Kategori: 2008/2009 – Troll

Helt på slutten vil jeg skrive litt om Kongsberg Satellite Services (KSat) og deres stasjon i Antarktis: TrollSat. TrollSat er et av forskningsteknikerens største ansvarsområder.  KSat har hovedkontor i Tromsø og driver hovedsaklig med bakkestasjoner for satellitter.

Det er KSat som leverer kommunikasjonstjenestene (internett og telefon) til Norsk polarinstitutt på Troll.  Dette gjør de ved hjelp av antenna “com2″ som er rettet mot en geostasjonær kommunikasjonssatellitt.  Com2 har et speil på over 6m og er i stand til å kontinuerlig korrigere azimuth og elevasjon slik at den får godt signal selv om satelittbanen ikke er helt perfekt geostasjonær.

KSat har også en rekke andre antenner og utstyr som andre kunder av ulike årsaker ønsker plassert i Antarktis.  Den viktigste er Troll1-antenna på Sofietoppen.  Dette er en antenne med omtrent samme diameter som com2 men denne brukes til å kommunisere med satellitter som går i polare baner (fra pol til pol).  Det er veldig fordelaktig å ha bakkestasjoner for polare satellitter nær polene for da kan man få radiokontakt på de fleste av omløpene til satellittene.

Com2 i forgrunnen og Troll1 (Sofietoppen) i bakgrunnen

Satellittene i polarbane bruker gjerne bare 1-2t på en runde rundt jorda og er typisk synlige over Troll i ca 10 minutter.  Siden disse satelittene ikke står stille på himmelen er antenna i stand til å “tracke” en hvilken som helst satellittbane.  Det er fascinerende hvor nøyaktig og hurtig den svære parabolantenna er i stand til å justere posisjon.  Noen av de viktigste brukerne av Troll1 er GeoEye og DigitalGlobe. Begge har satellitter som tar bilder av jordoverflaten, bl.a brukt til GoogleEarth. Bildedata lastes ned og sendes til kundene over com2-linken samtidig som at nye instruksjoner sendes opp til satellitten.

Inne i radomen til Troll1 på Sofietoppen. Speilet står nå i “hvilestilling” og peker rett opp.

Min jobb har vært å hjelpe til med det tekniske når noe går galt.  Overvåkning skjer stort sett i Tromsø som ringer ned til Troll hvis de oppdager noe som må gjøres.

Dette innlegget forteller om resten av NILUs aktivitet her på Troll.

UV-målinger

Ozonlaget beskytter oss mot UV-stråler fra sola. “Ozonhullet” over Antarktis som det ble snakket så mye om på 80-tallet er fortsatt reelt, men mengden ozon i ozonlaget varierer mye gjennom året. Selv om “hullet” er større enn noensinne har en enorm innsats på slutten av 80-tallet redusert bruken av ozonlagnedbrytende stoffer radikalt.  Det var særlig forbudet mot KFK-gasser som var viktig.  Ozonlaget vil trolig kunne friskmeldes innen 2050 [1].

Det er ikke bare BAS som er interessert i ozonlag, NILU gjør også målinger relatert til ozonlaget.  NILU har en UV-måler som måler intensiteten i UV-strålingen fra sola, noe som igjen kan kobles til tykkelsen på ozonlaget.  Jeg sjekker kalibrering en gang i måneden ved å belyse den med lys fra UV-lamper, men ellers står den og samler data helt uten min innblanding.

NILU UV-måler

Referanser:

[1] Q. Schiermeier: Fixing the Sky, Nature vol 460, s. 792-795, august 2009

Filterprøver

Det er ikke alle målinger som kan analyseres automatisk her på Troll. En del prøver blir tatt ved at prøveluft suges gjennom filtre. Disse filtrene fraktes til NILU og analyseres med kromatografi eller andre metoder.

EK-sampler (filterholder til høyre)

EK-sampleren er et filterinstrument som brukes til å undersøke uorganiske stoffer i lufta. Instrumentet suger luft gjennom en stakk på tre forskjellige filtre. Aerosoler avsettes på det ytterste filteret. Det neste filteret er satt inn med kaliumhydroksid og tar til seg sure gasser (HNO3, HCl, SO2). Det siste filteret er satt inn med oksalsyre og tar til seg basiske gasser (NH3).

