Nu börjar Copernicus få koll på jorden

Att isen i Arktis minskar både i tjocklek och till utsträckning år för år har länge varit känt, men forskarna har hittills trott att den väldiga landisen över Antarktis står emot klimatförändringen. Men nu kommer forskningsresultat som visar att även isen i Västantarktis smälter.

Istäcket rör sig fortare än tidigare mot havet.

– Våra mätningar från satellit visar att landmassan vid Västantarktis höjer sig med upp till två centimeter per år, säger geologen Ingo Sasgen vid Alfred Wegener-institutet i Bremerhaven.

Han och hans kollega Hannes Konrad vid universitetet i Leeds har använt sig av data från Esas landövervakningssatelliter. Höjningstakten är dubbelt så hög som vid Höga kusten i Sverige.

Kommer detta att innebära att havsnivån i oceanerna stiger?

– Inte till en början. Att landet höjer sig på ett ställe innebär ju att det sjunker på ett annat. Mer information om hur jordskorpan rör sig kommer vi att få när Esas nya Sentinel-satelliter är på plats om några år.

Kan man verkligen mäta jordytans rörelser med millimeterprecision från rymden?

– Ja, faktiskt, säger Volker Liebig, chef för den europeiska rymdstyrelsen Esas jordövervakningssystem Copernicus, när han talar på Esa-konferensen Living Planet i Prag i början av maj.

När systemet är helt utbyggt kommer nio satelliter med olika instrument ingå. Tillsammans ska de ge löpande rapporter om hur jorden mår och hur klimatet och miljön förändras. I dag är fyra av dem i omloppsbana. År 2021 ska alla satelliterna i systemet vara uppe och i drift.

– Från rymden kan vi med avancerade instrument övervaka hela jordytan, dag och natt året runt, i solsken och i regn. Vi kan också mäta hur luftkvalitet förändras, hur polarisar växer till och försvinner under året, hur vattentillgången är, förutse hur skördarna kommer att bli. Vi kan se hur algblomningar och hur miljöfarliga utsläpp sprider sig, säger han.

– Från rymden kan vi också se hur temperaturen och fuktigheten förändras över land och hav och hur vädertyper bildas. Vi kan mäta ebb och flod, våghöjd och vindar ute på oceanerna, temperaturen hos havsströmmarna, hur glaciärerna rör sig och mycket annat.

– Kort sagt, från rymden kan vi se och mäta processerna som får jorden att successivt förändras. Skulle en jordbävning eller någon annan naturkatastrof inträffa kan vi på kort tid skaffa oss information om katastrofens vidd. Vi kan meddela räddningsmanskapet vilka vägar som är farbara eller förstörda. Dessutom passar satelliter utmärkt till att övervaka haven. Vi ser tydligt om fartyg sköljer tankarna och olagligt släpper ut olja.

Den 20 maj rapporterades att Sentinel 1b upptäckt en oljefläck i östra Medelhavet som kan komma från det försvunna Egyptair-planet.

Det låter nästa för bra för att vara sant. Låt oss gå några år tillbaka i tiden och se hur det hela började.

Esa och EU-kommissionen beslutade 2004 att tillsammans starta ett ambitiöst projekt kallat Gmes – Global Monitoring for Environment and Security. Det handlar om en serie satelliter för land-, havs- och atmosfärsövervakning. Syftet med projektet är att undersöka den pågående klimatförändringen och dess effekter. Data från satelliternas instrument ska dessutom fritt kunna användas både för grundforskning och för framtida kommersiella applikationer.

2012 bytte projektet namn till Copernicus, och två år senare blev äntligen budgeten för verksamheten 2014–2020 klubbad: totalt 4,3 miljarder euro varav Esa står för 31,5 och EU för resten. Det låter kanske mycket, men det motsvarar bara  en hundring per europeisk skattebetalare. Fyra av de sammanlagt nio satelliterna i systemet är i dag uppe  i omloppsbana, de övriga beräknas komma upp inom de närmaste  åren.

