Het instrument gaat binnenkort op transport naar de VS en moet onthullen welke rol aerosolen spelen in ons veranderende klimaat.

Ze zijn overal: aerosolen. De kleine deeltjes in onze atmosfeer – zoals roet, as en woestijnstof – zijn ook ongetwijfeld van invloed op ons klimaat. Maar welke rol ze precies spelen, is nog altijd onduidelijk. En dat zie je terug in de klimaatvoorspellingen. Afhankelijk van de rol die in klimaatmodellen aan de aerosolen wordt toegeschreven, liggen de temperaturen die deze modellen voor het jaar 2100 voorspellen tot wel 2 graden Celsius uit elkaar.

SPEXone
Dat moet anders. En daarom hebben Nederlandse onderzoekers SPEXone ontwikkeld. Met het instrument kan straks nauwgezet onderzoek worden gedaan naar de eigenschappen van aerosolen. En zo wordt ook meer inzicht verkregen in hoe ze ons klimaat beïnvloeden.


Nadat er – onder leiding van het Nederlandse Instituut voor ruimteonderzoek (SRON) – jaren aan SPEXone is gewerkt, werd onlangs de laatste hand aan het instrument gelegd. Eerder deze week volgde – onder toeziend oog van onder meer de minister van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap, Ingrid van Engelshoven – nog een laatste inspectie en het instrument is nu klaar voor transport naar het Goddard Space Flight Center van NASA. Eenmaal daar aangekomen zal het op NASA’s PACE-satelliet worden geschroefd.

PACE
PACE staat voor Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem. De satelliet – die in 2023 gelanceerd wordt – gaat vanuit een baan om de aarde onderzoek doen naar de oceanen, wolken en aerosolen. Het laatstgenoemde missiedeel komt voor rekening van het door de Nederlanders gebouwde instrument. “Aerosolen beïnvloeden het klimaat maar hun precieze rol is onvoldoende bekend,” zo legt Otto Hasekamp, onderzoeker bij SRON, uit. “Zo weerkaatsen de meeste aerosolen licht en hebben daarmee een afkoelend effect op de aarde, maar kunnen ze door absorptie ook een opwarmend effect hebben.” Om het nog ingewikkelder te maken, zijn aerosolen ook nog eens van invloed op de totstandkoming van wolken. Wanneer er meer aerosolen zijn, ontstaan wolken die helderder zijn en langer standhouden. “Dit levert een afkoeling van de atmosfeer op. Het totale effect van aerosolen is zeer waarschijnlijk afkoelend en daarmee compenseren ze gedeeltelijk de opwarming van de aarde door broeikasgassen.” Maar de mate waarin dit gebeurt, is onzeker. “Met SPEXone willen we de mate van afkoeling bepalen en ook de oorzaken begrijpen, bijvoorbeeld welk type aerosol voor de meeste afkoeling zorgt, wat de bijdragen van het directe effect (weerkaatsen en absorberen van zonnestraling) en indirecte effect (effect op wolkenvorming) zijn.” Naast SPEXone zijn er ook nog 2 andere instrumenten aan boord van PACE: OCI en HARP-2. “Met deze instrumenten kunnen wolkeneigenschappen heel nauwkeurig bepaald worden. Door SPEXone te combineren met deze instrumenten kunnen we dus veel nauwkeuriger het effect van aerosolen op wolkenvorming bepalen.”

Een artistieke impressie van PACE, in een baan om de aarde. Het had niet veel gescheeld of de missie was in 2018 geschrapt; de Trump-regering wilde de klimaatsatelliet niet financieren. Het Amerikaanse congres greep echter in en PACE komt er nu toch. Afbeelding: NASA Goddard Space Flight Center.

