Biomassa laukaistiin avaruuteen

Biomass taiteilijan näkemänä
Biomass taiteilijan näkemänä

Euroopan avaruusjärjestön uusin Maata havaitseva tiedesatelliitti Biomass on päässyt avaruuteen. Nimensä mukaisesti satelliitin tehtävänä on kartoittaa ja tutkia maapallon pinnalla olevaa biomassaa, etenkin metsiä sekä niiden osaa planeettamme hiilikierrossa.

Laukaisu tapahtui tänään Ranskan Guyanassa sijaitsevasta Kouroun avaruuskeskuksesta Vega-C-raketilla klo 12.15 Suomen aikaa. Satelliitti irrotettiin onnistuneesti raketin ylimmästä vaiheesta noin tunnin kuluttua laukaisusta ja klo 13.28 Suomen aikaa satelliitista saatiin ensimmäinen signaali – se toimi ja kaikki oli hyvin.

Saksan Darmstadtissa sijaitseva Euroopan avaruusoperaatiokeskus alkaa nyt tarkistaa satelliitin järjestelmiä ja virittää sitä vähitellen havaintotyöhön.

Satelliitin erikoisuus on suuri, 12 metriä halkaisijaltaan oleva antenni, joka on tehty verkosta. Laukaisun aikaan se oli pakattuna, mutta avaruudessa se avataan 7,5 metriä pitkän puomin päässä. Myös puomi oli laukaisun aikaan käännettynä kiinni satelliittiin, jotta se olisi mahtunut Vega-raketin nokkakartion sisään. Puomin avaaminen on myös jännittävä vaihe.

Suuri antenni on osa tutkalaitteistoa, jonka avulla pystytään mittaamaan ja tutkimaan paljon aikaisempia satelliitteja paremmin metsiä ympäri maailman.

Biomass puhjastilassa

 

Metsillä – niin pohjoisilla havumetsillä, tropiikin sademetsillä kuin autiomaiden käkkäräpuisilla ja kitukasvuisilla metsillä – on suuri osa maapallon hiilikierrossa. Ne sitovat ja varastoivat suuria määriä hiilidioksidia, mikä auttaa osaltaan säätelemään Maan lämpötilaa.

Metsät sitovat noin 8 miljardia tonnia hiilidioksidia vuosittain, mutta metsäkato ja metsien muuttuminen harvemmiksi sekä hiiliköyhemmiksi vapauttaa koko ajan metsiin varastoitunutta hiiltä takaisin ilmakehään. Tämä pahentaa osaltaan ilmastonmuutosta.

Haasteena on tähän saakka ollut se, että emme ole voineet määrittää tarkasti kuinka paljon hiiltä metsät varastoivat ja miten nämä varastot muuttuvat esimerkiksi nousevien lämpötilojen, ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvun ja ihmisen aiheuttamien maankäytön muutosten vuoksi.  

Biomass auttaa tässä. Sen tutka on ensimmäinen ns. P-kaistalla, eli taajuusalueella noin 300 MHz – 1 GHz, toimiva kaukokartoitustutka. Biomass-satelliitin tutka toimii 435 megahertsin taajuudella, sen lähettämien radioaaltojen aallonpituus on 69 cm.

Tämä aallonpituus on kätevä siksi, että signaali läpäisee tiheitä metsälatvustoja, pilviä ja jopa osittain maaperää. Se siis ei havaitse vain lehtiä ja latvustoja, vaan pystyy näkemään kirjaimellisesti puut metsältä koska kuvissa ovat myös puiden rungot ja oksat.

Näin voidaan kartoittaa tarkasti maapallon biomassan määrä ja jakautuminen, jotka kertovat suoraan metsien hiilivarastoista.

Lisäksi tämän aallonpituuden avulla voidaan "nähdä" metsättömillä alueilla pinnan alle. Biomass saattaa siis paljastaa myös pinnanalaisia geologisia muodostumia tai esimerkiksi ihmisten tekemiä, hiekkaan peittyneitä rakenteita.

Samoin P-kaistan tutkalla voidaan arvioida tulvariskejä eri alueilla sekä kuvata jääpeitteiden sekä jäätiköiden pinnan alapuolisia maisemia.

Vaikka antenni on suuri, niin satelliitti pystyy tekemään havaintojaan maksimissaan vain 50 metrin resoluutiolla. Se ei siis näe yksittäisiä puita, vaan kartoittaa puumassaa laajemmin.

Vega-C laukaisualustalla

Biomass-satelliittia kuljettanut Vega-C laukaisualustalla ennen laukaisua. Kuvat: ESA ja ESA / M. Pédoussaut.

 

Biomass-satelliitin laukaissut Vega-C on uusi, isompi versio alkuperäisestä Vega-raketista, joiden lennot päättyivät viime syyskuussa. Kummallakin raketilla on ollut viime vuosina vastoinkäymisiä, mutta nyt hyvin onnistunut laukaisu saanee Vega-C:n takaisin normaalirutiiniin. 

