De Gravity Recovery and Climate Experiment missie
Al sinds het einde van de jaren 50 lanceren we satellieten om steeds meer bij te leren over de aarde en alles erom heen. In dit artikel zal je meer te weten komen over de GRACE satelliet, die lange tijd gebruikt werd om het gravitatieveld van de aarde in kaart te brengen.
De geschiedenis van satellieten
In het begin werden er vrij simpele dingen gemeten, zoals bijvoorbeeld de temperatuur op grote hoogte. Later werd dit ingewikkelder met toestellen die de kosmische straling rondom de aarde konden meten en satellieten waarmee onderzoekers makkelijk konden communiceren over grote afstand. Na meer dan 60 jaar kunnen we bijna niet meer zonder satellieten. Zo zijn er ondertussen ongeveer 8.000 satellieten die rond de aarde draaien, waarvan iets minder dan 5.000 nog actief zijn. Deze hebben veel verschillende uiteenlopende functies. Sommige dienen voor weersvoorspellingen, navigatie zoals het GPS systeem of voor het meten van klimaatverandering. Andere dienen dan weer voor communicatie zoals televisie uitzendingen en ze zorgen dat we draadloos naar elkaar kunnen bellen. Of ze dienen bijvoorbeeld om te spioneren in tijden van oorlog. Uiteraard zijn er ook satellieten die de andere kant op kijken, zij bestuderen de ruimte en alles wat daar te vinden is; zwarte gaten, planeten, de zon, maar ook kometen of zelfs andere sterrenstelsels.
De GRACE missie
De Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellieten werden gelanceerd op 1 maart 2002 in Rusland. Deze missie was een samenwerking tussen de Universiteit van Texas, de NASA, het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum en het nationale onderzoekscentrum voor geowetenschappen. De missie, die oorspronkelijk 5 jaar zou duren, hield het uiteindelijk vol tot in 2017. Dat is drie keer zo lang als origineel gepland was. De GRACE missie werd gelanceerd als tweede deel van NASA’s Earth System Science Pathfinder (ESSP) programma. Het doel hiervan is om onze planeet beter te leren begrijpen door er wetenschappelijke data over te verzamelen. Bijvoorbeeld over de stoffen in onze atmosfeer, het water op aarde en informatie over stormen en vulkanen. De GRACE missie zelf heeft de specifieke functie om variaties in het gravitatieveld van de aarde op te meten en in kaart te brengen, dat levert dan kaarten op zoals in de figuren hieronder.
GRACE bestaat uit twee identieke satellieten die op 500 km hoogte rond de aarde vliegen. Ze volgen dezelfde baan maar vliegen op 220 km afstand van elkaar. Officieel heten deze twee satellieten simpelweg GRACE-1 en GRACE-2, maar omdat ze elkaar constant achtervolgen, worden ze soms ook wel Tom en Jerry genoemd.
Het systeem dat GRACE gebruikt om de variaties in het gravitatieveld van de aarde te meten, is gebaseerd op de afstand tussen de twee satellieten. In normale toestand zouden deze constant op 220 km van elkaar moeten hangen, maar door veranderingen in de zwaartekracht verandert deze afstand continu. Wanneer er een sterkere zwaartekracht aanwezig is dan normaal, wordt de eerste satelliet meer aangetrokken tot de aarde dan de tweede. Daardoor zal deze dus net iets sneller vooruit gaan en wordt de afstand tussen de twee een beetje groter. Dit verschil in afstand wordt dan opgemeten door middel van microgolven tot op verschillen van zelfs 10 micrometer, dat kan je vergelijken met ongeveer één 10e van de breedte van een menselijke hoofdhaar. Ook cirkelen de satellieten 15 keer per dag rond de aarde waardoor ze meermaals per dag op dezelfde locatie de zwaartekracht kunnen opmeten en variaties waarnemen.
Dat verschil in afstand wordt daarna samengevoegd met de precieze GPS locatie. Op die manier wordt een gedetailleerde kaart gemaakt van veranderingen in het gravitatieveld van de aarde.
Waarvoor worden GRACE metingen gebruikt?
Dit systeem kan dus verschillende variaties zien. Bijvoorbeeld hoe de stroming van de oceanen verandert tot op grote diepte, de opslag van grondwater, ijsbergen die zich verplaatsen of die afbreken, gletsjers die smelten en verplaatsingen van landmassa. Daarnaast doet GRACE ook metingen in onze atmosfeer om deze beter te begrijpen en in kaart te brengen. Dit bezorgt ons waardevolle informatie die kan helpen bij het berekenen en voorspellen van bijvoorbeeld overstromingen van rivieren, vulkaanuitbarstingen, veranderingen in de aardkorst, aardbevingen en andere grote gebeurtenissen. De metingen van GRACE helpen ook bij het bepalen van de oorzaak van de stijging van de zeespiegel. De metingen kunnen ons namelijk tonen of er massa is bijgekomen in de oceaan van ijsblokken of smeltende gletsjers, maar ook bijvoorbeeld door thermische uitzetting van de oceaan. Dat gebeurt wanneer (in dit geval) water uitzet doordat de temperatuur stijgt.
In 2006 hebben onderzoekers met de metingen van GRACE zelfs een krater ontdekt op Antarctica die 250 miljoen jaar geleden gevormd zou zijn. Met GRACE metingen kunnen we ook onze (hoogte-)kaarten van de aarde updaten zodat we bijvoorbeeld satellietbanen beter kunnen berekenen.
GRACE missie metingen worden dus voor enorm veel verschillende dingen gebruikt en blijven interessant en relevant. Helaas is deze missie dus geëindigd in 2017, maar gelukkig is er nu de GRACE Follow-On missie (GRACE-FO). Die is in 2018 gelanceerd en zal de missie van GRACE verder zetten. GRACE-FO zal ons blijven voorzien van deze belangrijke en interessante metingen.
Bronnen
https://en.wikipedia.org/wiki/GRACE_and_GRACE-FO
https://grace.jpl.nasa.gov/mission/grace/
https://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-a-satellite-58.html
https://www.nasa.gov/mission_pages/Grace/overview/index.html
https://www.nasa.gov/missions/science/f-satellites.html
Universiteit Utrecht – college Landscape Ecology and Nature Conservation
0 reacties