Sentinel-4 liefert erste Einblicke zu Luftschadstoffen

Die neue Copernicus-Sentinel-4-Mission hat ihre ersten Bilder geliefert, die Konzentrationen von Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Ozon in der Atmosphäre zeigen. Obwohl es sich um vorläufige Bilder handelt, stellen sie einen wichtigen Meilenstein für die Fähigkeit Europas dar, die Luftqualität aus einer geostationären Umlaufbahn in 36 000 Kilometern Höhe über der Erde zu überwachen.
Ein Beitrag der europäischen Raumfahrtagentur ESA.

Quelle: ESA/Applications/Observing the Earth/Copernicus/Sentinel-4, 21. Oktober 2025

Das im Juli 2025 gestartete Ultraviolett-Sichtbar-Nahinfrarot-Spektrometer Sentinel-4 ist auf dem ersten Meteosat-Satelliten der dritten Generation untergebracht. Diese Dual-Mission-Architektur ermöglicht eine effiziente Nutzung des Satelliten, indem sie meteorologische und atmosphärische Zusammensetzungsüberwachungsfunktionen auf einer einzigen Plattform kombiniert.
Das Sentinel-4-Spektrometer befindet sich noch in der Inbetriebnahmephase für seine Betriebsdauer – daher sind die ersten Bilder, die unten zu sehen sind, nur ein erster Vorgeschmack auf das, was noch kommen wird. Sentinel-4 misst das von der Erdoberfläche und der Atmosphäre reflektierte Sonnenlicht und ermittelt dabei die spektralen Signaturen oder „Fingerabdrücke“ von Spurengasen und Aerosolen in der Atmosphäre. Im Gegensatz zu anderen Satellitensensoren, die die Erde in geringerer Höhe von Pol zu Pol umkreisen, arbeitet Sentinel-4 in einer geostationären Umlaufbahn und beobachtet kontinuierlich dieselbe Region – Europa und Nordafrika – von einer festen Position aus.

Diese Animation zeigt, wie das Ultraviolett-, Sichtbar- und Nahinfrarot-Spektrometer (UVN) von Copernicus Sentinel-4, das auf dem Satelliten Meteosat Third Generation Sounder (MTG-S1) montiert ist, Stickstoffdioxid über Europa und Nordafrika beobachten kann (NO2-Daten freundlicherweise zur Verfügung gestellt von CAMS). Stickstoffdioxid ist ein Spurengas, das in unserer Atmosphäre entsteht, wenn fossile Brennstoffe verbrannt werden. Das UVN-Spektrometer an Bord von MTG-S1 umkreist die Erde in einer geostationären Umlaufbahn. Es ist die erste Mission zur Überwachung der Luftqualität in Europa aus dieser Umlaufbahn, was bedeutet, dass es seine Position – 36 000 km von der Erdoberfläche entfernt – über dem Äquator beibehält, während sich die Erde dreht. Das Instrument misst das von der Erdoberfläche und der Atmosphäre reflektierte Sonnenlicht sowie das direkt von der Sonne kommende Licht. Wenn Licht durch die Atmosphäre dringt, hinterlassen Spurengase eine Signatur oder einen „Fingerabdruck“ auf dem Licht, das den Satelliten erreicht. Diese Signaturen werden vom UVN-Spektrometer aufgelöst und zur Abschätzung der Menge der in der Atmosphäre vorhandenen Spurengase genutzt.

Von diesem Beobachtungspunkt aus kann Sentinel-4 jede Stunde dieselbe Region scannen und nahezu in Echtzeit Aktualisierungen zu wichtigen Bestandteilen der Atmosphäre liefern.
Ben Veihelmann, Wissenschaftler der Sentinel-4-Mission der ESA, sagte: „Sentinel-4 ist die erste europäische Mission, die stündliche Beobachtungen der Luftqualität liefern wird. Durch die Erfassung schneller Veränderungen der Luftverschmutzung ist Sentinel-4 ein Meilenstein für die Überwachung und Vorhersage der Luftqualität über Europa.“
Sobald das Instrument betriebsbereit ist, wird es regelmäßig die Konzentrationen von Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid, Ozon, Formaldehyd, Glyoxal und Aerosolen kartieren. Diese Daten werden in den Copernicus-Atmosphärenüberwachungsdienst eingespeist.
In der Zwischenzeit hat die Mission bereits einige Datensätze geliefert, die alle auf den ersten Messungen vom 8. Oktober basieren.

