BIRA denkt aan kleine satelliet voor onderzoek van de atmosfeer

Logo van het project ALTIUS
21 januari 2008

Hoe kan men de concentratie van gassen zoals ozon meten in de bovenste lagen van de atmosfeer? Het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA) denkt aan een kleine satelliet om het te doen met zogenaamde remote sounding. Het project kreeg de naam ALTIUS.

De benaming sporengas (in het Engels trace gas) verwijst naar een gas dat in uiterst minieme hoeveelheden aanwezig is in de atmosfeer van de aarde. De atmosfeer bestaat bijna hoofdzakelijk uit stikstof (ongeveer 78%), zuurstof (21%) en argon (iets minder dan 1%). Wat overblijft zijn sporengassen zoals koolstofdioxide, stikstofdioxide en ozon. Hoe zijn deze sporengassen te meten?

Meteosat-2 Earth image
De aarde en zijn atmosfeer, gezien vanaf 36.000 kilometer door een Meteosat-weersatelliet

Om dat op globale schaal te doen zijn satellieten nodig, die waarnemen hoe het licht van de zon of andere hemellichamen in interactie is met de aardse atmosfeer. De meeste instrumenten meten daarbij de intensiteit van het weerkaatste of uitgezonden licht in verschillende golflengten - zeg maar kleuren - van het ultraviolet tot het ver infrarood. Dit is het principe van remote sounding.

Zo kunnen we van op de grond gezien de zon bij zonsondergang met het blote oog waarnemen, terwijl onze ogen overdag bij een blik op de zon onherstelbaar zouden beschadigd worden. De reden: bij zonsondergang wordt meer zonlicht door de atmosfeer geabsorbeerd, omdat het een langere weg doorheen de atmosfeer naar de waarnemer aflegt dan wanneer ze hoog aan de hemel staat.

De zon ziet er ook rood uit, een aanwijzing dat de absorptie van het zonlicht niet in alle golflengten en kleuren hetzelfde is. Door de lichtintensiteit in een bepaald golflengtegebied te meten kan de concentratie van een molecule als ozon worden afgeleid.

Twee technieken

Eureca's solar panels unfolding
Het BIRA ontwikkelde in het verleden al de occultatieradiometer ORA, die vloog aan boord van het ruimteplatform Eureca

Vanuit de ruimte kan aan remote sounding worden gedaan met verschillende technieken. Bij occultatie wordt de zon (maar het kan ook de maan, een ster of een planeet zijn) door een satelliet in een lage baan om de aarde op een hoogte van 500 tot 1000 kilometer waargenomen. Een dergelijke satelliet maakt per dag 15 keer een zonsopgang en 15 keer een zonsondergang mee. Telkens spreekt men dan over een occultatie.

Door de satelliet daarbij de afzwakking van het licht in verschillende golflengten te laten waarnemen kunnen onderzoekers de hoeveelheden van absorberende gassen als bijvoorbeeld ozon afleiden. Deze techniek werd al vaak toegepast bij instrumenten die een spectrometer (die de lichtintensiteit in verschillende golflengten meet) bevatten.

Het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA) op het plateau van Ukkel ontwikkelde in het verleden al in het bijzonder de occultatieradiometer ORA, die de zonneschijf waarnam aan boord van het Europese ruimteplatform Eureca.

Het instrument nam in 1992-1993 onder meer vulkanische aerosols waar, door de Mount Pinatubo in juni 1991 in de atmosfeer gespuwd. Het experiment Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars (GOMOS) keek dan weer naar steroccultaties.

Twee technieken om aan remote sounding te doen: occulatie en limb scattering

Een tweede manier om aan remote sounding te doen is limb scattering. Bij deze techniek wordt de verstrooiing van licht vanuit het verlichte deel van de atmosfeer (Engels limb) gemeten. Daaruit kunnen verticale profielen van een atmosferisch bestanddeel worden afgeleid.

Deze techniek heeft als voordeel dat op elk moment een waarneming kan worden gedaan als de satelliet zich aan de dagzijde van de aarde bevindt. Bij deze techniek wordt immers verstrooid licht waargenomen, eerder dan een rechtstreekse lichtbron als de zon of de maan. Vanuit een baan die de satelliet over de polen van de aarde brengt kan de hele aardbol op enkele dagen tijd volledig waargenomen worden. Met deze techniek konden nauwkeurige onder meer ozonmetingen uitgevoerd worden.

ALTIUS

Dr Didier Fussen van het BIRA

Het BIRA bestudeert nu het project ALTIUS om met deze laatste techniek aan remote sounding te doen. Het gaat om een kleine satelliet op basis van de op 22 oktober 2001 gelanceerde succesvolle made in Belgium kunstmaan PROBA 1. De zogenaamde fase-A-studie (die de wetenschappelijke en technologische aspecten onder de loep neemt) is al opgestart, in samenwerking met onder meer ESA's technologisch onderzoekscentrum ESTEC in Noordwijk (Nederland), OIP (Oudenaarde) en Verhaert (Kruibeke).

De bedoeling is om met behulp van drie spectrale camera's horizontale variaties van ozon af te leiden en speciale wolken te identificeren, zoals de polaire stratosferische wolken die een rol spelen bij de afbraak van ozon. Hoofdonderzoeker voor ALTIUS is Dr Didier Fussen van het BIRA.

Het BIRA te Ukkel denkt aan een kleine satelliet om aan remote sounding te doen

Hij ging vorig jaar naar Viriginia Beach (Verenigde Staten) om er de vierde Internaional Atmospheric Limb Workshop bij te wonen. Daar kwamen de nieuwste instrumenten en technieken aan bod om de samenstelling van onze atmosfeer waar te nemen. Fussen stelde er zijn project voor aan internationale collega's, waarbij hij ook feedback zocht.

Het is wel nog even wachten op de kleine satelliet. 'We bevinden ons nog in het beginstadium', vertelde Fussen in de Verenigde Staten. 'Waarschijnlijk duurt het nog minstens vijf jaar alvorens de satelliet klaar is.'

Bron: BIRA

Informatie

Belgisch Instituut voor
Ruimte-Aeronomie (BIRA)
Ringlaan 3
1180 Brussel

02/373.04.04
info@aeronomie.be

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.