které simulují vývoj ledovců a další podmínky, které ovlivňují dění v polárních oblastech.

„Momentálně je složité kalibrovat náš model pomocí skutečných měření. Cesta do Arktidy není levná a ani podmínky, které tam panují nejsou zrovna přátelské,“ vysvětluje Pamela Posey, která ve Stennisově středisku, konkrétně v U.S. Naval Research Laboratory provádí počítačové modelování ledovců. Právě ona založila program ICESat-2’s Early Adopter, který si klade za cíl oslovit všechny zúčastněné strany předtím, než družice odstartuje. Díky tomu by měla být vědecká komunita seznámena s tím, co všechno může nová družice přinést a co mohou výzkumníci s daty dělat. Cílem je i usnadnění přístupu k údajům, aby zájemci mohli data využívat rychleji.

Pamela Posey zpracovává informace o podmínkách v Arktidě a vytváří z nich modely vývoje v dalším týdnu. Námořnictvo pak tyto údaje předává ponorkám i lodím, pro které jsou informace o ledu velmi důležité. Když se třeba ponorka dostane do kritické situace a potřebuje se vynořit, musí vědět, jak silný led má kolem sebe. Lodě zase tyto informace využijí k plánování cesty – zjistí, zda si skrz led dokáží prorazit cestu nebo ne. „Modely děláme každý den a pracujeme s předpovědí na sedm dní,“ popisuje Posey a dodává: „Čím více údajů a pozorování zařadíme do modelu, tím přesnější předpověď bude.“

Modely momentálně používají údaje z evropské sondy Cryosat, na kterých se učí, jak bude možné pracovat s daty z ICESat-2 a jak tyto údaj zakomponovat do modelů. Až dojde k vypuštění IceSat-2, bude možné jeho měření použít ke kalibrování předpovědního modelu. Nová družice bude provádět individuální bodová měření výšky ledovců pod sebou. Jejich spojením pak vznikne křivka, která napoví, jak mocná je ledová vrstva.

Družice ICESat-2 ponese jediný vědecký přístroj – ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter System), což je v podstatě lidar (de facto laserový radar). ATLAS bude k Zemi vysílat laserové pulsy a počítače pak z mnoha pulsů vypočítají dobu, kterou pulsy cestovaly k určení výšky. ATLAS bude pracovat s pulsy o vlnové délce 532 nm a samotný laser vyrobila společnost Fibertek, Inc. Na oběžné dráze ATLAS vytvoří šest paprsků, které budou spojeny do tří párů. Ty budou mířit do míst vzdálených od sebe 3,2 kilometru. Díky tomu bude možné mnohem lépe zmapovat svahy na povrchu a zároveň dosáhnout vyšší přesnosti.

Frekvence snímkování bude obdivuhodná. Výškové měření má přicházet každých 70 centimetrů! Laser bude pálit s frekvencí 10 kHz a při každém pulsu zamíří k Zemi 20 bilionů fotonů. Drtivá většina z nich se při průchodu zemskou atmosférou rozptýlí, nebo odrazí někam jinam. Z každého pulsu dorazí zpět k družici jen několik desítek fotonů, které dopadnou na beryliový teleskop.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://en.wikipedia.org/
https://www.nasa.gov/
http://icesat-2.gsfc.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/Icesat2_in_orbit.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/sea_ice_lead.jpg
http://icesat-2.gsfc.nasa.gov/…/HomeHeroHeader.jpg?itok=_c2d58KU
http://icesat.gsfc.nasa.gov/icesat2/images/telescopefit2_0.jpg
http://icesat.gsfc.nasa.gov/icesat2/images/MeasConcept-6-beam-multilaser-20130517.png
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/95/Icesat-2_atlas_integration.jpg