Quelle: ETH Zürich 27. Februar 2024.

27. Februar 2024 – Auf der Erde ist Leben möglich. Das zeigt eine Untersuchung des Instituts für Teilchenphysik und Astrophysik der ETH Zürich. Dabei ging es den Forschenden natürlich nicht um die Beantwortung der Frage an sich. Vielmehr nahmen sie die Erde als Beispiel, um nachzuweisen, dass die geplante Weltraummission LIFE (Large Interferometer for Exoplanets) ein Erfolg werden kann – und dass das vorgesehene Messverfahren funktioniert.

Auf der Suche nach Leben
Mit einem Verbund von fünf Satelliten soll die internationale Initiative LIFE unter der Führung der ETH Zürich dereinst Spuren von Leben auf Exoplaneten nachweisen. Dazu sollen erdähnliche Exoplaneten genauer untersucht werden – Gesteinsplaneten also, die eine ähnliche Grösse und Temperatur wie die Erde haben, aber andere Sterne umkreisen.

Der Plan ist, dort im Weltraum, wo das James-​Webb-Teleskop stationiert ist, fünf kleinere Satelliten zu positionieren. Diese bilden gemeinsam ein grosses Teleskop, das als Interferometer die Wärmestrahlung von Exoplaneten im Infrarotbereich auffangen wird. Aus dem Spektrum des Lichts lässt sich dann ableiten, wie die untersuchten Exoplaneten und ihre Atmosphäre zusammengesetzt sind. «Im Lichtspektrum sollen chemische Verbindungen nachgewiesen werden, die auf Leben auf den Exoplaneten hinweisen», erklärt Sascha Quanz, der die LIFE-​Initiative leitet.

Die Erde als unscheinbarer Fleck
In der Studie, die soeben in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlichte wurde, untersuchten die Forschenden Jean-​Noël Mettler, Björn S. Konrad, Sascha P. Quanz und Ravit Helled nun, wie gut eine LIFE-​Mission einen Exoplaneten im Hinblick auf seine Bewohnbarkeit charakterisieren könnte. Dazu betrachteten sie die Erde als Exoplaneten und gaben Beobachtungen auf unseren Heimatplaneten vor.

Einzigartig an der Untersuchung ist, dass das Team die Fähigkeit der künftigen LIFE-​Mission an realen statt an simulierten Spektren getestet hat. Sie nutzten dazu Daten eines Erdatmosphärenmessgeräts des NASA-​Forschungssatelliten Aqua. Mit diesen Daten erzeugten sie Emissionsspektren der Erde im mittleren Infrarotbereich, wie sie bei künftigen Beobachtungen von Exoplaneten erfasst werden könnten.

Zwei Überlegungen standen dabei im Mittelpunkt. Erstens: Wenn ein grosses Weltraumteleskop aus dem All die Erde beobachten würde, welche Art von Infrarotspektrum würde es aufnehmen? Weil die Erde aus grosser Entfernung beobachtet würde, sähe sie aus wie ein unscheinbarer Fleck – ohne erkennbare Merkmale wie Meer oder Berge –, ein einzelner Pixel auf einem digitalen Bild. Das heisst, die Spektren wären dann räumliche und zeitliche Mittelwerte, die davon abhängen, welche Ansichten des Planeten das Teleskop einfangen würde und für wie lange.

Perspektive und Jahreszeiten berücksichtigen
Daraus leiteten die Physikerinnen und Physiker in ihrer Studie die zweite Überlegung ab: Wenn diese gemittelten Spektren analysiert würden, um Informationen über die Atmosphäre und die Oberflächenbedingungen der Erde zu erhalten, wie würden die Ergebnisse von Faktoren wie der Beobachtungsgeometrie und den jahreszeitlichen Schwankungen abhängen?

Die Forschenden berücksichtigten dazu drei Beobachtungsgeometrien – die beiden Ansichten von den Polen und zusätzlich eine äquatoriale Ansicht – und konzentrierten sich auf Daten, die in den Monaten Januar und Juli aufgenommen wurden, um die grössten saisonalen Veränderungen zu berücksichtigen.