SPEXone
PACE is natuurlijk niet de eerste satelliet die (onder meer) onderzoek gaat doen naar aerosolen, maar met SPEXone is deze er in vergelijking met andere satellieten wel bijzonder goed in, zo legt Otto Hasekamp, onderzoeker bij SRON, uit. “Er is een aantal satellieten dat al gebruikt wordt voor aerosol-onderzoek. De meeste daarvan meten alleen de Aerosol Optische Dikte, de mate waarin het licht verzwakt wordt door aerosol. Om het effect van aerosol op het klimaat te bepalen moeten we ook weten hoe groot de deeltjes zijn (omdat dat bepaalt of wolkendruppeltjes op het aerosol kunnen condenseren), hoe de verhouding is tussen het absorberen en weerkaatsen van zonlicht door aerosolen en wat de oorsprong van het aerosol is (industrie, woestijnzand, bosbranden). Deze eigenschappen kunnen met SPEXone bepaald worden omdat SPEXone heel nauwkeurig meet in welke mate het licht gepolariseerd is. Het Franse POLDER-instrument (2004-2013) heeft ook al gebruikt gemaakt van polarisatie, maar de meetmethode van SPEXone is vele malen nauwkeuriger. Met POLDER konden we bijvoorbeeld niet het effect van aerosolen op wolkenvorming boven land bepalen en met SPEXone zal dat wel kunnen.”


Lange aanloop
De lancering van PACE, met aan boord SPEXone, kent een lange aanloop. De ontwikkeling van de voor SPEXone benodigde technologie is tien jaar geleden al gestart, zo legt Hasekamp uit. “Toen nog los van NASA’s PACE-missie. Omdat we zagen dat het nodig was om de rol van aerosolen op het klimaat beter te bepalen.” Later kon er worden aangehaakt bij de PACE-missie. “Het werd snel duidelijk dat een instrument als SPEXone de wetenschappelijke waarde van de PACE-missie zou vergroten en dus was er van beide kanten grote interesse om dit voor elkaar te krijgen.” Het is niet de eerste keer dat Nederlandse onderzoekers en NASA samenwerken. “Eerder gebeurde dit met het Nederlandse OMI-instrument (een ozonmeter, red.) op een NASA-satelliet,” aldus Hasekamp. “Maar het blijft zeker bijzonder om aan zo’n belangrijke NASA-missie bij te dragen.”

Eerste data
De lancering van PACE staat vooralsnog gepland voor half 2023. “Ongeveer een half jaar na lancering verwachten we de eerste resultaten. Eerst zullen de instrumenten in de ruimte getest moeten worden en zal de software voor het verwerken van de data misschien iets aangepast moeten worden naar aanleiding van die tests. Om iets te zeggen over de rol van aerosol op straling en wolkenvorming hebben we een jaar aan data nodig.”

Toekomst
Hoewel SPEXone nog gelanceerd moet worden en we dus nog wel enkele jaren op de eerste data moeten wachten, dromen Nederlandse onderzoekers al over nieuwe instrumenten, geïnspireerd op SPEXone, die voor nieuwe toepassingen kunnen worden gebruikt. “Je kunt bijvoorbeeld denken aan het gebruik van een SPEXone-opvolger voor het verbeteren van het voorspellen van luchtkwaliteit. Aerosolen (fijnstof) zijn een belangrijke bron van luchtvervuiling. De grootte en samenstelling van het aerosol bepalen in grote mate het effect op de luchtkwaliteit. SPEXone ‘ziet’ in ongeveer een maand de hele aarde. Dat is geschikt om het effect van aerosolen op het klimaat te bepalen maar voor luchtkwaliteittoepassingen is het nodig dat er iedere dag, liefst meerdere malen, metingen genomen worden. Om dat voor elkaar te krijgen zou SPEXone aangepast moeten worden om een groter ‘blikveld’ te krijgen of je zou meerdere SPEXone instrumenten tegelijk kunnen lanceren.”

Voor nu is dat toekomstmuziek. Het is nu eerst aan SPEXone om ons te helpen de klimaatvoorspellingen te verfijnen. “Als we de onzekerheid van het afkoelende effect van aerosol op het klimaat met een factor twee kunnen reduceren is de missie wat mij betreft een heel groot succes.”