PUR-sampler

PUR-sampleren er et annet filterinstrument som brukes til å undersøke forekomst av organiske giftstoffer, såkalt “langlivet organisk forurensing” (POP). Eksempler på slike stoffer er DDT, PCBer og dioksiner. Disse brytes ned veldig sakte og kan derfor spre seg med vinden svært langt. Tilsvarende som for EK så er det et ytre filter som tar til seg aerosoler og større partikler. Innenfor dette sitter en skumgummipropp som tar til seg POP-stoffene.

Både EK- og PUR-filtrene skifter jeg en gang i uken.

Luftprøver på flaske

En del stoffer kan verken analyseres automatisk her på Troll eller avsettes på filtre. For disse så tar jeg ukentlige luftprøver hvor jeg fyller 30psi med prøveluft ned på små stålflasker. CFC og hydrokarboner (NMHC) er eksempler på stoffer som undersøkes ved hjelp av disse luftprøvene.

NMHC-prøvetaking, disse tar jeg 20m fra NILU-bua et sted opp mot vinden

Første fly kommer om et par uker og det blir full aktivitet her fra begynnelsen av november. Men hva brukte jeg egentlig tiden til når det var mørketid og storm?

Må innrømme at noe tid gikk med til slashdot, filmer og annet uproduktivt. En ting jeg planla å bruke tiden til allerede før jeg dro fra Norge var å lære mer om analog elektronikk og da særlig radioteknologi som var et blankt område for meg. Jeg okkuperte ganske raskt sambandsrommet og gjorde det om til en elekronikklab hvor jeg kunne sitte og leke på fritiden. Komponenter og testkort hadde jeg tatt med hjemmefra og gamle faglitterære klassikere som Nilsson/Riedel og Horenstein var med i Zargeskassa. KSAT stilte (uvitende) opp med masse fint labutstyr: Oscilloskop, spektrumanalysator, multimeter, powersupply og loddestasjon.

Elektronikklab

Etter å ha repetert en rekke basiskretser begynte jeg å jobbe med design av en FM-sender. Her nede er det ingen som klager til post- og teletilsynet så jeg tenkte at det måtte være trygt.

Poenget var aldri å bygge en bra sender men å lære hvordan den virker. Jeg måtte derfor lese en del teori for så å prøve meg fram på testkortet. Etter en del feiling fikk jeg radiosenderen til å fungere. Rekkevidden var begrenset (ca. 5 meter innendørs) men jeg klarte å overføre musikk (i mono) til vanlige radiomottagere. Det var skikkelig artig å høre musikk på radioen for første gang, jeg hadde ikke ventet at senderen skulle virke så bra som den faktisk gjorde.

FM-sender koblet opp på testkortet. Enkle saker.

Skjemategning. Ingenting revolusjonerende og ikke spesielt bra. Ikke bygg denne selv, du finner mye bedre design hvis du googler. Kretsen er bygd som en slags Colpits oscillator. Dioden tar seg av frekvensmoduleringen ved å endre kapasitansen i oscillatoren avhengig av spenning. Det er en vanlig likeretterdiode fordi det var alt jeg hadde. Spolen er lagd av en leder snurret rundt et skrujern noen få runder (grønn krøllete ledning på testkortet).

Spektrumanalysator. Måler bærebølgen til 97,4MHz.

Det naturlige neste skritt var å øke rekkevidden med en forsterkerkrets men der måtte jeg gi opp. Jeg fikk ikke mine transistorer til å forsterke så høyfrekvente signaler. Kanskje like bra for da måtte jeg ha vært forsiktig så jeg ikke ødela for all den følsomme elektronikken vi har her nede.

Nå pakker jeg sammen laben. Jeg har gjort mindre denne vinteren enn jeg hadde ambisjoner om. Det er slett ikke noe problem å bruke opp tiden, den flyr av seg selv. De som tar en overvintring med håp om å få gjort det de ikke har tid til å holde på med hjemme i Norge tar nok ikke vintersløvheten med i beregninga. Noe av hensikten med å dra ned hit er å koble fullstendig av fra sivilisasjonens mas og da får man heller finne seg i at avkoblingen kan bli noe større enn planlagt.

Mange av NILU-instrumentene her på Troll brukes til å undersøke aerosoler, det vil si svært små partikler som svever i lufta. Aerosoler spiller en viktig rolle for klimaet på mange områder så det er interessant å kjenne til aerosolsammensetningen i atmosfæren.

