Europese satelliet voor ozonmetingen

Satelliet-metingen van de ozonlaag waren tot dusverre vooral het werk van Amerikaanse en Russische kunstmanen (Landsat, UARS en Meteor), maar aan die situatie komt binnenkort een eind. Aan boord van de per Ariane4-raket te lanceren aardobservatiesatelliet ERS-2 van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA bevindt zich namelijk een door TNO ontworpen spectrometer die alles wat tot nu toe voor ozon-metingen in de ruimte werd gebracht, veelvoudig overtreft.

GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) is het enige volledig nieuwe instrumentarium aan boord van de 2516 kg zware ERS-2. Voor de rest zijn ERS-1 (gelanceerd op 17 juli 1991 en nog altijd prima functionerend) en ERS-2 nagenoeg identiek. Wel heeft ERS-2 nu een radiometer met drie extra kanalen in het zichtbaar licht, die speciaal bedoeld zijn voor het observeren van vegetatie met een ruimtelijk scheidend vermogen van 1 kilometer en is de nauwkeurigheid van het instrument (Prare) waarmee gegevens over de baan van de satelliet worden verzameld, aanzienlijk opgevoerd (het Prare-systeem van ERS-1 gaf trouwens circa twee weken na de lancering al de geest).

Als ERS-2 een paar maanden na de lancering volledig operationeel is, zal hij de taken van ERS-1 overnemen. ERS-1 wordt dan ingezet voor speciale campagnes. Daarnaast zal ERS-1 zich meer bezighouden met het verzamelen van gegevens ten behoeve van landbouw, hydrologisch onderzoek naar smeltende sneeuw en oceaan/klimaat-studies.

De meeste aandacht gaat voorlopig uit naar GOME, het aan ERS-2 toegevoegde instrumentarium dat (met een gezichtsveld van twee bij veertig kilometer) speciaal werd ontworpen voor ozonwaarnemingen in de troposfeer en de stratosfeer. Al in 1989 werd het idee geboren om bij ERS-2 de nog beschikbare ruimte en massa te gebruiken voor een ozon-detectiesysteem. ESA koos in 1990 het GOME-ontwerp dat was uitgedacht door een team van de Technisch Physische Dienst van TNO in Delft. En Italië stelde zich garant voor de financiering van het project, zij het op voorwaarde dat de Italiaanse industrie het GOME-pakket zou mogen bouwen. Hoofdaannemer werd het Italiaanse bedrijf Officine Galileo, dat onder andere de bouw van het optische gedeelte (met telescoop, spectrometer etc.) voor zijn rekening nam. Toch is Nederland nauw bij het project betrokken gebleven. TPD-TNO was als onderaannemer van Officine Galileo verantwoordelijk voor de bouw van het calibratie-instrumentarium aan boord van ERS-2.

Een zo perfect mogelijke calibratie is van belang, willen de resultaten van de waarnemingen en metingen voldoende nauwkeurigheid hebben om betrouwbaar zijn. Een afwijking zou tot onbetrouwbaarheid van de uiteindelijke meetgegevens kunnen leiden, zeker als het gaat om de op zichzelf vaak kleine schommelingen die het instrumentarium in de ozonconcentraties moet aantonen. Hoewel boven het gebied van de Noordpool nog steeds geen echt 'gat' in de ozonlaag is gevonden, zoals boven Antarctica, zou de ozonconcentratie op onze hoogte toch al met 3 tot 9 procent zijn afgenomen. Dat wil zeggen als de verzamelde gegevens correct zijn en juist daaraan wordt nog steeds ernstig getwijfeld. De afgelopen jaren is er meer dan eens ernstig meningverschil geweest over metingen van de ozonlaag, soms zelfs op basis van exact dezelfde gegevens. Dat willen de onderzoekers nu voorkomen. En dus is afgesproken dat een internationaal team van 18 'principal investigators' het onderling eens is over de waarnemingsresultaten voordat die in de openbaarheid worden gebracht.

Van Nederlandse zijde maken drs. C. Olij en dr. R. Hoekstra (beiden werkzaam bij TPD-TNO) deel uit van dit team. De technologieën die in Amerikaanse kunstmanen voor ozonmetingen worden gebruikt, zijn nu zo ongeveer vijftien jaar oud. ERS-2 maakt in het GOME-project daarentegen gebruik van een moderne meet-techniek.

GOME maakt gebruik van twee technieken. De eerste wordt aangeduid als SBUV (Solar Backscattered Ultra Violet). Uit de diffuse verstrooiingseigenschappen van de atmosfeer in het ultraviolette gebied kunnen ozonconcentraties worden afgeleid. Maar instrumenten die uitsluitend in het ultraviolet opereren, kunnen geen metingen doen in de wintermaanden. En juist in die periode is de ozonvermindering het ernstigst.

De tweede methode maakt gebruik van de zogenaamde DOAS-techniek (Differential Optical Absorption Spectroscopy), waarmee onderscheid wordt gemaakt tussen de verschillende bronnen die het spectrum kunnen beinvloeden, zoals reflecties van zeeën, besneeuwde bergtoppen, wolken etc. Het DOAS-principe verhoogt de nauwkeurigheid van de meetwaarden drie- tot vijfvoudig.

Absoluut record

Omdat men de lancering van ERS-2 niet met enkele jaren wilde verschuiven, moest GOME in nog geen vijf jaar tijd worden ontworpen en gebouwd. En dat is een absoluut record. Normaal duurt zoiets zo'n tien jaar. Dat is dan ook de reden waarom ontwerpers, technici en wetenschappers extra zullen duimen wanneer ERS -2 op de neus van een Ariane4-raket op weg gaat naar zijn eerste polaire baan op 785 kilometer boven de aarde.

Lanfranco Emiliani, leider van ESA's aardobservatieprogramma's benadrukt dat de 'onafgebroken toestroom van aardobservatiegegevens' altijd een prioriteit van ESA is geweest. 'Degenen die enkele jaren geleden hun vertrouwen toonden in ERS-1 zijn bepaald niet teleurgesteld. Nu gaan we trachten te voorkomen dat die stroom van gegevens de komende jaren niet geleidelijk aan opdroogt.'

Een ERS-3 zal er niet komen. Het is de bedoeling dat de taak van ERS-2 omstreeks 1998/'99 wordt overgenomen door het veel grotere observatieplatform Envisat-1. Die satelliet zal zijn uitgerust met een nog weer sterk verbeterde versie van GOME, het zogeheten SCIAMACHY-instrumentarium (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography), dat in een nog breder spectrum zal opereren.