Dit artikel verscheen in de vierde editie van National Geographic Magazine 2021.
Op 22 april is het Earth Day, met dit jaar als motto ‘Herstel onze aarde’. Het is een kernachtige samenvatting van de motto’s van de recentste edities (‘Klimaatactie’ (2020), ‘Bescherm onze soorten’ (2019), ‘Beëindig plasticvervuiling’ (2018), ‘Bomen voor de aarde’ (2016)). Er moet meer gebeuren om de planeet te redden, en snel een beetje. Net als in vroeger tijden het geval was bij onheil, verwachten wij hulp van bovenaf. Niet zozeer van een bovennatuurlijke kracht, maar van de vloot satellieten die om de aarde heen zwermt.
Als sterrenkundige ben ik gewend om mijn blik naar boven te richten, maar vanuit de ruimte kijkt de mens vooral naar beneden. Slechts dertig van de vierhonderd actieve telescopen in de ruimte zijn gericht op de sterrenhemel. De rest heeft als hoofddoel het in beeld brengen van het oppervlak van de aarde, kortweg ‘aardobservatie’.
Veel aardobservatiesatellieten hebben meerdere camera’s aan boord, die licht met verschillende golflengten detecteren. Elke lichtsoort geeft andere informatie. Met zichtbaar licht kan de topografie en begroeiing worden vastgesteld. Door de kleuren gedetailleerd te analyseren kan worden opgemaakt waaruit de bodem bestaat. Infrarood licht, dat een iets langere golflengte heeft, geeft informatie over temperatuur en luchtvochtigheid. Met de nog langere microgolven kunnen deze eigenschappen ook in het donker of zelfs onder een wolkendek worden gemeten. Sommige satellieten hebben een radar, waarmee ze hoogteverschillen en textuur van het landschap in kaart brengen.
‘Zoals met veel zaken, ligt ook hier de beperking niet in de technologie die we naar de ruimte sturen, maar in ons gedrag op aarde.'
Satellieten maken een vast patroon in hun baan rond de aarde. Sommige hebben een geostationaire baan, op meer dan 35.000 kilometer boven de evenaar. Deze satellieten draaien mee met de rotatie van de aarde en bevinden zich dus steeds ongeveer boven dezelfde locatie. Een bekend voorbeeld zijn de Europese Meteosat-satellieten, die de weervrouwen Marjon de Hond en Sabine Hagedoren in staat stellen dagelijks het weer te voorspellen. De meeste satellieten hebben een lagere baan, op vijfhonderd tot duizend kilometer hoogte, die de noord- en zuidpool passeert. Binnen anderhalf uur maken ze een ronde om de aarde. Afhankelijk van het vliegpatroon produceren ze in enkele dagen tot weken tijd een beeld van het volledige aardoppervlak. Hoe gedetailleerd dat beeld is, hangt af van de detectiemethode en het licht dat wordt ontvangen. Infrarood- en microgolffoto’s hebben een resolutie van een vierkante kilometer, terwijl sommige moderne optische satellieten objecten van een meter groot kunnen onderscheiden.
Vanaf de jaren zeventig werd het, dankzij de opmars van digitale fotografie en computers, mogelijk om grote hoeveelheden data te verwerken. Satellieten konden voor het eerst een compleet beeld van de aarde vastleggen. Een doorbraak was het Landsat-programma van NASA, waarvan de eerste satelliet in 1972 – twee jaar na de eerste Earth Day – werd gelanceerd. Landsat is het langstlopende continue satellietprogramma. Al bijna vijftig jaar lang wordt elke zestien dagen de hele planeet in kaart gebracht, in zowel zichtbaar licht als infrarood. Alle data zijn publiek beschikbaar.
Door de frequente en complete metingen van programma’s als Landsat kon voor het eerst onze planeet als geheel worden bekeken en beter worden begrepen. Het werd mogelijk om de kennis in te zetten voor milieudoeleinden. Het maakte geleidelijke en verborgen veranderingen zichtbaar, en hielp ons om de menselijke invloed op onze omgeving te meten en waar mogelijk bij te sturen. Een bekend voorbeeld is het gat in de ozonlaag boven Antarctica, waarvan het bestaan halverwege de jaren tachtig werd bevestigd door satellietbeelden. Regels voor de uitstoot van schadelijke stoffen als cfk’s zorgden voor een gedeeltelijk herstel van de ozonlaag, een succes dat ook weer door satellieten werd vastgelegd.
Satellieten hebben van nature veel beperkingen. Ze mogen niet te zwaar zijn, omdat het dan te veel brandstof kost om ze de ruimte in te krijgen. Aan lanceringen is altijd een risico verbonden, zoals maar weer duidelijk werd in november 2020, toen een Spaanse en een Franse satelliet kort na de lancering verloren gingen, nadat hun Vega-draagraket van koers raakte. En als een satelliet dan eenmaal in een baan rond de aarde is, zijn reparaties niet meer mogelijk. De juiste baan moet in één keer worden bereikt en wordt eindeloos herhaald.
‘Een van de grootste voordelen van satellieten is hun voorspelbaarheid. Satellieten doen steeds braaf hetzelfde kunstje, soms tientallen jaren lang. Sommige projecten, zoals Copernicus van ESA, zijn gericht op de lange termijn. Als een satelliet het eind van zijn missie nadert, wordt een gelijkwaardige opvolger gelanceerd. Dat leidt tot betrouwbare, continue metingen,’ zegt aardwetenschapper Richard de Jeu, medeoprichter van Vandersat. Hij verruilde zijn academische loopbaan voor het ondernemen, vanuit de wens om beelden uit de ruimte ‘dichter bij de maatschappij’ te brengen. Zijn bedrijf verwerkt satellietgegevens tot praktische, up-to-date kennis die van waarde is voor hun klanten, onder wie boeren, waterbedrijven en verzekeraars.