Tälle vuodelle on suunnitteilla vielä kymmenkunta Vega-C:n laukaisua – seuraava on heinäkuussa. Kaikki virallisessa suunnitelmassa olevat lennot eivät pääse tänä vuonna matkaan, mutta joka tapauksessa lentotahti on nyt nopeutumassa olennaisesti.

Vega-C on 35 metriä korkea ja sen massa laukaisuvalmiina on 210 tonnia. Siinä on kolme kiinteällä polttoaineella toimivaa vaihetta ja neljäs, ylin vaihe, joka käyttää nestemäisiä ajoaineita, jotta sen moottoria voidaan sytyttää ja sammuttaa – kuten tällä lennolla. Näin satelliitit voidaan ohjata tarkasti halutulle kiertoradalle.
 

Myös puut nukkuvat öisin

Pimeän laskeutuessa suuri osa eläinkunnasta asettuu yöpuulle. Uni on kuitenkin tärkeää myös kasvikunnalle.

Itävaltalais-suomalais-unkarilainen tutkijaryhmä on onnistunut määrittämään täysikasvuisen puun unirytmin käyttämällä laserkeilauksella mitattua pistepilviaikasarjaa. Tulosten perusteella puut näyttävät menevän lepoon yöaikaan.

"Koko puu nuokahtaa yön aikana, mikä havaitaan oksien ja lehtien paikan muutoksena", kertoo Eetu Puttonen Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksesta.

"Muutokset ovat pieniä, vain noin kymmenkunta senttimetriä viisimetrisessä puussa, mutta havaintojemme mukaan muutokset ovat systemaattisia ja selvästi laitteistojemme mittaustarkkuuden rajoissa."

Lehtien ja oksien havaittiin nuokahtavan asteittain siten, että alin piste saavutettiin muutama tunti ennen auringonnousua. Aamulla puut palautuivat takaisin alkuperäiseen asentoonsa parissa tunnissa.

Tulosten perusteella ei voida vielä sanoa aiheutuuko herääminen auringonnoususta vai puiden omasta sisäisestä vuorokausirytmistä.

Kasvien asennossa tapahtuvien muutosten dokumentointi tavallisella valokuvauksella yöaikaan on haastavaa, koska ulkoisen valonlähteen käyttö häiritsee ja katkaisee kasvin unirytmin. 

Laserkeilauksessa kasvi ei juuri häiriinny. Keilaimet käyttävät yleensä infrapunasäteilyä, joka heijastuu hyvin lehdistä. Lisäksi yksittäinen piste kasvin pinnalla on valaistuna vain sekunnin murto-osan.

"Uskomme, että laserkeilauksella tuotetut pistepilvet mahdollistavat kasvien unirytmin yleisen seurannan. Pyrimme laajentamaan mittauksemme kattamaan entistä suurempia alueita, kuten kasvitarhoja tai metsäkoealoja", toteaa Norbert Pfeifer Wienin Teknillisestä yliopistosta.

"Jatkossa pyrimme toistamaan pistepilvimittauksia samanaikaisten vesipitoisuusmittausten kanssa ympäri vuorokauden. Yhteismittausten tulokset auttavat ymmärtämään paremmin puiden päivittäistä vedenkäyttöä ja millainen vaikutus puilla on paikallisiin ja alueellisiin ilmasto-olosuhteisiin", Eetu Puttonen sanoo.

Tutkimus on ilmestynyt Frontiers in Plant Science -julkaisussa.

Puututkimuksessa skannattiin laitteistolla muun muassa Suomessa, Kirkkonummella olevaa metsää syyskuussa 2013. Tuloksena saatu suomalainen pistepilviaineisto on vapaasti saatavilla Paikkatietokeskuksen nettisivuilla.

Hyperspektrilaserkeilausta

Syy siihen, miksi maanmittaajat ovat kiinnostuneita nukkuvista puista liittyy projektiin nimeltä UbiHyperMapping, eli "monikanavaisen spektraalitiedon kattava soveltaminen uusissa liikkuvissa kartoitusjärjestelmissä". 

Tämä tarkoittaa sitä, että Paikkatietokeskuksessa (jonka osana entinen Maanmittauslaitos nykyisin on) selvitellään miten uudenlaisia laajaspektrisiä laserkeilausjärjestelmiä voidaan käyttää paremmin kaukokartoitussovelluksissa.

Tieto puiden nukkumisesta tulee suoraan puiden geometria muuttumisesta vuorokauden kuluessa. Tämä on hyvä esimerkki siitä, miten laserkeilaustietoa voidaan käyttää monissa yllättävissäkin sovelluksissa ja tutkimuksissa.

Laserkeilausjärjestelmät kykenevät keräämään samanaikaisesti kohteen paikka- ja spektritiedon, mikä on ollut aiemmin mahdotonta yhtä sensoria käytettäessä. Lisäksi tiedon keräys on mahdollista suorittaa vuorokaudenajasta ja valaisuominaisuuksista riippumatta. 

Keilauslaitteistoa voidaan myös käyttää paitsi yllä olevan kuvan osoittamalla tavalla maastossa, niin myös lentokoneessa tai lennokissa, jolloin saadaan kartoitettua laajempia alueita kerralla.

Uutinen perustuu Maanmittauslaitoksen tiedotteeseen.