De flesta av dem går på låg höjd, runt 1 000 km, i polära solsynkrona banor. Ett varv runt jorden tar då drygt en och en halv timme. För varje varv flyttar sig banan ett stycke åt väster tills satelliten efter två dygn åter flyger över samma ställe.

Var gång satelliten passerar över nordpolen (eller strax bredvid) laddas data ner till mottagarstationen Svalsat på Svalbard. Vissa satelliter laddar också ner data till mottagarstationen Troll i drottning Mauds land på Antarktis. Båda stationerna ägs och sköts av det norska halvstatliga bolaget K-sat.

Copernicus-projektet består av följande satelliter:

• Sentinel 1a och 1b är polära satelliter som observerar jordytan med så kallad SAR – synthetic aperture radar – som ger bilder i två eller tre dimensioner. Radarn ser genom moln och kan användas för att kartlägga grödor, vatten och ge snabb information vid naturkatastrofer. Båda satelliterna är i dag i omloppsbana, de sköts upp i april 2014 och april 2016.
• Sentinel 2a och 2b går också i polära banor. Har kameror för observationer i olika våglängder i det synliga spektrat och nära infrarött. Kan se klorofyllmängd hos grödor, upptäcka algblomningar med mera.  2a sköts upp i juni 2015, och 2b ska upp hösten 2016.
• Sentinel 3a och 3b mäter temperatur, isutbredning, med mera. 3a sköts upp i februari 2016, och 3b kommer 2017.
• Sentinel 4 är geostationär och mäter med spektrometrar ozon, nitrösa gaser, svaveldioxid och formaldehyd med mera i atmosfären över Europa. Instrumenten delar plattform med vädersatelliten Eumetsat 3G. Planerad till 2021.
• Sentinel 5 mäter samma saker men globalt från polär bana. Den delar plattform med vädersatelliten Metop-SG A. Också den planerad till 2021.

Eftersom den tidigare europeiska land- och atmosfärsövervakningssatelliten Envisat slocknade för några år sedan beslutades att skicka upp en ny satellit för klimatövervakning i väntan på att Sentinel 5 ska bli färdig. Den kallas Sentinel 5p (precursor) och planen är att den ska sändas upp hösten 2016.

• Sentinel 6, även kallad Jason CS, är en havsövervakningssatellit för undersökning av polarregionerma och havsnivåer med radaraltimeter och mikrovågor. Den ersätter de tidigare satelliterna Jason 3 och Cryosat. Här är det den europeiska meteorologiorganisationen Eumetsat som distribuerar data. Eumetsat hanterar även data från Sentinel 3 och 4.

Men Esa har också andra flygfän i omloppsbana. The Swarm kallas en trio satelliter som sköts upp 2013 och som sedan dess har mätt det jordmagnetiska fältet och hur det förändras. Sedan länge har det varit känt att det finns ett område i Sydatlanten, mellan Brasilien och södra Afrika, där magnetfältet är ovanligt svagt. Nu har mätningar visat att detta område, den sydatlantiska anomalin, sakta rör sig västerut samtidigt som fältstyrkan blir allt svagare. I dag ligger dess centrum över Asunción i Paraguay. Är det jordmagnetiska fältet på väg att vända sig upp och ner? Och vad kommer det i så fall att medföra för konsekvenser?

Den senaste gången fältet vände  var för 775 000 år sedan, något som kallas Matuyama-Brunhes-polvändningen (efter den franske geofysikern Bernard Brunhes som 1906 var först att inse att det jordmagnetiska fältet hade bytt riktning i forntiden, och den japanske geofysikern Motonori Matuyama som fått ge namn åt den magnetiska eran före den senaste polomvändningen). Undersökningar visar att fältet under de senaste årmiljarderna har bytt riktning med ojämna mellanrum, mellan en och fem gånger per miljon år.

