Stockholmsforskare ett steg närmare stort satellitprojekt

ECO-satelliternas instrument mäter all strålning från horisont till horisont plus ungefär 100 km till så man är säker på att ha med det mesta av atmosfären. Det sitter fyra likadana instrument i varje satellit, ett som tittar ner mot jorden, ett som tittar upp och observerar solen, samt två som är i reserv. Reservinstrumenten mäter bara då och då, och på så sätt kan man hålla koll på om de aktiva instrumenten försämras över tid.

Europeiska rymdstyrelsen ESA:s program Earth Explorer har genom åren skickat ut fem forskningsprogram (eller “missioner” som de kallas) i rymden för att bidra med viktiga forskningsdata, och man har ytterligare sex program på olika stadier i utvecklingen. I början av 2023 gjordes en tolfte utlysning för programmet. 17 ansökningar kom in och nyligen beslutade ESA att låta fyra av dessa gå vidare till nästa steg i processen där programförslagen ska granskas närmare. Ett av dessa forskningsprogram kommer år 2029 att väljas ut som ESA:s tolfte Earth Explorer.

Ett av de fyra program som ESA valt ut till den andra omgången är Earth Climate Observatory (ECO) som ska mäta jordens strålningsbalans.

– Vi vill mäta jordens strålningsbalans direkt från rymden, det vill säga den relativt lilla skillnaden mellan inkommande solstrålning och reflektion plus infraröd utstrålning från jorden. Det är något som man inte tidigare lyckats med, säger Thorsten Mauritsen, lektor vid Meteorologiska institutionen, Stockholms universitet och en av de tre forskare som är huvudsökande för ECO.

Strålningsbalansen nyckel till att förstå klimatförändringar

Strålningsbalansen är nyckeln till att förstå vart klimatförändringarna är på väg. Obalansen uppstår på grund av ökande växthusgaser, vilket i sin tur leder till att värme ackumuleras i atmosfären och haven. Den globala uppvärmningen leder i sin tur till bland annat värmeböljor, extrem nederbörd, torka, skiftande klimatzoner och stigande havsnivåer.

När världens länder ska försöka hålla ökningen av jordens medeltemperatur under två grader är det avgörande att ha ett system i rymden som snabbt och tillförlitligt kan säga om åtgärderna haft önskad effekt innan det återspeglas i temperaturtrenden under kommande decennier. Man kan även lära sig oerhört mycket om hur klimatsystemet fungerar genom att ha långa obrutna tidsserier av strålningsbalansen.

Thorsten Mauritsen
Foto: Malin Mauritsen

– Som klimatforskare finns även en liten oro att vi ligger helt fel till i våra prognoser för framtiden. Den utbredda uppfattningen bland klimatforskare, vilken jag delar, är att den globala uppvärmningen kommer att stanna upp på ungefär den uppvärmningsnivå som man nått, några år eller nåt decennium efter det att man fasat ut användandet av fossila bränslen. Men även om risken är extremt liten, så finns farhågor att återkopplingsmekanismer kan fortsätta spä på den globala uppvärmningen efteråt. Ett sådant skräckscenario skulle vi tidigt kunna upptäcka med ECO och man skulle då ha mer tid på sig att reagera, säger Thorsten Mauritsen.

Minska osäkerheten i mätningarna

Han berättar att nuvarande och planerade amerikanska satellitsystem har för låg noggrannhet för att mäta den hårfina obalansen, fokus där är i stället på hög upplösning.

– I ECO tänker vi gå åt andra hållet för att uppnå vårt mål. Vi kommer att använda instrument som mäter reflektion och utstrålning från horisont till horisont sett från satellitens perspektiv, samt likadana instrument för att mäta solinstrålningen. Vi har även dubbel uppsättning av instrument. På så sätt kan vi få ner osäkerheten och få till väldigt stabila mätningar över tid, även om den tuffa rymdmiljön skulle tära på instrumenten, säger Thorsten Mauritsen.

Mätningar natt och dag överallt på jorden

Teknisk skiss av hur en ECO-satellit kan komma se ut. Instrumenten sitter i lådan överst i bild, röda instrument är radiometrar och gröna och gula är olika kameror som ska titta ner på jorden. På baksidan av instrumentlådan sitter ytterligare två radiometrar som ska mäta inkommande solstrålning. Nedersta lådan innehåller allt som behövs för att hålla satelliten i sin bana, inklusive en liten raketmotor, bränsle, gyron, batterier, dator, navigation och kommunikation

För att mäta strålningsbalansen behöver mätningar göras dag och natt, och överallt på jorden. Detta har forskarna vid Stockholms universitet visat att det går att göra om man har minst två satelliter som går i speciella banor över eller nära polerna.

– Dessa banor är så klurigt inriktade att man vid olika tider på året mäter på olika tider på dygnet. Det mer vanliga är att använda solsynkrona banor där man alltid mäter vid samma tider på dygnet, oftast runt lunch och vid midnatt. Men dygnscykeln i strålningsbalansen är enorm, så om man använt sådana banor hade minst sex fungerande satelliter behövts, vilket hade blivit väldigt dyrt, säger Thorsten Mauritsen.

Tuff utgallringsprocess

Fram till och med 2029 blir det nu en tuff utgallringsprocessen för att utse den mission ESA ska välja. Under tiden kommer forskarna inom ECO att utföra en rad tester på att systemet kommer att fungera. ESA kommer även att undersöka huruvida europeiska företag kan bygga satelliterna så som det är tänkt och om man behöver ändra på något. Efter 2029 kommer satelliterna att byggas och uppskjutningen är planerad till 2036.

Vad hoppas ni kunna uppnå med ECO?

– Vi hoppas att vi kan visa värdet i att hålla koll på den globala uppvärmningen från rymden och att man kommer att följa upp ECO-missionen så att framtida generationer kan hålla bättre koll på klimatet, säger Thorsten Mauritsen.

Forskare från sex länder bakom ansökan

Förutom Stockholms universitet är det forskare från Bryssel och Toulouse som är huvudsökande för ECO. Från Stockholms universitet ingår även Linda Megner och Jörg Gumbel, båda vid Meteorologiska institutionen i ansökan, och mycket av forskningen har utförts av doktorand Thomas Hocking. Totalt står tolv forskare från Sverige, Belgien, Frankrike, Tyskland, Storbritannien och Schweiz bakom ansökan. Budgetramen från ESA:s sida för projektet är 550 miljoner euro. I det nuvarande steget tilldelas de fyra programmen en mindre summa som främst ska gå till industristudier av hur missionen skulle kunna realiseras.

De andra projekten som går vidare är CryoRad, Hydroterra+ och Keystone.

Läs mer på ESA:s webb om de fyra projekten