Erfolgreich als bewohnbaren Planeten identifiziert
Das wichtigste Ergebnis der Studie ist ermutigend: Wenn ein Weltraumteleskop wie LIFE den Planeten Erde aus rund 30 Lichtjahren Entfernung beobachten würde, würde es Hinweise auf eine gemässigte, bewohnbare Welt finden. So konnte das Team in den Infrarotspektren der Erdatmosphäre Konzentrationen der atmosphärischen Gase CO₂, Wasser, Ozon und Methan nachweisen sowie Oberflächenbedingungen, die das Vorkommen von Wasser begünstigen. Der Nachweis von Ozon und Methan ist besonders wichtig, da diese Gase von der Biosphäre der Erde produziert werden.

Diese Ergebnisse sind unabhängig von der Beobachtungsgeometrie, wie die Forschenden zeigten. Das ist eine gute Nachricht, da die genaue Beobachtungsgeometrie bei zukünftigen Beobachtungen von erdähnlichen Exoplaneten wahrscheinlich unbekannt sein wird.

Beim Vergleich von saisonalen Schwankungen war das Ergebnis hingegen weniger aufschlussreich. «Auch wenn die atmosphärische Saisonalität nicht leicht zu beobachten ist, zeigt unsere Studie, dass Weltraummissionen der nächsten Generation beurteilen können, ob nahe gelegene gemässigte erdähnliche Exoplaneten bewohnbar oder sogar bewohnt sind», sagt Sascha Quanz.

Originalpublikation:
Mettler J-N, Konrad BS, Quanz SP, Helled R: Earth as an Exoplanet. III. Using Empirical Thermal Emission Spectra as an Input for Atmospheric Retrieval of an Earth-​Twin Exoplanet. The Astrophysical Journal, 26. Februar 2024. DOI: 10.3847/1538-​4357/ad198b
arXiv: https://arxiv.org/abs/2310.02634
pdf: https://arxiv.org/pdf/2310.02634

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• Weltraumteleskop LIFE (Large Interferometer for Exoplanets)

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Quelle: Universität Leipzig 21. September 2022.

21. September 2022 – Die globale Erwärmung wird durch die Emission von Treibhausgasen verursacht. Im Vergleich zur vorindustriellen Zeit ist die Temperatur laut Weltklimarat IPCC bis 2019 um 1,1 Grad Celsius angestiegen. Gleichzeitig werden etwa bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe Aerosole in Form von Schadstoffpartikeln wie Ruß oder Schwefelsäure freigesetzt, die unser Klima abkühlen. Sie reflektieren das Sonnenlicht und erhöhen auch das Reflexionsvermögen der Wolken. Laut IPCC kühlten die Aerosole im Jahr 2019 das Klima um 0,5 Grad Celsius ab. Andere Effekte wie die veränderte Landnutzung spielen ebenfalls eine Rolle.

Studie findet Belege für abnehmende Aerosolbelastung
In einer neuen internationalen Analyse haben Prof. Dr. Johannes Quaas, Meteorologe von der Universität Leipzig, und Kolleg:innen aus Europa, China und den USA nun belastbare Belege für diesen Klimaeffekt der verbesserten Luftqualität dokumentiert. „Wir haben die Daten der NASA-Satelliten Terra und Aqua analysiert. Sie liefern seit dem Jahr 2000 umfassende Satellitenbeobachtungen der Erde und messen die ein- und ausgehende Strahlung, Wolkenbildung sowie die Aerosolbelastung. Diese nahm über Nordamerika, Europa und Ostasien seit 2000 deutlich ab“, sagt Prof. Dr. Johannes Quaas, Erstautor der aktuellen Studie, die bei einem Treffen der beiden europäischen Forschungsprojekte CONSTRAIN und FORCES initiiert wurde.

