Skandinaviaa SMOSin mittauksissa

Ensimmäiset SMOS-satelliitin kuvat julki

3 Maaliskuu 2010

Neljä kuukautta sitten laukaistu SMOS-satelliitti mittaa avaruudesta maaperän kosteutta sekä merien suolapitoisuuksia käyttäen mikroaaltosäteilyä vastaanottavia radiometrejä. Ensimmäiset sen keräämistä tiedoista koostetut kuvat on nyt julkaistu.

Nyt julkaistuissa kuvissa näkyy maaston 'kirkkauslämpötila', jota pystytään käyttämään tieteellisen kartoituksen perustana. Itsessään se kertoo ainoastaan maanpinnan lähettämästä säteilystä, mutta erityisen tietojenkäsittelyn avulla siitä saadaan johdettua edelleen tieteellistä tutkimustietoa. Näiden tietojen avulla voidaan mm. veden kiertokulkua koko planeettamme mittakaavassa ymmärtää entistä paremmin.

SMOS in orbit
SMOS

SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) -satelliitti ei paranna pelkästään ymmärrystämme prosesseista maanpinnan ja ilmakehän välillä, vaan auttaa myös kehittämään entistä tarkempia sää- ja ilmastomalleja. Tuloksilla on sovelluskohteensa myös maanviljelyksessä ja veden säännöstelyssä.

Huhtikuun loppuun asti jatkuvan käyttöönottovaiheen aikana nähdään paljon vaivaa kirkkauslämpötilakuvien kalibroimiseksi ja laadun parantamiseksi ennen varsinaisten tieteellisten mittausten alkua. ESAn julkaisemat ensimmäiset havainnot ovat rohkaisevia ja laitteet ovat toimineet hyvin.

"Koko ryhmämme on äärimmäisen iloinen ja ylpeä nähdessään SMOS-järjestelmän todellisen työtuloksen kiertoradalla", kertoo SMOSin projektijohtaja Achim Hahne. "Olemme vasta käyttöönottovaiheen puolivälissä ja on palkitsevaa nähdä nämä SMOSin kalibroidut tulokset."

Uncalibrated image over Australia
Korjaamaton kuva Australiasta

Satelliitin havaintoja tekevä MIRAS-laite (Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis), eli 'apertuurisynteesiä hyväksikäyttävä kuvantava mikroaaltoradiometri' tuottaa yksittäisen kuvan alueen kirkkauslämpötilasta 1,2 sekunnin välein. Suomalainen Modulight on valmistanut laitteen sisällä 69 radiovastaanottimesta signaaleja välittävät laserit.

Calibrated image over Australia
Sama alue Australiasta korjattuna

Kuvien lämpimimpinä eli punaisimpina näkyvät alueet viittaavat kuivaan maastoon ja kylmemmät lämpötilat eli sinertävät alueet kosteimpiin alueisiin. Siksi vesistöt näkyvät kuvissa sinisinä.

Ennen kalibrointia kuvissa näkyy paljon vaihteluja. Kun kuvan häiriöt, joita aiheuttavat esimerkiksi Auringon tai Kuun heijastukset sekä antennien lämpötilavaihtelut, on saatu korjattua, saadaan tulokseksi kalibroitu tasavärinen kuva.

Suomalaiset avustavat mittauksia lentäen

TKK:n Shorts Skyvan -tutkimuslentokone

Validointi eli tulosten paikkansa pitävyyden vahvistaminen on vaativa osa mitä tahansa kotiplaneettaamme tutkivaa satelliittimissiota. Suomi osallistuu projektin tähän osuuteen testaamalla SMOSin havaintolaitetta muistuttavaa HUT-2D-radiometriä SkyVan-lentokoneen kyydissä. Teknillisen korkeakoulun suunnittelema ja kehittelemä radiometri on toiminut keskeisenä koealustana satelliitin kehitykselle ja auttaa nyt sen havaintojen tarkistamista.

"HUT-2D:n suunnittelussa ja kehittelyssä varmistettiin, että kyseinen tekniikka - lähinnä laitteen kalibrointi ja kuvanmuodostus toimivat, kuten pitää", kertoo Kimmo Rautiainen Ilmatieteen laitokselta. "Saimme erittäin hyvää mainetta ulkomailla siitä, että pystymme saamaan merkittävää tulosta aikaan pienellä budjetilla."

AMIRAS
Mittausantenni Skyvanin takaluukun alapinnalla

Aiemmin Teknillisessä korkeakoulussa HUT-2D-projektin johtajana toiminut Rautiainen on ollut mukana monissa eri puolilla Suomea ja Eurooppaa SkyVan-koneella tehdyissä mittauskampanjoissa.

"SkyVan on Suomen ilmailuhistorian eniten muutostöitä läpikäynyt ilma-alus", kehuu Rautiainen. TKK:n omistuksessa vuodesta 1994 lähtien olleeseen lentokoneeseen on tehty mittavia parannuksia tiedekäyttöä varten, esimerkiksi mahdollistamaan lentäminen koneen takarahtitila auki. Vuonna 2006 valmistunut HUT-2D-radiometri on kiinnitetään mittauslentojen ajaksi koneen pohjaan.

"Tyypillinen lentokorkeus vaihtelee noin 500 metrin ja 1500 metrin välillä maanpinnasta. Korkeuteen vaikuttaa se, miten tarkkaa geometristä resoluutiota halutaan mittauksille", Rautiainen kertoo. "Nyrkkisääntönä HUT-2D:lle on, että kuva-alan koko on suurinpiirtein sama kuin lentokorkeus ja yhden pikselin halkaisijan koko on hieman pienempi kuin kymmenesosa lentokorkeudesta."

Mittauksia maanpinnalta, ilmasta ja avaruudesta

First data from SMOS
Ensimmäinen SMOSin maailmanlaajuinen mittauskartta

"Tavoitteena on yhdistää satelliittimittaus, lentokonemittaus ja maastomittaukset", Rautiainen tiivistää. "Nämä kolme ovat eri mittaskaaloissa. Satelliitin pikseli on noin 20 kilometriä leveydeltään, lentokoneesta saa tietoa vajaan neliökilometrin tarkkuudella ja maastosta aina kustakin mittauspisteestä."

"Nämä kaikki tulee saada skaalaamalla järkevästi yhteen ja vielä laajalla alueella samanaikaisesti muiden mittausten kanssa. Suurimmat haasteet mittauksissa ovat hyvien ja kattavien maastoreferenssimittausten saaminen koko SMOS-pikselin alueelta."

Meren suolapitoisuuden mittauskampanjassa vuonna 2007 lennettiin Suomenlahden yllä. Samaan aikaan lentojen kanssa käytiin mittaamassa veden lämpötiloja ja ottamassa suolapitoisuusnäytteitä pulloihin vertailua varten. Sodankylässä taas on tutkittu pohjoisten metsävyöhykkeiden maankosteutta.

"Tänä vuonna on tarkoitus tehdä validointikampanja ja mitta-alueet ovat Skjernin alue Jyllannin keskellä Tanskassa sekä Ruhrin ja Munchenin alueet Saksassa", Rautiainen luettelee. "Maastot ovat sekä avomaastoja että metsäisiä alueita. Tavoitteena maankosteuden mittaus samanaikaisesti lentokoneesta kuin SMOS suorittaa alueen ylitse oman lentonsa."

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