Monitoring Earth’s Movements
Earth’s surface is constantly in motion, even though we don’t often notice it. Scientists have long used satellites and ground-based instruments to track movements related to earthquakes, volcanoes, landslides, and other geological events. Now, a new satellite developed by NASA and the Indian Space Research Organisation (ISRO) aims to deepen our understanding of these shifts—and could even help us better prepare for, and recover from, natural and human-made disasters.
The NISAR (NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar) mission will monitor the movement of nearly all the planet’s land and ice-covered surfaces twice every 12 days. This frequency of data collection will provide researchers with a more complete picture of how Earth’s surface changes over time. “This kind of regular observation allows us to look at how Earth’s surface moves across nearly the entire planet,” explains Cathleen Jones, NISAR applications lead at NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Southern California.
Together with complementary measurements from other satellites and instruments, NISAR’s data will provide a more complete picture of how Earth’s surface moves horizontally and vertically. The information will be crucial to better understanding everything from the mechanics of Earth’s crust to which parts of the world are prone to earthquakes and volcanic eruptions. It could even help resolve whether sections of a levee are damaged or if a hillside is starting to move in a landslide.
Advanced Radar Technology
Targeting an early 2025 launch from India, the mission will be able to detect surface motions down to fractions of an inch. In addition to monitoring changes to Earth’s surface, the satellite will be able to track the motion of ice sheets, glaciers, and sea ice, and map changes to vegetation.
The source of that remarkable detail is a pair of radar instruments that operate at long wavelengths: an L-band system built by JPL and an S-band system built by ISRO. The NISAR satellite is the first to carry both. Each instrument can collect measurements day and night and see through clouds that can obstruct the view of optical instruments. The L-band instrument will also be able to penetrate dense vegetation to measure ground motion. This capability will be especially useful in areas surrounding volcanoes or faults that are obscured by vegetation.
Misja NISAR będzie mierzyć ruch powierzchni Ziemi – dane, które można wykorzystać do monitorowania infrastruktury krytycznej, takiej jak pasy startowe lotnisk, tamy i wały przeciwpowodziowe. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Ulepszenia przewidywania trzęsień ziemi i wulkanów
„Satelita NISAR nie powie nam, kiedy nastąpi trzęsienie ziemi. Zamiast tego pomoże nam lepiej zrozumieć, które obszary świata są najbardziej podatne na znaczące trzęsienia ziemi” – powiedział Mark Simons, amerykański kierownik ds. badań nad solidną Ziemią w misji w Caltech w Pasadenie w Kalifornii.
Dane z satelity dadzą badaczom wgląd w to, które części uskoku poruszają się powoli, nie powodując trzęsień ziemi, a które sekcje są ze sobą powiązane i mogą nagle się ześlizgnąć. Na stosunkowo dobrze monitorowanych obszarach, takich jak Kalifornia, badacze mogą wykorzystać NISAR do skupienia się na określonych regionach, które mogą wywołać trzęsienie ziemi. Jednak w częściach świata, które nie są tak dobrze monitorowane, pomiary NISAR mogą ujawnić nowe obszary podatne na trzęsienia ziemi. A kiedy już wystąpią trzęsienia ziemi, dane z satelity pomogą naukowcom zrozumieć, co stało się z pękniętymi uskokami.
„Z perspektywy ISRO jesteśmy szczególnie zainteresowani granicą płyt himalajskich” – powiedział Sreejith KM, kierownik ISRO ds. badań nad solidną Ziemią w NISAR w Centrum Zastosowań Kosmicznych w Ahmedabadzie w Indiach. „W przeszłości na tym obszarze występowały trzęsienia ziemi o dużej sile, a NISAR dostarczy nam bezprecedensowych informacji na temat zagrożeń sejsmicznych w Himalajach”.
Ruch powierzchniowy jest również ważny dla badaczy wulkanów, którzy potrzebują regularnie zbieranych danych, aby wykryć ewentualne ruchy lądu prekursory erupcji. Gdy magma przemieszcza się pod powierzchnię Ziemi, ląd może się wybrzuszyć lub zatonąć. Satelita NISAR pomoże uzyskać pełniejszy obraz przyczyn deformacji wulkanu i tego, czy ten ruch sygnalizuje erupcję.
Ciągły monitoring bezpieczeństwa infrastruktury
Jeśli chodzi o infrastrukturę, taką jak wały przeciwpowodziowe, akwedukty i tamy, zdolność NISAR do zapewniania ciągłych pomiarów przez lata pomoże ustalić zwykły stan konstrukcji i otaczających je terenów. Następnie, jeśli coś się zmieni, menedżerowie zasobów będą w stanie wskazać konkretne obszary do zbadania. „Zamiast co pięć lat odwiedzać cały akwedukt, możesz skierować swoje badania na obszary problematyczne” – powiedział Jones.
Dane mogą być równie cenne, jeśli chodzi o wykazanie, że tama nie zmieniła się po katastrofie takiej jak trzęsienie ziemi. Na przykład w przypadku dużego trzęsienia ziemi w San Francisco upłynnienie – w przypadku którego luźno upakowany lub podmokły osad traci swoją stabilność w wyniku silnego wstrząsu gruntu – może stanowić problem dla zapór i wałów przeciwpowodziowych wzdłuż delty rzek Sacramento-San Joaquin.
„Istnieje ponad tysiąc mil wałów przeciwpowodziowych” – powiedział Jones. – Potrzebna byłaby armia, która wyruszyłaby i obejrzała ich wszystkich. Misja NISAR pomogłaby władzom zbadać je z kosmosu i zidentyfikować uszkodzone obszary. „Wtedy możesz zaoszczędzić czas i wyjść tylko w celu sprawdzenia obszarów, które uległy zmianie. Mogłoby to zaoszczędzić dużo pieniędzy na naprawach po katastrofie.
Więcej o NISAR
NISAR (radar z syntetyczną aperturą NASA-ISRO) to przełomowa misja obserwacji Ziemi opracowana wspólnie przez NASA i Indyjską Organizację Badań Kosmicznych (ISRO), stanowiąca pierwszy wspólny projekt sprzętowy obu agencji. To partnerstwo łączy wiedzę specjalistyczną Laboratorium Napędów Odrzutowych (JPL) NASA i Centrum Satelitarnego UR Rao ISRO w celu stworzenia satelity zdolnego do śledzenia zmian na powierzchni Ziemi z niespotykaną dotąd szczegółowością. JPL jest liderem komponentu amerykańskiego, dostarczając radar pracujący w paśmie L, antenę reflektora radaru, rozkładany wysięgnik, system komunikacji o dużej przepustowości, GPS odbiorniki, rejestrator półprzewodnikowy i podsystem danych ładunku. W międzyczasie ISRO dostarcza autobus kosmiczny, rakietę nośną, operacje misyjne i elektronikę radaru pracującego w paśmie S. NASA i ISRO wspólnie dążą do wykorzystania precyzyjnych danych NISAR do monitorowania ruchów lądów i powierzchni lodu na całym świecie, poszerzając naszą wiedzę na temat naturalnych i wywołanych przez człowieka zmian na Ziemi.
