Sentinel-1 er en radarsatellitt som kan se bevegelser i havis og landmasser. Slik kan den også få stor betydning for kartlegging av hvilke områder som er hardest rammet etter jordskjelv og skred.

Slik skal satellittene sjekke helsa til jorda

Vaktposter i rommet våker over hav og land. Seks typer europeiske satellitter får hver sin jobb å gjøre.

9.4 2016 04:00

Sentinel – vaktpost. Navnet maner fram bildet av en årvåken, ensom speider.

Bildet passer bra. Disse speiderne er ensomme nok. De europeiske Sentinel-satellittene går i baner flere hundre kilometer over landjord og hav.


Sanddyner i Libyas ørken gløder i dette bildet tatt fra Sentinel-2A. (Foto: Copernicus Sentinel data (2015)/ESA)

Tvillingpar

Noen skal speide i par. Det gjør dem ikke mindre ensomme. Parene skal riktignok gå vaktrunder i samme bane, men på motsatt side av kloden.

Slik deler de jorda mellom seg. Er ikke den ene vaktposten der, så er den andre på plass.

– Hvert par er helt like. Det er som å ha en satellitt som går over hvert sted på jorda dobbelt så ofte, sier Andreas Käab til forskning.no.


Deler kloden mellom seg: To identiske satellitter – her Sentinel-3A og 3B – går i samme bane fra pol til pol, men på motsatt side av jorda. Slik kan de dekke samme område dobbelt så ofte. (Figur: NASA/ESA, tilpasset av forskning.no)

Ser breen røre seg

Käab er professor ved Institutt for geofag på Universitetet i Oslo. Han leder den eneste norske forskergruppen som har vært med på å justere inn utstyret på en av vaktpostene – Sentinel-2A.

– Vi er overentusiastiske, sier Kääb. – Vi får mye oftere bilder enn tidligere, og kan bruke data på nye måter. Dette er en helt ny verden.

Kääb er breforsker. Han bruker bildene fra vaktpostene til å følge breer på Svalbard og fastlands-Norge, i Himalaya og Alaska og andre steder i verden.

Hvis breforskerne skal se hvordan isen beveger seg, er det viktig å få raskere oppdateringer.

Disse radarbildene fra en tidligere satellitt, TerraSAR-X, viser hvordan Austfonna-breen beveget seg mellom 2012 og 2014. Det illustrerer hvordan Sentinel-1 kan brukes til å følge med på brebevegelser. (Video: Andreas Kääb/ESA)

Følger strømmene på havet

Også havforskere har glede av at bildene kommer oftere.

– Du trenger å følge med fra dag til dag for å se hvordan forurensning, algevekst og plankton sprer seg, sier Kääb.

Skyter opp flere og flere

Foreløpig er bare tre av Sentinel-satellittene sendt opp i bane. Først opp var Sentinel-1A i 2014, så gikk Sentinel-2A til værs i 2015, begge fra Europas rombase i Kourou i Fransk Guyana.

 Den 16. februar 2016 steg så Sentinel-3A til værs fra Plesetsk-kosmodromen i Russland.

Som A-endingen i navnet tyder på, er de deler av par, men går foreløpig alene. Nye oppskytninger kommer i 2016 og videre i årene framover.


Sentinel-2A skytes opp med en Vega VV05-rakett fra den europeiske romhavnen Kourou i Fransk Guyana, 23. juni 2015. (Foto: ESA–M. Pedoussaut, 2015)

Hver sine særtrekk

Når alle satellittene er på plass rundt midten av 20-tallet, går tre par og tre enslige – i alt ni – satellitter i baner rundt 600 til 800 kilometer over hodene våre fra pol til pol.

Hva har de til felles? Ikke mye, forklarer Käab.

– Her er lite overlapping. De utfyller hverandre veldig godt. Europa ville ikke investert i flere satellitter som var halvveis like, sier Käab.

Bortsett – altså – fra de som danner helt like par, Sentinel-1A og B, Sentinel 2-A og B og Sentinel 3-A og B.

Hva er det så som skiller dem? Her kommer familietreet til hele speidergruppa.