Didier Martin, Projektleiter für Sentinel-4 bei der ESA, sagte: „Wir sind sehr glücklich über diese ersten vorläufigen Ergebnisse, und mein Dank gilt allen, die an dieser Mission beteiligt sind.
„Zunächst einmal, und das ist wohl das Wichtigste, bestätigen sie, dass Sentinel-4 in gutem Zustand ist und dass die Kalibrierung und die Datenverarbeitungsketten auf dem richtigen Weg sind. Das bedeutet im Wesentlichen, dass es auf dem besten Weg ist, Europas erste Mission zu werden, die sich der stündlichen Messung von Luftschadstoffen auf dem gesamten Kontinent widmet.“
Das erste Bild (im Banner und oben) zeigt troposphärisches Stickstoffdioxid mit deutlichen Verschmutzungs-Hotspots entlang der Mittelmeerküste und über der italienischen Poebene.
Es ist zu beachten, dass Sentinel-4 kein Stickstoffdioxid über bewölkten Gebieten messen kann, weshalb das Bild in bestimmten Bereichen der Karte keine Konzentrationen anzeigt. Das Bild auf der rechten Seite zeigt die Wolkenbedeckung zum Zeitpunkt der Aufnahme.
Als wichtiger Luftschadstoff, der bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, beispielsweise in Fahrzeugmotoren, Kraftwerken und Heizungsanlagen, freigesetzt wird, kann sich die Konzentration von Stickstoffdioxid schnell ändern. Es ist nicht nur selbst giftig, sondern trägt auch zur Bildung sekundärer Schadstoffe wie Ozon und Feinstaub bei, die beide schwerwiegende Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt haben.
Dieses Bild wurde mit Beiträgen des Instituts für Umweltphysik der Universität Bremen und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt erstellt.

Das zweite Bild zeigt die vertikale Säulendichte von Schwefeldioxid. Eine deutliche Wolke ist zu sehen, die aus dem Ätna in Italien aufsteigt und über das Meer in südöstlicher Richtung driftet. Während der Ätna derzeit relativ ruhig ist, werden in Zeiten erhöhter vulkanischer Aktivität in der Regel viel größere Wolken beobachtet.
Neben den natürlichen Emissionen von Vulkanen wird Schwefeldioxid auch durch menschliche Aktivitäten freigesetzt, insbesondere durch Schiffe, die hochschwefelhaltige Kraftstoffe verbrennen, und durch Kraftwerke, die Braunkohle verwenden. Schwefeldioxid ist an sich giftig und trägt zur Bildung sekundärer Schadstoffe wie Feinstaub bei, die erhebliche Gesundheits- und Umweltrisiken darstellen.
Dieses Bild wurde mit Beiträgen des Königlich-Belgischen Instituts für Weltraum-Aeronomie und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt bearbeitet.

Das dritte Bild zeigt eine vertikale Ozonsäule. Während Ozon in der Stratosphäre eine wichtige Rolle beim Schutz des Lebens auf der Erde vor schädlicher UV-Strahlung spielt, wirkt Ozon in der unteren Atmosphäre als Schadstoff, der zu schlechter Luftqualität und Atemwegsproblemen beiträgt.
Die Ozonwerte liegen hier insgesamt im erwarteten Bereich. Die großräumige Verteilung mit einem Maximum über dem Balkan und Griechenland und einem Minimum über dem Baltikum stimmt mit den Mustern überein, die am selben Tag von älteren Instrumenten wie GOME-2 auf den MetOp-Satelliten und Tropomi auf dem Sentinel-5-Precursor-Satelliten erfasst wurden.
Dieses Bild wurde mit Beiträgen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt verarbeitet.

Das letzte Bild, das Europa und einen Teil Nordafrikas zeigt, basiert auf den ersten von Sentinel-4 gemessenen Strahlungsspektren der Erde. Die Messungen wurden in Falschfarben verarbeitet, wobei Rot, Grün und Blau zugewiesen wurden, und zeigen wie erwartet Land, Ozeane und Wolken.
Simonetta Cheli, Direktorin der Erdbeobachtungsprogramme der ESA, sagte: „Wir sind sehr stolz darauf, gemeinsam mit unseren wichtigsten Partnern – der Europäischen Kommission und Eumetsat – sowie unseren engagierten Teams aus der Industrie zu dieser wichtigen Mission beitragen zu können. Dies ist ein eindrucksvoller Beweis für die Kraft der Zusammenarbeit.
Die Mission befindet sich noch in der Inbetriebnahmephase, aber diese ersten Ergebnisse zeigen deutlich, dass alles gut funktioniert. Diese ersten Einblicke sind äußerst ermutigend.
Wir freuen uns nun darauf, dass Copernicus Sentinel-4 in den kommenden Monaten voll einsatzfähig wird und dass seine Daten die Bewertung der Luftqualität verbessern und wichtige Informationen für die Vorhersage von Umweltverschmutzungen liefern werden.“

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