Spesielle hendelser, ikke minst fra menneskelig aktivitet, kan føre til typiske aerosolsammensetninger som er gjenkjennelige i målinger gjort på Troll. Sammenlignet med andre kontinenter har Antarktis svært lite lokal forurensing så forekomster av aerosoler som ikke “hører hjemme” her forteller oss derfor om hvordan luftbåren forurensing kan spre seg fra fjerne strøk og hit til Troll.

Vinteren 2007 ble det målt en sterk forekomst av aerosoler med en sammensetning typisk for brent biomasse [1].  Dette kunne ikke stamme fra lokal forurensing, noe som både vindretning og aerosolsammensetning indikerte.  En værsimulering ble kjørt i revers for å undersøke hvilke områder aerosolene kunne komme fra.  Sammen med satellittmålinger viste simuleringene at kilden sannsynligvis var skogbranner i Brazil, 11-12 dager før målingene på Troll.  Dette var første gang det ble påvist langtransport av partikler fra tropiske områder til Antarktis på vinterstid.  Den vanlige oppfatningen er at den  polare vortexen jeg skrev om i innlegget om BAS hindrer partikkeltransport inn på kontinentet vinterstid.

Referanser:

[1] M. Fiebig, C. R. Lunder og A Stohl: Tracing biomass burning aerosol from South America to Troll Research Station, Antarctica, Geophysical Research Letters, Vol. 36, july 2009

DMPS

DMPS-instrument

DMPS (Differential Mobility Particle Sizer) er et instrument som undersøker partiklenes størrelse. Partikler i prøvelufta gis en elektrisk ladning og sendes inn i et kammer med et kraftig elektrisk felt. Feltet fører til at partikkelstrømmen bøyes av. Partiklenes bane gjennom feltet avhenger både av partikkelstørrelse og feltstyrke. Det elektriske feltet kan derfor settes opp slik at bare partikler av en gitt størrelse treffer den lille utgangen av kammeret. Disse utvalgte partiklene sendes deretter videre til en enhet kalt CPC (Condensation Particle Counter). Her vil butanoldamp kondensere på partiklene slik at de kan detekteres og telles av en laser. Ved å variere det elektriske feltet vil man kunne få ut en fordeling av aerosolenes størrelse i prøvelufta.  Denne fordelingen kan brukes til å gjenkjenne kilden.

Fordeling av partikkelstørrelse fra 10nm til 1um, målt av DMPS over to forskjellige “sveip”

Nephelometer

Nephelometer

Nephelometeret er et annet partikkelinstrument som ser på luftens evne til å spre lys.  Prøvelufta sendes inn i et kammer og blir belyst av en lampe.  Tre lyssensorer (rød, grønn og blå) sitter på tvers av strålen fra lampa slik at disse bare fanger opp lyset som har blitt spredd av prøvelufta.  Det er partikler i lufta som sprer lyset.  Partikler med forskjellig størrelse vil spre lys i forskjellige bølgelengder forskjellig.  Tre sensorer gir derfor mulighet til å si noe om partikkelstørrelse i tillegg til mengden partikler.

Sotmeter

Sotmeter

NILU har også et sotmeter som undersøker sotmengden i lufta. Prøveluft presses gjennom et filter hvor sotpartikler fester seg. En lyskilde gjennomlyser filteret, både der prøvelufta har avsatt partikler og et rent område slik at forskjellen i gjennomlysning kan måles. Når sotinnholdet i lufta øker vil filteret bli mørkere og slippe gjennom mindre lys. Dette måles og registreres kontinuerlig.

PFR og himmelkamera

PFR montert på en soltracker

Mens de andre partikkelinstrumentene undersøker aerosoler i prøveluft tatt i stasjonshøyde så er PFR (Precision-Filter-Radiometer) et instrument som ser på partikkelinnhold i høyere lag av atmosfæren. Instrumentet er til enhver tid rettet mot sola og måler solstråling ved fire forskjellige bølgelengder. Solas stråling er noenlunde konstant så målte variasjoner kommer av aerosoler i lufta som sprer og absorberer noe av sollyset.  PFR minner derfor om nephelometeret i virkemåte.  Når aerosolinnholdet i atmosfæren øker vil vi se det direkte som mindre utslag på PFR-målingene. Skyer foran sola påvirker selvsagt resultatet så et himmelkamera tar bilder av hele himmelen hvert tiende minutt. Disse bildene brukes så under tolkningen av data fra PFR-instrumentet.

Himmelkamera og et typisk bilde av himmelen