Sentinel 1 – radarparet

Sentinel 1-A og B skal kartlegge sjøisen i Arktis, isbreer, bølgehøyde på hav og jordsmonn og skog.

Begge satellittene har radarblikk. De ser jorda i radarbølger. Radarbølger er samme type bølger som lys, men vi kan ikke se dem med øyet. Bølgelengden er alt for lang.

Det røde lyset vi kan se, har en bølgelengde rundt 0,8 tusendels millimeter. Vi må langt, langt videre, forbi infrarøde varmebølger, før vi kommer til mikrobølgene. De er flere centimeter lange.

Her finner vi radarbølgene, som Sentinel 1-A ser. Sentinel-1B slår følge seinere i 2016.


Sentinel-1 er utstyrt med en radar. Radarbølger går gjennom skyer. Bildene til gjengjeld mindre skarpe enn fra kameraer som ser synlig lys. (Illustrasjon: ESA/ATG medialab)

Rugler og vann

Jorda er ganske mørk, sett med radarblikk. Derfor må Sentinel-1 ha med seg sin egen lille radarlommelykt – en radarsender – for å lyse ned på hav og land under seg.  

Dermed virker den like bra om natta som om dagen. Hva ser radarantenna til Sentinel-1?

Rugler og vann, er det korte svaret. Vann blir mørkt. Is blir lysere. Jevne flater blir mørke. Ruglete flater blir lysere. Hvorfor?

Vann suger

– Vann suger til seg energien fra mikrobølgene. Lite reflekteres tilbake, forklarer Kääb. 

– Det samme skjer i en mikrobølgeovn. Vannmolekylene i maten suger til seg energien i mikrobølgene og blir varm, fortsetter han.

Sett fra Sentinel 1 vil altså blikkstille hav se mørkt ut. Sjø med bølger vil derimot være lysere. Hvorfor?


Radarbilde over Ny Ålesund på Spitsbergen, tatt fra Sentinel-1. De øvre delene av isbreen er hvite fordi radarsignalet trenger inn i snøen og reflekteres fra de mange krystallene nedover i det dype snølaget. Noen lavere deler av breen er også hvite fordi bresprekker reflekterer mer stråling tilbake enn glatt is. De lysere områdene på sjøen skyldes bølger. Gråtonene forteller om bølgehøyden og dermed indirekte vindstyrken. (Foto: Andreas Kääb/ESA)

Rugler sprer

Her kommer ruglene inn. Bølgene sprer lyset mer. Dermed reflekteres mer tilbake til satellitten. Sentinel-1 kan se både bølgehøyde og bølgeretning på denne måten.

Vegetasjon er gjerne grå. Bladene sprer radarbølgene i alle retninger. Jordsmonn er mørkt eller lyst, avhengig av rugler og vanninnhold. Det samme er is og snø.

– Radarbølgene går gjennom skyer. De går også litt nedover i bakken. Vi kan altså se gjennom dårlig vær og litt under overflaten med radar, sier Kääb.

Myser mot de små forskjeller

Til gjengjeld er ikke radarblikket særlig skarpt. De lange bølgene skjelner ikke små detaljer.

Selv om hver enkelt detalj er uskarp, kan Sentinel-1 se små forskyvninger fra radarbilde til radarbilde.


Etter det voldsomme jordskjelvet i Nepal 25. april 2015 målte radaren til Sentinel-1A hvordan bakken hadde forskjøvet seg loddrett. Fargenøkkelen til høyre viser hvor store forskyvningene var. Rødt er to meter opp, blått er to meter ned. (Bilde: ESA/DLR)

Slik kan satellitten oppdage små bevegelser i jordskorpa, for eksempel ved jordskjelv, skred og vulkanisme.

At radarblikket er uskarpt, gjør dessuten ikke noe. Neste par ut i Sentinel-familien bøter på det.

Sentinel-2 - skogvokteren med det skarpe synet

Sentinel-2A ble skutt opp i november 2015. Alt nå har speideren gitt oss storslagne utsyn over Norge og andre land – ned til detaljer på rundt ti meter.

Mot slutten av 2016 får Sentinel-2A selskap av sin makker – Sentinel-2B. Da vil paret gi bilder av samme sted på jorda minst hvert femte døgn.