Kühlung durch Aerosole zurückgegangen
Mit dem Rückgang der Aerosolbelastung hat sich auch ihre kühlende Wirkung verringert. Im Vergleich zum Jahr 2000 hat dies zu einer Zunahme des Erwärmungseffekts geführt: Die Erwärmung aufgrund niedriger Aerosolbelastung beträgt 50 Prozent im Vergleich zur Erderwärmung durch Kohlendioxid. „Unsere Studie ist nicht so zu interpretieren, dass wir nun mehr Aerosole ausstoßen sollten, um das Klima abzukühlen. Ganz im Gegenteil: Aerosole sind schädlich für Menschen und Umwelt und sollten deshalb weiter reduziert werden“, schlussfolgert Quaas. Folgerichtig seien die Rechtsvorschriften zur Luftqualität seit den 1970er Jahren immer strenger geworden und von immer mehr Ländern umgesetzt. Daher fordert der Meteorologe zusammen mit seinen Kolleg:innen in der neuen Studie umso dringender eine rasche und starke Verringerung der Treibhausgasemissionen.

Originalpublikation
Originalpublikation in Atmospheric Chemistry and Physics: “Robust evidence for reversal in the aerosol effective climate forcing trend“, DOI: 10.5194/acp-22-12221-2022
https://acp.copernicus.org/articles/22/12221/2022/

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• Klimawandel

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Quelle: DLR 17. August 2022.

17. August 2022 – Satellitendaten zeigen das ganze Ausmaß der Waldbrände, die aktuell in Europa lodern. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bietet einen neuen Service an, mit dem die Entwicklungen tagesaktuell und im zeitlichen Verlauf beobachtet werden können. Die Satellitendaten werden automatisch ausgewertet und in eine Karte übertragen. Das ZKI Fire Monitoring System steht ab sofort zur Verfügung und ist kostenfrei nutzbar.

„Wir können nicht nur sagen, wo es gebrannt hat. Sondern auch, wie sehr die Vegetation betroffen ist. Dies ist unter anderem für die Abschätzung der entstandenen Emissionen wichtig“, sagt Gruppenleiter Dr. Torsten Riedlinger vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) in Oberpfaffenhofen. Für einen großen Brand südlich der französischen Stadt Bordeaux, die in der vergangenen Woche besonders betroffen war, haben die Satelliten zum Beispiel eine verbrannte Fläche von fast 8100 Hektar erkannt. „Es handelte sich um einen besonders schweren Brand, bei dem dichter Wald zerstört wurde. Wir können das über einen speziellen Index feststellen, der die verbrannte Biomasse anzeigt“, erklärt Torsten Riedlinger.

45 größere Brände in Deutschland seit Anfang Juli
Auch in Deutschland kämpfen die Feuerwehren gegen Waldbrände, die durch die extreme Trockenheit begünstigt werden. Seit Anfang Juli gab es laut ZKI Fire Monitoring System in Deutschland 45 größere Brände. Dabei sind mehrere tausend Hektar Wald, Busch- und Weideland zerstört worden. Die schwersten Brände ereigneten sich in Brandenburg bei Falkenberg, wo eine Fläche von 780 Hektar brannte, und in der Sächsischen Schweiz in der Grenzregion zu Tschechien. Dort brannte in Tschechien und Deutschland eine Fläche von insgesamt 1160 Hektar.

Die Daten stammen von den beiden Sentinel-3 Satelliten, die mit unterschiedlichen Instrumenten zur Beobachtung der Land- und Ozeanoberflächen ausgestattet sind. Das Satelliten-Duo gehört zum europäischen Copernicus-Programm. Über ihre optischen Systeme erfassen die Sentinel-3 Satelliten die Erdoberfläche mit einer Bodenauflösung von etwa 300 Metern. Die Sentinel-3 Satelliten überqueren auf ihren polaren Umlaufbahnen in etwa 800 Kilometern Höhe Europa jeden Tag. Auch mit den amerikanischen Satelliten Aqua und Terra (Flughöhe rund 700 Kilometer) können Waldbrände mehrmals am Tag beobachtet werden. Sie senden täglich ihre Daten, sobald sie die DLR-Empfangsstationen in Neustrelitz (Mecklenburg-Vorpommern) oder Oberpfaffenhofen (Bayern) überfliegen. Die Ergebnisse sind schon etwa 20 Minuten nach dem Satellitenüberflug verfügbar.