Data från Copernicus kommer att bli en guldgruva för forskarna, säger Esa. Men tanken är att Copernicussatelliternas data också ska kunna laddas ner gratis och användas kommersiellt av den som så vill, på samma sätt som vem som helst kan använda sig av data från de satellitbaserade positionssystemen GPS, Glonass och Galilei. Från EU:s sida hoppas man att en rad företag i framtiden kommer att hitta fiffiga kommersiella applikationer som utnyttjar mängden av data. Därigenom kommer ekonomisk tillväxt och välstånd spridas över världen, och i synnerhet över Europa. Enligt Esa kommer varje euro som Europas skattebetalare satsar att ge tiofalt igen, och marknaden för produkter och tjänster som bygger på satellitbaserade data förutspås att uppgå till 72 miljarder dollar år 2020.

– För närvarande finns det 550 företag som använder data från Copernicus, säger Volker Liebig. Exempelvis finns det en kenyansk app som kollar småbönders marker för att se om de sköts bra så att bankerna kan ge bönderna mikrokrediter.

Men är alla verkligen roade av att bli bevakade från ovan? Och är det inte så att vissa länder inte alls tycker om att bilder av deras hemliga militära installationer sprids över världen?

– Kineserna tyckte inte om att vi mätte den usla luftkvaliteten över Peking i samband med olympiaden 2008, svarar Volker Liebig. Men vad gäller militära installationer så har Esas satelliter för låg upplösning, bara mellan 5 och 50 meter, för att det ska gå att se detaljer som enstaka stridsvagnar eller liknande. Men det är riktigt att Google Earth inte får visa bilder över vissa amerikanska installationer. Och alla gillar inte att bli övervakade.

För några år sedan var det en tysk dam som slog sin handväska i huvudet på en Esa-representant sedan det visat sig att skattemyndigheterna genom satellitbilder kunnat avslöja en rad svartbyggen och otillåtna simbassänger i hennes villaområde. Och i både Finland och Estland används satellitdata i dag för att avslöja bidragsfuskare.

– Vi använder data från Sentinel 1, 2 och 3 för att kolla fusk med EU:s jordbruksstöd, säger Markus Törmä vid finska miljöinstitutet Syke. Med data från radarn på Sentinel 1 kan vi numera se vad som odlas på fälten uppdelat på sex klasser: höstgrödor, vårgrödor, ärtor, potatis, raps eller gräs, och avslöja om bönderna fuskat med EU-bidragen.

Hur i all världen kan en radar se skillnad på grödor?

– Det syns inte direkt, säger Markus Törmä, men olika grödor ger olika signalprofiler över tiden, över växtperioden alltså. Radarn på satelliten mäter spridningen – de diffusa radarekona – i olika polarisationsplan och dessutom i både upp- och nedgående nod. Satelliterna kommer ju varannan gång från söder och varannan gång från norr, och det ger faktiskt lite olika signaler. När vi väger ihop alla data kan vi med över 90 procents säkerhet bestämma vad som odlas på marken. Och vi kan också se när åkrarna plöjs.

Samma teknik används också i Estland, där EU-stöd utgår för klippning av gräsmarker. Radarn ser när och om gräset klipps. Hittills har estniska Grassland Cutting Detection Service avslöjat fusk för 100 miljoner euro.

I Storbritannien görs varje år en Land Cover Map med hjälp av satellitdata som visar markanvändningen i hela landet. Ställer man samman kartorna från en rad år får man snabbt information om vattentillgång, grödor, växtföljder och skördar.

Allt det här verkar mest handla om klassisk övervakning av medborgarna från myndigheternas sida. Finns det ingen omedelbar nytta för den enskilde bonden?

– Bonden? Han vet ju redan vad han odlar och hur marken mår, får jag till svar.

Vi får väl se vad som händer i framtiden.

Gilla Ny Teknik på Facebook