– Over Norge er de faktisk hvert annet døgn. Det er mye oftere enn andre satellitter. De amerikanske Landsat-satellittene kan til sammenligning bare levere nye bilder hver 16.dag, opplyser Käab.


Sentinel-2 kan se detaljer helt ned til ti meter. Følsomheten er stor i den røde delen av fargspekteret. Her reflekterer planter og alger mye lys, og helsetilstanden deres kan overvåkes. (Illustrasjon: ESA/ATG medialab)

Røde øyne

Sentinel-2 har blikk for det som spirer og gror, på stilk og stamme – og i vannet.

Som en bordskanner i nærmere 800 kilometers høyde bygger satellitten bilder, linje for linje av det grønne – eller rettere sagt det røde.

Klorofyllet i plantene sender nemlig ikke bare fra seg grønt lys. Det sender også fra seg det røde og det infrarøde lyset. Sentinel-2 utnytter dette for å se hvor mye vegetasjon det er i et område.

Sentinel-2 har stor følsomhet for disse rødfargene. Dermed kan speideren se om skog og planter skranter – eller blir hogget ulovlig. Det er for eksempel nyttig for landbruk og skogbruk og miljøvern.

Også langs kysten og i innsjøer kan det være klorofyll – i alger etter forurensning. Skogvokteren blir dermed også en algevokter og en miljødetektiv.


Denne algeoppblomstringen i Østersjøen ble fanget opp av Sentinel-2A i august 2015. Bildet viser et skip på vei inn i det som ser ut som en algestorm. Kjølvannet av skipet kan sees som en mørk linje der hvor algeveksten er forstyrret av propellene. (Foto: Copernicus Sentinel data (2015)/ESA)

Svart snø

Breforskere som Andreas Käab har også nytte av Sentinel-2. Den skanner i infrarødt lys, der snø og is suger opp strålene og står fram i svart.

– Vi kan se hvordan isbreer vokser og avtar, og vi ser snøsmelting i fjellet. Dette er også nyttig for vannkraftleverandørene, sier Käab.


I bildet til høyre er snøen mørk, sett i infrarødt lys. Bildet er tatt over Norge med Sentinel-2A. (Foto: Copernicus, ESA/Andreas Kääb)

Sentinel-3 – havørnen

Der Sentinel-2 blir landvokteren, skal Sentinel-3 speide ut over havet som bølger over nesten tre fjerdedeler av vår blå planet.

Blikket blir under tiendedelen så skarpt som på Sentinel-2. Til gjengjeld sveiper det over mye større havområder der Sentinel-2 skrur av kameraene.

– Over vann er det viktigere med raske oppdateringer enn at bildene er skarpe, sier Kääb.

Da kan forskerne følge de raske skiftningene i havstrømmer og livet i havflaten.

Og Sentinel-3A leverer. Havørnen ser samme sted på verdenshavene hvert annet døgn.

Foreløpig flyr den alene etter oppturen med en Rockot-rakett fra Russland 16. februar. I 2017 får den følge av Sentinel-3B.


Sentinel-3 er havsatellitten. Den har lavere oppløsning, men sveiper over større havområder med kortere mellomrom enn Sentinel-2. Det er viktig for at forskerne skal kunne følge med på havstrømmer og forurensing i havet. (Illustrasjon: ESA–Pierre Carril)

Ser maten i havet

Sentinel-3 er like fargefølsom som Sentinel-2. Det kan se klorofyll ­– men helst i havvannet.

– Fargefølsomheten til Sentinel-3 er spesielt justert for å se plankton et stykke ned under havflaten, sier Käab.

Slik kan helsa til vår viktige næringskjede – livet i havet med fiskebestandene – overvåkes.

Tar tempen

Andre instrumenter måler infrarød varmestråling. Dermed kan de se temperaturen til vannet.

Vanntemperaturen gir kunnskap om hvordan havstrømmer endrer seg og påvirker vær og avlinger på land

Måler høyden

Havørnen har også radarblikk. Men dette blikket brukes på en helt annen måte enn i Sentinel-1.

Her er det tiden som teller. Akkurat som i en skipsradar, måles tida fra radarsignalet går ut til radarekkoet kommer tilbake. Jo lengre tid, desto større avstand.

