“Dankzij dit nieuwe instrument kunnen we beter voorspellen hoeveel de aarde gaat opwarmen”
Praktijkverhaal
Een nieuw stukje van de klimaatpuzzel
Welke rol spelen fijnstof en wolken bij de opwarming van de aarde? Dat onderzoekt een in Nederland ontwikkeld meetinstrument, SPEXone, aan boord van een nieuwe klimaatsatelliet van NASA. De data die SPEXone verzamelt, worden verwerkt en opgeslagen bij SURF en beschikbaar gesteld aan de wetenschap.
In het kort
Wie: Otto Hasekamp
Functie: Onderzoeker
Organisatie: SRON
Dienst: High-performance dataprocessing platform Spider
Uitdaging: Gedetailleerde lichtmetingen omzetten naar aerosoleigenschappen is een erg rekenintensief proces
Oplossing: Zo’n 50 terabytes per jaar aan data worden verwerkt en opgeslagen op het Spiderplatform, dat ideaal is voor grote, gestructureerde datasets
“Als dit maar goed gaat…”
Het is bewolkt de nacht van 8 februari op Cape Canaveral in Florida. Samen met zijn collega’s en mensen van Airbus en NASA zit SRON-onderzoeker Otto Hasekamp op een tribune in de buitenlucht om te zien hoe NASA de nieuwe PACE-satelliet zal lanceren. Aan boord bevindt zich het meetinstrument SPEXone, waar Hasekamp met zijn team zes jaar aan heeft gewerkt. “Van tevoren dacht ik niet: het gaat mis. Maar als je daar op dat moment eenmaal zit, voel je de spanning: dit moet wel goed gaan...”. Even wordt het helemaal stil op de lanceerbasis. Dan gaat de raket met een enorme vlam en veel rook de lucht in. De grond trilt en de hemel licht op. “De opluchting bij ons was groot. Ja, dat was wel bijzonder”, memoreert Hasekamp.
Otto Hasekamp (SRON): “Op het Spiderplatform bij SURF verwerken we de data op verschillende manieren en kiezen dan de beste aanpak, zodat we snel een goed dataproduct hebben voor de gebruikers”
Onderzoek naar klimaatverandering
Met de PACE-missie doet NASA onderzoek naar klimaatverandering door met verschillende instrumenten de oceaan en de atmosfeer te bestuderen. Vanaf honderden kilometers boven de aarde onderzoeken deze instrumenten de impact van voor het blote oog onzichtbaar kleine deeltjes in het water en de lucht. SPEXone onderzoekt specifiek welke rol wolken en aerosolen (kleine stof- of vloeistofdeeltjes) spelen bij de opwarming van de aarde.
Nog sneller opwarmen
Aerosolen zijn een vorm van luchtverontreiniging. Ze kunnen bestaan uit zeezout, woestijnstof, roet of as. Ze beïnvloeden ook het klimaat: ze koelen de atmosfeer af, omdat ze zonlicht reflecteren. Ook kan er water condenseren op aerosoldeeltjes, waardoor er meer wolkendruppels ontstaan. Die wolken reflecteren dan meer zonlicht, wat eveneens een verkoelend effect heeft.
“Maar we weten niet hoe groot dat verkoelende effect is”, zegt Hasekamp. “Dus we weten ook niet in hoeverre aerosolen de opwarming van de aarde door broeikasgassen tegengaan. Daardoor is het moeilijk om het klimaat voor de toekomt te voorspellen. Als de komende jaren de lucht schoner wordt doordat we vervuilende industrie terugdringen, kan de aarde nog sneller gaan opwarmen.”
Tegenstrijdig
Het klinkt tegenstrijdig: door de lucht schoner te maken, wordt het warmer. “Maar je moet het wel doen, want luchtverontreiniging is ongezond. Dit nieuwe instrument, en de andere instrumenten op PACE, gaan een paar belangrijke puzzelstukjes leveren. Hiermee kunnen we beter gaan voorspellen hoeveel de aarde gaat opwarmen.”
De grond trilt en de hemel licht op als de PACE-satelliet wordt gelanceerd
Beschikbaar voor de wetenschap
SPEXone is in Nederland ontwikkeld door SRON, het Nederlands Ruimtevaartinstituut in Leiden, in samenwerking met Airbus Netherlands. De data die het instrument de komende jaren naar de aarde stuurt, worden verwerkt en opgeslagen op de systemen van SURF en vervolgens beschikbaar gesteld aan de wetenschap.
Gereflecteerd licht
Hoe kan het instrument vanaf zo’n hoogte nu die microscopisch kleine aerosolen waarnemen? “SPEXone meet eigenlijk het licht dat gereflecteerd wordt door aerosolen”, legt Hasekamp uit. “Hoe het licht verstrooid wordt, hoeveel licht het reflecteert, met welke kleuren en vanuit welke hoeken, en hoeveel licht het absorbeert: dat zegt allemaal iets over de eigenschappen van het deeltje, bijvoorbeeld de grootte ervan. Om die metingen van licht om te zetten naar aerosoleigenschappen hebben we allerlei algoritmes ontwikkeld. Die draaien op Spider, het dataverwerkingsplatform van SURF.”
Rekenintensief
Het omzetten van licht naar aerosolen is een erg rekenintensief proces. Ieder stukje aarde van 5 bij 5 kilometer wordt gemeten en voor elk stukje wordt de gemeten lichtstraling vertaald naar aerosoleigenschappen. “NASA zet de data om in een leesbaar formaat en daarna halen we de data naar SURF. Dat zal gaan om zo’n 50 terabytes per jaar.”
Engineers van SRON en Airbus Netherlands monteren SPEXone op de PACE-satelliet
Zeker in het begin van zo’n missie moeten een heleboel dingen geoptimaliseerd worden aan die processing-algoritmes. “Op het Spiderplatform bij SURF doen we wat we ‘wetenschappelijke processing’ noemen: de data op heel veel verschillende manieren verwerken en dan de beste aanpak kiezen. Zo kunnen we snel een goed dataproduct maken voor de gebruikers. Dat zijn onderzoekers van SRON, maar ook anderen die de data willen gebruiken, zoals Europese onderzoeksconsortia.”
De toekomst van onze planeet
Minuscule aerosolen, tot nu toe de grote onbekende in klimaatmodellen, zijn de sleutel tot het ontrafelen van het complexe samenspel van elementen in de atmosfeer. Ondertussen beginnen de eerste meetresultaten binnen te komen bij SURF. De komende jaren blijft de PACE-satelliet zijn rondes maken om de aarde, om een nieuw licht werpen op de toekomst van onze planeet.
Dienstpagina
Tropomi meet al zes jaar broeikasgassen
Al een jaar of zes draait het meetinstrument Tropomi, ook ontwikkeld door SRON, rond de aarde aan boord van de Europese satelliet Sentinel-5P. Tropomi meet de uitstoot van gassen en SRON onderzoekt vooral de data over koolmonoxide en methaan, een broeikasgas. Ook deze data worden verwerkt bij SURF. Hasekamp: “Dat is een ander deeltje van de klimaatpuzzel. Methaan warmt de aarde op en aerosolen koelen hem af.”
Meer lezen:
- SRON-website: NASA lanceert klimaatsatelliet met Nederlandse fijnstofmeter
- NASA-website: NASA Launches New Climate Mission to Study Ocean, Atmosphere
Tekst: Josje Spinhoven
Beeld: NASA, SRON