Mindre än tre månader in i sitt uppdrag, NASAs is, Moln- och landhöjdsatellit-2, eller ICESat-2, överträffar redan forskarnas förväntningar. Satelliten mäter höjden av havsis till inom en tum, spåra terrängen i tidigare omartade antarktiska dalar, kartlägga avlägsna inlandsisar, och tittar genom skogstak och grunda kustvatten.

Med varje pass av ICESat-2-satelliten, uppdraget lägger till datauppsättningar som spårar jordens snabbt föränderliga is. Forskare är redo att använda informationen för att studera havsnivåhöjning till följd av smältande inlandsisar och glaciärer, och att förbättra havsis och klimatprognoser.

"ICESat-2 kommer att bli ett fantastiskt verktyg för forskning och upptäckt, både för kryosfäriska vetenskaper och andra discipliner, sa Tom Neumann, ICESat-2-projektforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Neumann och andra med ICESat-2:s vetenskapsteam delade den första titten på satellitens fynd vid American Geophysical Unions årsmöte på tisdagen i Washington, D.C.

Fyller i luckorna

På topografiska kartor över de transantarktiska bergen, som delar östra och västra Antarktis, det finns platser där andra satelliter helt enkelt inte kan se. Vissa instrument kretsar inte så långt söderut, andra plockar bara upp stora detaljer eller de högsta punkterna och missar därför mindre toppar och dalar. Med ett tidigt pass av ICESat-2, forskare började fylla i dessa detaljer.

"Det är spektakulär terräng, sa Benjamin Smith, en glaciolog vid University of Washington, Seattle, och medlem av ICESat-2 vetenskapsteamet. "Vi kan mäta sluttningar som är brantare än 45 grader, och kanske ännu mer, genom hela denna bergskedja."

När ICESat-2 kretsar över det antarktiska inlandsisen, fotonreturerna reflekterar från ytan och visar höga isplatåer, sprickor i isen 65 fot (20 meter) djupa, och de vassa kanterna på ishyllor som faller ner i havet. Dessa första mätningar kan hjälpa till att fylla ut luckorna i Antarktis kartor, Smith sa, men nyckelvetenskapen för ICESat-2-uppdraget har ännu inte kommit. När forskare förfinar kunskapen om vart instrumentet pekar, de kan börja mäta stigningen eller fallet för inlandsisar och glaciärer.

"Väldigt snart, vi kommer att ha mätningar som vi kan jämföra med äldre mätningar av ythöjd, " sa Smith. "Och efter att satelliten har varit uppe i ett år, vi kommer att börja kunna se inlandsisarna förändras över årstiderna."

På tunn is

När havsis först bildas på polarhaven, innan snö faller på den och vinden slår in den i andra flak, den är tunn, platt och slät. Vilket gör det till ett bra ställe att testa hur exakt ICESat-2-data är, eftersom långa sträckor alla borde vara nästan samma höjd, sa Ron Kwok, en havsisforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien.

Än så länge? "Datan är spektakulär, " Sa Kwok. "Den färska isen är helt platt till inom ett par centimeter."

De första månaderna av ICESat-2-data som samlats in över arktisk och antarktisk havsis avslöjar tunn is, tjock is, och funktioner som isryggar. Områden med öppet vatten i sprickorna mellan isflaken, kallas leads, sticker ut i data på grund av skillnaden i reflektionsförmåga mellan is och vatten. Genom att jämföra höjden på den vattenytan i ledningarna med höjden på isen, forskare uppskattar isfribord och tjocklek. Med den höga precisionen hos ICESat-2, plus satellitens sex strålar som tar data samtidigt, forskare kommer att ha en aldrig tidigare skådad förståelse av havsisens tjocklek, som kommer att användas för att förbättra klimatmodellering och prognoser.

Plus, förmågan att identifiera nybildade, tunn is kommer att hjälpa forskare att spåra säsongsförändringarna i avlägsna polarområden, och förstå de processer som driver dessa processer. Data om istjockleken kommer också att hjälpa forskare att förbättra datormodeller av hur havsisen reagerar på den arktiska uppvärmningen, samt prognoser för havsisen.