Um die Qualität der Aussagen zu verbessern, werden die Daten über mehrere Tage hinweg kontinuierlich verfeinert. Das heißt, die Daten werden nachträglich noch einmal abgeglichen, neu berechnet und überprüft. Das läuft ebenfalls automatisch. Die Nachprozessierung ist wichtig, weil Satelliten mit optischen Instrumenten – anders als etwa Radarsatelliten – nicht durch eine Wolkendecke schauen können.

Unterscheidung zwischen Waldbränden und Bränden auf landwirtschaftlich genutzten Flächen
Die DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben alle Brände in Europa seit 2016 analysiert. Die Karten zeigen, dass viele Brände – vor allem in Süd- und Osteuropa – nicht im Wald, sondern auf landwirtschaftlich genutzten Flächen vorkommen. Im vergangenen Jahr wurden zum Beispiel Brände mit einer Größenordnung von 3,7 Millionen Hektar erkannt. Davon handelte es sich bei rund 1 Million Hektar um Waldbrände. 2017 war das Jahr mit den stärksten Bränden im Beobachtungszeitraum: 5,2 Millionen Hektar standen in Flammen, davon entfielen 1,3 Millionen Hektar auf Wälder. „Besonders betroffen war in dem Jahr Portugal, wo sich Waldbrände auf 3,8 Prozent der gesamten Landesfläche ausdehnten“, sagt Dr. Michael Nolde von der DFD-Abteilung Georisiken und zivile Sicherheit, der die Auswertung der Daten leitet.

Georisiken und zivile Sicherheit
In der Abteilung Georisiken und zivile Sicherheit im Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des DLR entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Informationsprodukte aus Erdbeobachtungsdaten. Die Forschenden integrieren die Informationsprodukte in Systemlösungen und betreiben entsprechende Services. Ein Schwerpunkt liegt auf der Unterstützung von Maßnahmen bei Umwelt- und Naturgefahren, bei humanitären Krisensituationen sowie zu Fragen der zivilen Sicherheit.

Die thematischen Services stellen aktuelle krisenrelevante Informationen bereit, die für die unmittelbare Krisenreaktion und Notfallkartierung benötigt werden. Außerdem werden sie für die Katastrophenvorsorge und Abschätzung von Georisiken, für die Frühwarnung bei Naturgefahren und technischen Unfällen sowie für Wiederaufbaumaßnahmen verwendet. Die Arbeiten sind in nationale, europäische und internationale Kooperationen eingebunden. Das Zentrum für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) ist eine Einrichtung im DFD.

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• Planet Erde

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Autor: Star-Light, Quelle: NASA .

Aqua, lateinisch für Wasser, ist eine geowissenschaftliche Satellitenmission der NASA, benannt nach der großen Menge an Informationen über den Wasserkreislauf der Erde, einschließlich Verdunstung aus den Ozeanen, Wasserdampf in der Atmosphäre, Wolken, Niederschlag, Bodenfeuchtigkeit, Meereis, Landeis und Schneebedeckung auf dem Land und Eis, die diese Mission sammeln wird. Weitere Variablen, die ebenfalls von Aqua gemessen werden, sind Strahlungsenergieflüsse, Aerosole, Vegetationsbedeckung auf dem Land, Phytoplankton und gelöste organische Substanz in den Ozeanen sowie Luft-, Land- und Wassertemperaturen. Die Aqua-Mission ist Teil des internationalen Erdbeobachtungssystems (EOS) der NASA.

Aqua wurde am 4. Mai 2002 gestartet und hat sechs Erdbeobachtungsinstrumente an Bord, die eine Vielzahl globaler Daten sammeln sollen. Aqua wurde ursprünglich für eine Einsatzdauer von sechs Jahren entwickelt, hat dieses Ziel aber inzwischen weit übertroffen. Der Satellit überträgt weiterhin durchschnittlich 98 GByte Daten pro Tag von vier seiner sechs Instrumente, AIRS, AMSU, CERES und MODIS, und Daten reduzierter Qualität von einem fünften Instrument, AMSR-E. Das sechste Aqua-Instrument, HSB, sammelte etwa neun Monate lang Daten von hoher Qualität, fiel jedoch im Februar 2003 aus. Aqua war das erste Mitglied einer Gruppe von Satelliten, die als A-Train bezeichnet wird.