– Sentinel-3 måler avstanden ned til havet i en stripe som er noen kilometer bred. Slik måles havhøyden og tykkelsen på havis, sier Käab.


Sentinel-3 skal sveipe over enorme havstrekninger med høydemålende radar, infrarød temperaturmåler og fotoblikk som er følsomt der plankton og annet planteliv i havet har sin fargesignatur. Satellitten skal også kartlegge tykkelsen på havis og vannstanden i innsjøer og elver. (Illustrasjon: ESA/ATG medialab)

Snødekke og permafrost

Og selv om Sentinel-3 er en havørn, flyr den også inn over land.

– Vi kan se høyden på breer og måle snødekke i for eksempel Alaska og Sibir. Sammen med temperaturmålinger kan dette brukes til å forutsi hvordan permafrosten vil utvikle seg, sier Kääb.

Hvis permafrosten tiner, kan store mengder metan frigjøres fra smeltende myrer. Dette har betydning for klimaendringene.

Fyller ut i klorofyll

Selv om Sentinel-2 ser skarpere over land, ser Sentinel-3 i litt andre farger, tilpasset livet i havet.

– Sentinel-3 ser også infrarøde varmestråler. Dette kan ikke Sentinel-2, supplerer Kääb.

Slikkan de to speiderparene fylle ut bildet av grønne vekster på landjorda også.


Forskerne kan kombinere bilder fra flere frekvensbånd for å se forskjellene i vegetasjon tydeligere. Her er et område nær Flisa ved Glomma skannet i synlig lys (venstre) og i infrarødt lys (midten). Til høyre er de to bildene kombinert. Det brune området nedenfor midten av bildet er et torvuttak. (Foto: Sentinel-2A, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)

Skog og betong

De infrarøde målingene av varmestråler kan også brukes over land. De kan se varmen fra tørre avlinger og oppdage skogbranner.

Eller de kan se solsteik over het betong i byer, til hjelp for byplanleggere.

Instrumentene kan også brukes til å måle vanndamp i atmosfæren og bidra til bedre værvarsler. Men ikke så mye som det neste skuddet på speidernes familietre.

Sentinel-4 og Sentinel-5 – luftas helter

Disse to satellittene skal ikke fly i par. De blir enslige fugler. Og de blir en slags gjøkunger i rommet.

De skal nemlig ikke fly på egen hånd. De vil suge strøm og sitte på ryggen av værsatellitter. Så er også jobben deres å holde øye med lufthavet rundt jorda.

De skal blant annet måle luftkvalitet og det viktige ozonlaget i stratosfæren som stanser den farlige ultrafiolette strålingen fra sola.

Sentinel-4 skal etter planen skytes opp med værsatellitten Meteosat i 2019. Samme år stiger EUMETSAT opp med instrumentene til Sentinel-5.


Sentinel-5 Precursor er en forløper for Sentinel-5, som etter planen skal skytes opp i 2021. Den skal fylle tomrommet etter at miljøsatellitten Envisat sluttet å virke i 2012. Sentinel-5 er ikke en selvstendig satellitt. Det er heller ikke Sentinel-4, som skal opp samme år. De er instrumenter som sendes opp sammen med værsatellitter. Instrumentene skal måle jordas atmosfære, blant annet innholdet av ørsmå partikler, aerosoler. (Illustrasjon: ESA/ATG medialab)

Forløperen

Men allerede i 2016 skal en luftens nødhjelper sendes opp – i form av Sentinel-5 percursor.

Som navnet sier, er den en slags forløper for Sentinel-5. Den skal dekke tapet av miljøsatellitten Envisat, som sa takk for seg etter å ha jobbet fem år på overtid i 2012.

Sentinel-6 – høydemåleren

Sentinel-6 er det siste skuddet som skytes opp på familietreet – trolig på midten av 2020-tallet.

Den skal følge opp det gode arbeidet til Sentinel-3, med enda mer nøyaktige målinger av havhøyder hvert tiende døgn.

Sentinel-6 blir havforskerens og klimaforskerens beste venn. Havhøyden kan både fortelle om hvordan havet utvider seg når det blir varmere, og hvordan havstrømmer får havflaten til å bule.


