Ett nytt NASA-laserinstrument som ska lanseras till den internationella rymdstationen i december kommer att hjälpa forskare att skapa den första tredimensionella kartan över världens tempererade och tropiska skogar. Global Ecosystem Dynamics Investigation, eller GEDI, är planerad att skjutas upp på SpaceX:s Falcon 9-raket. Från stationen, GEDI:s avancerade laserteknik kommer att avslöja den tredimensionella strukturen av skogens ekosystem runt om i världen. GEDI uttalade "Jedi, " kommer att sväva över både den mörka sidan och den ljusa sidan av jorden vid 17, 150 miles per timme. Mått på lövverkets höjd, grenar, träd och buskar nedanför sin väg kommer att ge nya insikter om hur skogarna lagrar eller släpper ut kol.

"Vi skulle vilja kunna förstå vad skogens roll är, " sa chefsutredare Ralph Dubayah vid University of Maryland, College Park. "Vi vill veta hur mycket kol som lagras i träd för om vi hugger ner dessa träd, det är en potentiell källa till koldioxid i atmosfären."

GEDI-uppdraget är utformat för att hjälpa forskare att lokalisera dessa källor och förråd av kol. Forskare vet hur mycket kol som kommer ut i atmosfären, men är mycket mindre säkra på var och i vilka mängder kol absorberas, förklarade Laura Duncanson, en forskarassistent vid University of Maryland, College Park.

Jordens hav och skogar tar upp atmosfäriskt kol, men forskare vill undersöka vilka skogar som tar in mest, eller om de skogarna kommer att fortsätta att göra det över tiden. GEDI kommer att hjälpa till att reda ut detta mysterium genom att tillhandahålla den första mycket detaljerade kartan över skogens kollager, pekar i detalj var jordens mest kolrika skogar finns.

"För att effektivt hantera skogar för att mildra klimatförändringar, vi behöver veta hur mycket kol de lagrar och hur det fördelas rumsligt, och det är vad GEDI kommer att ge oss, ", sa Duncanson. "Vi kan inte veta hur mycket kol som släpps ut i atmosfären genom avskogning och skogsförstöring förrän vi vet hur mycket som redan finns där; GEDI kommer att samla in ny data och fylla detta stora, kritisk kolkunskap."

Lidaren slår tillbaka

GEDIs lidarinstrument skickar laserpulser ner till jorden, där de tränger in i skogar under stationens omloppsbana på tempererade och tropiska breddgrader. Laserstrålarna rikoscherar av det första de träffar, som kan vara ett löv ovanpå ett tätt tak, en utskjutande gren, eller marken från vilken skogen kommer fram. Energin som återförs till GEDI-teleskopet på den internationella rymdstationen kommer att ge en intrikat tredimensionell karta över skogstak.

"Vi kan skicka ut en liten ljuspuls och den färdas ner, reflekteras från ytan, och kommer tillbaka, "Bryan Blair, GEDI instrumentforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland och biträdande huvudutredare, sa. "Vi kan se och mäta hur högt trädet är och vi kan faktiskt se hur täta bladen och grenarna är när vi går ner."

När man tittar på någonting, som en byggnad eller ett träd, det du ser är ljus som reflekteras från ytan. GEDI-teamet replikerar den funktionen med en laser, som också är gjord av ljus. Dock, GEDI är en mycket specifik våglängd som gör det möjligt för forskare att filtrera bort alla andra typer av ljus, Blair förklarade.

"Vi tillhandahåller bara vår egen ljuskälla, " sa han. "Det speglar alla löv, sedan grenarna, och så småningom marken."

En omfattande 3D-karta över kapellhöjd och struktur hjälper forskare att bestämma höjden och massan av träd. Alls, brett träd kommer att lagra mer kol än ett kort. Träd, när det torkat, består av cirka 50 procent kol, som skulle släppas ut i atmosfären om ett träd fälldes och brändes. Mogna skogar är avgörande för att behålla lagrat kol i sina stammar, men ung, snabbt växande träd tar i allmänhet upp atmosfäriskt kol i mycket högre hastighet.

"Vi vill mäta hur mycket kol som finns i skogen, vilket är relaterat till hur höga träden är, hur stora de är runt omkring, hur många grenar finns det, hur många löv finns det, och hur stora rötterna är, " sa Blair.

GEDI översvämmar ett tätt tak med laserljuspulser som studsar tillbaka efter att ha kommit i kontakt med ett föremål. Slutresultatet är en heltäckande bild av densiteten ända ner till marken, Blair förklarade. Den största utmaningen är att ha tillräckligt med laserkraft och känslighet för att se genom tropiska skogar, vilket är något GEDI gör bra. Instrumentet kan fungera bra även i världens tätaste skogar, där mindre än 1 procent av ljuset som lyser ner gör det hela vägen till marken.

Förutom skogsstruktur, GEDI kommer att mäta mönster av olika miljöer inom tropiska och tempererade skogar. Begränsade data från fältplottar och luftburen och rymdbaserad lidar har gett forskare en uppfattning om hur habitatstrukturen varierar på specifika platser, men GEDIs avancerade teknologi kommer att fylla i de saknade informationsbitarna runt jorden, sa Scott Goetz, biträdande rektor och professor vid Northern Arizona University.

"Vi kommer att kunna informera modeller om biologisk mångfald, inklusive mönster av artrikedom och specifika livsmiljökrav för hotade och hotade arter." Goetz sa. "Om vi ​​är bättre på att kartlägga var dessa livsmiljöer använder GEDI baldakinstrukturdata kombinerat med andra satellitdata, det kommer att hjälpa till med bevarandet av de arter och skogar som hyser hög biologisk mångfald."

GEDI är planerad att påbörja sitt tvååriga vetenskapsuppdrag ombord på stationen i slutet av 2018. GEDI Science Team förväntar sig att bearbeta inkommande information och göra den tillgänglig för allmänheten inom sex månader efter lanseringen.

Uppdraget på 94 miljoner dollar valdes ut som ett NASA Earth Venture-Instrument-uppdrag 2014. Leds av University of Maryland i samarbete med Goddard, GEDI har den högsta upplösningen och den tätaste samplingen av någon lidar varje sätt i omloppsbana.