Hier eine schematische Darstellung des Satelliten mit seinen Instrumenten (Quelle NASA). Bei den sechs Instrumenten handelt es sich um den Atmospheric Infrared Sounder (AIRS), die Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU-A), den Humidity Sounder for Brazil (HSB), das Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS (AMSR-E), das Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), und das Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES).

Daten zu Aqua:

Rakete: Zweistufiges Delta II 7920-10L
Ort: SLC-2W, Western Range, Luftwaffenstützpunkt Vandenberg, Kalifornien
Startdatum: 4. Mai 2002 um 2:55 Uhr PDT

Gewicht (beim Start): 2.934 kg (6.468 Pfund)
elektrische Leistung: 4.860 Watt am Ende der Lebensdauer
Größe (entfaltet): 4,8 m (15,8 ft) x 16,7 m (54,8 ft) x 8 m (26,4 ft)
ursprünglich geplante Missionsdauer: 6 Jahre

Mehr Informationen dazu finden Sie auf der Missionsseite der NASA und in der Übersicht aller NASA Missionen.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: JAXA, NASA.

Zuletzt arbeitete das AMSR-E für „Advanced Microwave Scanning Radiometer – EOS“ genannte Instrument rund drei Jahre in einem Modus, bei dem der Teil des Instruments mit dem Antennenträger und der daran zuoberst angebrachten großen Reflektorschüssel mit einem Durchmesser von 1,6 Metern zwei Umdrehungen pro Minute absolvierte. Die Abschaltung des Instruments erfolgte am 4. Dezember 2015. Gegen 10:45 Uhr MEZ kam das Instrument zum Stillstand. Der Einsatz von Aqua indes geht weiter, das AMSR-E will man aber nicht mehr aktivieren.

Aqua gehört zu einer Konstellation von Erdbeobachtungssatelliten mit der Bezeichnung EOS. EOS steht für „Earth Observing System“ und bedeutet schlicht System zur Erdbeobachtung.

Der Satellit war am 4. Mai 2002 von der Luftwaffenbasis Vandenberg (VAFB) an der Westküste der USA aus gestartet worden. Entsprechend seiner Namensgebung ist Aqua zur Untersuchung der Phänomene auf der Erde und in der Atmosphäre gedacht, bei denen Wasser eine Rolle spielt.

Um seinen Aufgaben gerecht zur werden, wurde der Satellit mit sechs hochentwickelten Instrumenten ausgestattet. Sie erlauben es, die Niederschlags- und Verdunstungsprozesse des globalen Wasserkreislaufs mit hoher Genauigkeit zu beobachten.

Von den mit Hilfe des Satelliten gewonnenen Daten verspricht man sich insbesondere Aufschluss darüber, ob die Geschwindigkeit des Wasserkreislaufs im Zuge des weltweiten Klimawandels ansteigt.

Das AMSR-E an Bord von Aqua ist eine Weiterentwicklung des Radiometers AMSR des Erdbeobachtungssatelliten Advanced Earth Observing Satellite-II (ADEOS-II). Das passive Mikrowellen-Radiometer mit einer Masse von rund 324 Kilogramm wurde von der Japanischen Agentur für Luft- und Raumfahrtforschung (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA) entworfen und zur Verfügung gestellt. Die Herstellung des Instruments oblag der Mitsubishi Electric Corporation (MELCO).

Bei seinem Entwurf war dem Instrument eine Auslegungsbetriebsdauer von sechs Jahren zugedacht worden. Es war jedoch erheblich länger in der Lage, von der Erde oder der Atmosphäre abgestrahlte ausgesprochen schwache Radiowellen zu erfassen und versorgte nicht nur Klimaforscher mit nachgefragten Daten, sondern lieferte Informationen für eine ganze Reihe praktischer Anwendungsfelder.

Mit Informationen des Instruments arbeitet eine Anzahl von ozeanographischen Institutionen und Wetterbehörden rund um den Globus. Darunter sind die nationale US-amerikanische Wetterbehörde (US National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA), das europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersagen (European Centre for Medium-range Weather Forecasts, ECMWF), der kanadische Eisinformationsdienst (Canadian Ice Service, CIS) und das Institut für Meereskunde der Universität Hamburg.