Sentinel-6 skal bruke radaren som høydemåler. Slik kan den måle hvordan havnivået endrer seg på grunn av klimaendringene. (Illustrasjon: ESA 2015, Airbus Defence and Space)

Calling all satellites …

De ensomme vaktpostene i rommet trenger ikke bare årvåkent blikk. De trenger også å melde fra om det de ser – når de ser det.

Til unnsetning kommer Europas hyperbredbånd i rommet – European Data Relay System.

Den første enheten ble skutt opp 29. januar 2016. Den skal få følge av en til i 2017.

Står stille i full fart

Begge flyr på ryggen av vanlige kommunikasjonssatellitter. De går baner rundt ekvator, 36 000 kilometer over jorda.

Så høyt oppe bruker de nøyaktig ett døgn på ett omløp. Med andre ord: De går like fort rundt som jorda.

Sett fra jorda står de stille på himmelen. Det er derfor vi kan stille inn parabolen en gang for alle og la den peke mot en slik geostasjonær TV-satellitt.

Men EDRS skal ikke sende TV-signaler. De bruker laserlys, som i fibernett for superraskt bredbånd.  Dermed kan de overføre data mye, mye raskere.

Video fra ESA forklarer EDRS-systemet.

Ser ned på Sentinel

Fra sin utsiktspost i 36 000 kilometers høyde kan de to EDRS-enhetene se store områder av jordkloden – Europa, Midtøsten, Afrika, Amerika, Asia og polområdene.

Langt der nede under dem vil Sentinel-satellittene svirre i sine baner fra pol til pol. De vil sende laserstråler med de siste data opp til EDRS-mottakerne.

Sentinel-1 og Sentinel-2 er allerede i gang med overføringer via den første EDRS-A, som har hengt seg på kommunikasjonssatellitten Eutelsat 9B i posisjon ni grader østlig lengde.

EDRS samler inn data og sender dem videre ned til bakkestasjoner i Tyskland, Belgia og Storbritannia.

Men da kan de ikke bruke laserstråler. En sky på feil sted kan stanse hele overføringen. Derfor bruker de to EDRS-enhetene vanlige radiobølger ned til bakkestasjonene.

Forskning og overvåkning

– Flere forskningsmiljøer i Norge vil bli trukket inn i arbeidet med data fra Sentinel, forteller Kääb.

Skogforskning og landbruksforskning, breforskere, vannforskere – alle vil ha nytte av de skarpsynte speiderne.

– Overvåkning av skipstrafikk og forurensning i havområder er også viktig. Det finnes egne satellitter for dette, for eksempel norske AISSAT, men den registrerer bare posisjoen til skipet. Den kan ikke se forurensing, slik som Sentinel, sier Kääb.

Video fra ESA som viser hvordan Sentinel-1 kan brukes til forebygging og kartlegging av ulykker og følge skipstrafikk.

Varsling og redning


Andreas Kääb har vært med på å justere inn instrumentene på Sentinel-2A etter at den ble skutt opp i november 2015. (Foto: Universitetet i Oslo)

Sentinel-satellittene skal også brukes ved store ulykker. Radaren til Sentinel-1 kan se oversvømmelser og skred.

Sentinel-2 kan oppdage skogbranner og gressbranner, ulovlig hogst og rydding av land eller se våtmarksområder hvor malaria og andre sykdommer kan spre seg.

De skarpe bildene fra Sentinel-2 kan også brukes til å finne egnede områder for nødhjelpsleirer eller flyktningleirer.

Fritt fram

Og ­– ikke minst – vi kan alle ha glede av å få den store oversikten, sett fra flere hundre kilometers høyde.

– Bildene er fritt tilgjengelige. Alle kan laste dem ned, sier Kääb.

Lenker:

Oversikt over Sentinel-satellittene fra ESA: http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus/Overview4

Sentinel Online, mer detaljert teknisk oversikt over Sentinel-programmet fra ESA: https://sentinel.esa.int/web/sentinel/home

Sentinels Scientific Data Hub, åpent tilgjengelig databibliotek. Krever registrering og har store datafiler for nedlasting: https://scihub.copernicus.eu/userguide/WebHome#Sentinel_2_Data_Offer

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.