De meeste meetgegevens die Vandersat gebruikt zijn beschikbaar voor iedereen. De truc is om meerdere satellieten te combineren om een nauwkeuriger resultaat te behalen. Zo kan een boer tijdens een droogte dankzij satellietdata vaststellen waar op zijn land het meeste water nodig is, wat steeds vaker voorkomt door klimaatverandering.
Ook andere satellietrekenaars pakten in de afgelopen jaren thema’s van eerdere Earth Days aan. ‘Bomen voor de aarde’ is een specialiteit van Satelligence, een ander Nederlands bedrijf. Een datasysteem van Satelligence houdt handelaren in duurzame palmolie op de hoogte van ontbossingsactiviteiten en stelt hen zo in staat om goede leveranciers uit te kiezen. Voor een ander thema, ‘Beëindig plasticvervuiling’, zullen satellieten wellicht ook een oplossing mogelijk maken. Elke minuut van de dag komt een vrachtwagenlading aan plastic afval in de oceaan terecht, blijkt uit een rapport van het World Economic Forum uit 2020. Satellieten kunnen ontdekken waar dit plastic zich verzamelt. Kleine stukjes plastics zijn weliswaar moeilijk te detecteren op satellietbeelden en onder water kijken is onmogelijk, maar we kunnen wel de grote drijvende krenten uit de plasticpap vissen. Lauren Biermann, onderzoeker aan het Plymouth Marine Laboratory, ontdekte een methode om op ESA-satellietbeelden opeenhopingen van plastic te vinden, de zogenaamde afvoerputjes van de oceaan. Ze hoopt dat dit leidt tot een wereldwijd monitoringsysteem. Nu nog een vloot schepen mobiliseren die de rommel komt opruimen.
Mijn hart gaat het meest uit naar het thema van 2019: ‘Bescherm onze soorten’. Het grootste probleem dat onze planeet doormaakt, is het dramatische verlies van biodiversiteit, indringend aan de kaak gesteld door David Attenborough in zijn boek en tv-serie A life on our planet (2020). Herstel van biodiversiteit is een lastige opgave, in bepaalde gevallen lijkt het verval al onomkeerbaar te zijn. Voor satellieten is het registreren van biodiversiteit door de tijd heen – het begin van herstel is het vaststellen van de schade – geen eenvoudige klus. Dieren tellen op afstand kan alleen bij grote diersoorten, bijvoorbeeld bij olifanten.
Begin dit jaar publiceerden wetenschappers uit Oxford, Bath en Twente een studie die deep-learning-algoritmes losliet op satellietbeelden om populaties olifanten in Kenia te volgen. Voorlopig zijn we echter voor het monitoren van biodiversiteit aangewezen op indirect bewijs voor de aanwezigheid van bepaalde dier- en plantensoorten. Hierbij moeten diverse soorten data worden samengevoegd: satellietdata (vochtigheid, temperatuur, biomassa, kleur en kleurveranderingen) en bodemmonsters en foto’s op het aardoppervlak. Dit moet leiden tot de introductie van nieuwe ‘valuta’s’: kengetallen die de invloed van bedrijven op de leefomgeving objectief weergeven. Hiermee kunnen impactinvesteerders die zeggen bij te willen dragen tot een duurzame wereld, de daad bij het woord voegen.
'De kracht van de wetenschap ligt in de combinatie van gegevens. Dat kan alleen als iedereen bereid is om kennis te delen.'
Hopelijk zullen satellieten ons ook de komende vijftig jaar helpen om de planeet beter te leren kennen en verzorgen, en wie weet, ook herstellen. Het is geen weg zonder hobbels. Op technisch vlak bestaan er ‘blinde vlekken’, gegevens die we wel graag zouden willen, maar nog niet kunnen vergaren. De groeiende satellietvloot brengt een onophoudelijke stroom data op aarde. Nieuwe methoden zijn nodig om deze te kunnen verwerken. Maar de grootste uitdaging is niet technologisch van aard. Tot nu toe zijn de grootste satellietprogramma’s van nationale overheden, die met hun open data policy de gegevens vrij beschikbaar stellen. Maar steeds meer satellieten zijn eigendom van bedrijven, en het is de vraag of zij hetzelfde beleid zullen voeren. Dat geldt ook voor ‘nieuwe’ ruimtevaartnaties als Iran en Sri Lanka. Het niet of moeilijk openbaar maken van data is vaak geen onwil – het is simpelweg niet altijd een prioriteit van nieuwe spelers op de satellietmarkt.
Dat zou het wel moeten zijn. De kracht van satellieten – en van de wetenschap in het algemeen – ligt in de combinatie van gegevens. Dat kan alleen als iedereen bereid is om kennis te delen. Zoals met veel zaken waarbij de mens betrokken is, ligt ook hier de beperking niet in de technologie die we naar de ruimte sturen, maar in ons gedrag op aarde. Satellieten zijn onze ogen op de planeet. We kunnen maar beter zorgen dat we ze niet in onze zak houden. Elke dag opnieuw.
Sterrenkundige Lucas Ellerbroek laat zich inspireren door het heelal en doet verslag van wat hij daar zoal aantreft.
Dit artikel verscheen in de vierde editie van National Geographic Magazine 2021.