Daten vom AMSR-E ermöglichten es beispielsweise, die Genauigkeit von Wettervorhersagen der Japanischen Wetteragentur zu verbessern. Außerdem waren sie unter anderem bei der Bestimmung der Zentren von Wirbelstürmen nützlich. Bei der Erstellung eines täglichen Datensatzes mit globalen Informationen zu Oberflächentemperaturen der Weltmeere fanden die Messungen des AMSR-E ebenfalls Eingang,

Berichten aus Japan zufolge ermöglichten Daten des Instruments einen effizienteren Einsatz der Fischereiflotte, da diese über das Informationszentrum für die Fischereiindustrie rasch über sich verändernde Wetterbedingungen auf dem Meer unterrichtet werden konnte.

Am 3. Oktober 2011 hatte die Rotation des Antennenträgers des AMSR-E eine Grenze von 40 Umdrehungen pro Minute unterschritten. Weil Vibrationen auch eine Rotation in einem Modus mit vier Umdrehungen pro Minute nicht zuließen – der Betrieb der übrigen Beobachtungsinstrumente wäre über ein tolerierbares Maß hinaus gestört worden – wurde die Rotation schließlich vollständig eingestellt und das Instrument schaltete sich automatisch aus.

Prinzipiell ist es möglich, mit ausreichend hoher elektrische Leistung eine kontrollierte Rotation auch bei wegen Schmiermittelverlust gestiegenem Getriebewiderstand herzustellen. Eine Leistungserhöhung über eine bestimmte Grenze hinaus ließen die Satellitensysteme vernünftigerweise jedoch nicht zu, um den Satelliten als Ganzes nicht zu gefährden. Eine Gefahr wäre ein Zerleger des Getriebesatzes, in dessen Folge der Satellit zum Beispiel ins Taumeln gerät.

Spezialisten der JAXA entwickelten zusammen mit Ingenieuren der NASA einen Betriebsmodus für das AMSR-E, der bei langsamer Rotation einen wieder nutzbringenden Einsatz des Instruments ermöglichen sollte. Ab dem 4. Dezember 2012 lief das Instrument dann mit zwei Umdrehungen pro Minute.

Obschon es wegen der geringen Rotationsgeschwindigkeit nur möglich war, kleine Bereiche der Erde abzutasten, lohnte sich der Einsatz, weil er zusätzlich Möglichkeiten zur Datengewinnung für die Kalibrierung eines Radiometers an Bord eines anderen Satelliten erlaubte.

Das Radiometer AMSR2 an Bord des seit dem 18. Mai 2012 die Erde umkreisenden japanischen Erdbeobachtungssatelliten SHIZUKU alias GCOM-W setzt die Arbeit des AMSR-E fort. Die zusätzliche Kalibrierungsmöglichkeit sorgte für eine Verbesserung bei der Datenkonsistenz und -kontinuität. Unterschiede in den Daten, die die konstruktiv durchaus unterschiedlichen Instrumente mit abweichenden Sensoreigenschaften liefern bzw. lieferten, können jetzt einfacher korrigiert werden.

Am 4. Dezember 2015 konnte auch eine Mindestgeschwindigkeit von 2 Umdrehungen pro Minute nicht mehr eingehalten werden und erneut schaltete sich das AMSR-E automatisch ab.

Weil es gelungen war, das AMSR-E und das AMSR2 von SHIZUKU rund drei Jahre lang parallel einzusetzen, und auf jeden Fall genug Daten zur Abstimmung der Messergebnisse beider Instrumente gewonnen wurden, entschieden die Betreiber sich, den Einsatz des Instruments an Bord von Aqua offiziell endgültig zu beenden.

Aqua alias EOS-PM1 ist katalogisiert mit der NORAD-NR. 27.424 und als COSPAR-Objekt 2002-022A.

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: NASA. Vertont von Julian Schlund.