"Vi kommer att ha mycket högre upplösning på var det är is och var det är vatten i de marginella iszonerna, där det kompakta istäcket möter havet, under smältning och frysning, " sa Kwok. "Det kommer att bli ny vetenskap att tänka på. "

Bortom is

ICESat-2 är alltid på, mäter inte bara vid polerna utan även på tropiska och tempererade breddgrader, och vad den kan se har redan överraskat forskare.

"Vi blev alla förvånade när vi såg den fantastiska detaljen från ICESat-2, tack vare dess detektionsteknik, " sa Lori Magruder, en forskare vid University of Texas och ICESat-2 vetenskapsteamet leder. "På varje yta, Det fanns en fantastisk funktion som vi inte var vana vid att se med den första ICESat."

Till exempel, fotoner som återvänder från havet spårar individuella vågor. I klara kustområden, batymetrin är synlig, ibland så djupt som 80 fot (25 meter), som kan hjälpa till med forskning inklusive modellering av stormfloder, sa Magruder.

Och när ICESat-2 kretsar över skogar, den kan särskilja inte bara trädtopparna utan också de inre baldakinerna och skogsbotten. Medan teamet var osäkert på hur tydlig terrängen skulle vara under täta tak som de som finns i tropiska regnskogar, uppgifterna blev ännu bättre än väntat. Genom att mäta trädhöjder globalt, ICESat-2-uppdraget kommer att kunna förbättra uppskattningarna av hur mycket kol som lagras i skogarna.

Kollar siffrorna, överbrygga klyftan

När ICESat-2 forskarteam analyserade de första uppsättningarna av data, kollegor med NASA:s Operation IceBridge samlade in data i flygplan över Antarktis – som flög över samma banor som satelliten kretsade runt.

Över stora slätter av porlande is, branta toppar som sticker genom inlandsisen, och rader av sprickor som marscherar nerför glaciärer, den luftburna kampanjen mätte ythöjden med Airborne Topographic Mappers laserhöjdmätare, snö- och istjocklek med radar, och sub-is-hylla batymetri med en gravimeter. I ett decennium, IceBridge har undersökt regionen, men i höstas samlade de också in data för att hjälpa till att kontrollera noggrannheten hos ICESat-2.

I tre separata flygningar, IceBridge undersökte den platta platån längs 88-graders-sydlig latitudlinje där alla ICESat-2-banor konvergerar. Andra flygningar spårade över glaciärer, isströmmar och berg längs individuella satellitbanor – ibland precis när satelliten passerade ovanför. För att mäta havsis, IceBridge-teamet flög kort på 500 fot för att mäta vindhastighet, beräknat hur långt isen hade rört sig sedan ICESat-2 mätte den, och justerade sedan flygbanan för att övervaka samma isfläck.

"Nästan varje flygning har ICESat-2-spår inbyggda i sig, sa Joseph MacGregor, IceBridge-projektforskare vid NASA Goddard. "Vi flyger över snabbt föränderliga utloppsglaciärer, det långsammare föränderliga interiören, och ovanliga ytor som är intressanta för ICESat-2. Det primära målet för IceBridge är att överbrygga gapet mellan ICESat och ICESat-2, så det är väldigt givande att veta att vi slutför den processen."

Den första ICESat-satelliten fungerade mellan 2003 och 2009, det var då IceBridge började sina kampanjer. ICESat-2 lanserades den 15 september från Vandenberg Air Force Base i Kalifornien. Dess laserinstrument, kallas ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter System), skickar ljuspulser till jorden. Då gånger, till inom en miljarddels sekund, hur lång tid det tar för enskilda fotoner att återvända till satelliten. ATLAS har avfyrat sin laser mer än 50 miljarder gånger sedan den första gången den 30 september, och alla mätvärden från instrumentet visar att det fungerar som det ska, sa Neumann.

Uppdragschefer förväntar sig att släppa uppgifterna till allmänheten i början av 2019.