En av nyckelelementen i jordens klimatsystem är kryosfären – de många former av is som finns på jorden. Två nya NASA-uppdrag använder olika tekniker för att hjälpa forskare att bättre förstå hur fruset vatten påverkar vår planet. Båda kommer att fortsätta med satellitdataposter som avsevärt har förbättrat vår förståelse av jordens frusna regioner.

Möt GRACE Follow-On (GRACE-FO), och ICESat-2.

GRACE-FO-uppdraget, som lanserades den 22 maj, 2018 ombord på en SpaceX Falcon 9-raket, är ett samarbete med det tyska forskningscentret för geovetenskaper. Liksom det föregående GRACE-uppdraget, som fungerade 2002-2017, paret GRACE-FO-satelliter mäter små variationer i jordens gravitationsfält för att avgöra hur massan rör sig runt vår planet över tiden.

Dr Frank Webb, GRACE-FO-projektforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL) förklarar, "GRACE-FO:s mätningar visar migrationen av massa från en plats på jorden till en annan - vilka delar av jorden som vinner massa och vilka förlorar. Den är känslig nog att se små förändringar i fördelningen av is och vatten, som låter oss förstå trenderna och drivkrafterna bakom vattnets kretslopp, inklusive inlandsisarnas bidrag till havsnivåhöjningen."

När inlandsisar smälter, de tappar massa, som något förändrar jordens gravitation, att ändra krafterna som styr satelliternas banor. De två GRACE-FO-satelliterna kretsar omkring 220 km från varandra, med en satellit som leder den andra. Om den ledande satelliten stöter på en förändring i gravitationen, dess hastighet ändras liksom dess relativa avstånd till den släpande satelliten.

Mikrovågor och lasrar används för att mäta de små förändringarna i avståndet mellan de två satelliterna i ett konstant spel med katt och mus. Genom att ta mätningar av flera pass över samma plats, forskare kan skapa kartor över den platsens gravitationsfält. Över jordens frusna områden, denna information visar var inlandsisar och glaciärer vinner eller förlorar massa.

Medan GRACE-FO ger en global bild av förändringar i fördelningen av massa på jorden, ICESat-2 kommer att tillhandahålla kompletterande mätningar av inlandsisens höjd.

ICESat-2, som är planerad att lanseras under hösten 2018, är en enda satellit som drivs av NASA:s Goddard Space Flight Center som använder sin laser för att skjuta ljusstrålar till jorden. Forskare kan bestämma en platss höjd genom att mäta restiden för dessa laserpulser.

Det ursprungliga ICESat-uppdraget, som fungerade 2003-2010, använde en enda laserstråle. ICESat-2 använder 6 strålar för att förbättra noggrannheten och upplösningen. Genom att använda 6 strålar ger forskarna flera datapunkter inom laserns fotavtryck, så att de kan mäta lutningen för ett område och sedan separera statiska lutningsdata från områdets höjdförändringar över tiden.

Varför är denna höjdinformation viktig? Dr Thorsten Markus, chef för Cryospheric Sciences Lab vid Goddard förklarar, "ICESat-2:s omloppsbana upprepar mätningar var 90:e dag, vilket gör att vi kan se förändringar samtidigt som vi hjälper oss att fastställa drivkrafterna bakom den förändringen. Till exempel, balanseras smältning i en region av snöfall i en annan?"

Grace-FO och ICESat-2 kommer att vara de senaste NASA-uppdragen som används för att studera kryosfären och dess roll i jordsystemet. Förutom deras kryosfäriska mål, dessa satelliter ger viktig insikt i beteendet hos andra jordsystemkomponenter, som förändringar i underjordiskt lagrat vatten för GRACE-FO och ekosystemstruktur för ICESat-2. Förmågan hos dessa sensorer att adressera flera jordsystemkomponenter är ett bra exempel på hur NASA behandlar jorden som en komplex, interagerande system.