Erdbeben und vulkanische Aktivitäten sind Phänomene, die unstrittig ähnliche Ursachen haben. Meist bilden sich aus tektonischen Gründen Spannungen im Erdinnern, die sich schließlich in Erdbeben entladen. Erdbebengefährdete Regionen beherbergen gleichzeitig oft auch aktive Vulkane. Der Grund dafür sind die tektonischen Platten, die an ihren Rändern Spannungen aufbauen, indem sie sich gegenseitig überpflügen, (subduzieren). An diesen Subduktionszonen bildet die untergepflügte (subduzierte) Platte Schmelzen, die nach oben steigen.

Wissenschaftler der NASA haben kürzlich aus dem All einen deutlichen Zusammenhang zwischen Erdbeben und vulkanischer Aktivität festgestellt. Dazu wurden die bekannten Vulkane der betroffenen Region direkt nach einem Erdbeben genau beobachtet. Dies ist möglich mithilfe der NASA-Erdbeobachtungssatelliten Terra und Aqua, die ständig nach Hitzequellen auf der Erde Ausschau halten, bei denen es sich neben Vulkanausbrüchen auch um Brände handeln kann. Dazu wird das Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) verwendet, das sich an Bord beider Satelliten befindet.

Genauer untersucht wurden die Auswirkungen eines Erdbebens auf der indonesischen Insel Java, die in einem seismisch hochaktiven Gebiet liegt. Im Mai 2006 wurden hier an drei aufeinander folgenden Tagen schwere Erdstöße registriert, alle um 6,4 Magnituden auf der Richter-Skala. Daraufhin konnten die NASA-Wissenschaftler eine neun Tage andauernde erhöhte vulkanischen Aktivität feststellen.
„Während dieses Zeitraums konnten wir klar zeigen, dass das Erdbeben nicht nur größere Hitzeemissionen der Vulkane sondern auch vermehrte Lavaeruptionen ausgelöst hatte, die höher waren als vorangegangene Eruptionen“, sagte Andrew Harris von der Universität von Hawaii.

Die beiden betroffenen Vulkane Merapi und Semeru befinden sich 50 Kilometer nördlich bzw. 280 Kilometer südlich des Epizentrums des Bebens. Damit gehen die Forscher davon aus, dass die seismischen Wellen des Erdbebens ausgereicht haben, in den Magmakammern der Vulkane wie eine Pumpe geschmolzenes Material nach oben zu befördern und damit die normale Eruptionsrate zu erhöhen. „Die Reaktionen von Merapi und Semeru hinkten dem Erdbeben rund drei Tage hinterher. Dies könnte die Zeit widerspiegeln, die nötig war, um das zähflüssige Magma zu den Schloten zu transportieren“, sagte Harris.

Jedoch ist Vorsicht geboten, denn eine zuverlässige Vorhersage von Vulkanausbrüchen ist mit der Erkenntnis, dass ein Zusammenhang zwischen Erdbeben und vulkanischer Aktivität besteht, noch nicht gewonnen. Immerhin ist der Hauptgrund für große Eruptionen ein hoher Druck in der Magmakammer, die durch nachströmendes zähflüssiges Material aus der Tiefe gespeist wird. Die „seismische Pumpe“ kann hier nur als Katalysator wirken. Zudem weisen die NASA-Forscher darauf hin, dass Erdbeben zwar die Ausbruchsstärke regionaler Vulkane beeinflusst, eine zuverlässige Vorhersage von Ausbrüchen aber nicht immer möglich ist. Auch die relativ kurze erhöhte Aktivität wenige Tage nach dem Erdbeben auf Java, macht weitere Untersuchungen dieser Art nötig, bevor genauere Aussagen über zukünftige Vulkanausbrüche möglich sind.

Dennoch sind die Wissenschaftler zuversichtlich. Immerhin ist es erst durch die seit wenigen Jahren verfügbaren hochempfindlichen Wärmesensoren der NASA-Erdbeobachtungssatelliten möglich, eine Karte der globalen Wärmequellen zu erstellen. Die Forscher wollen nun erst einmal die Daten des Instruments MODIS auswerten, die bis ins Jahr 2000 zurückreichen und Zusammenhänge zu aufgezeichnten Erdbeben suchen.

Eine bessere Vorhersage von Vulkanausbrüchen weckt derweil nicht nur akademisches Interesse. Immerhin gehört gerade der angesprochene Vulkan Merapi zu den weltweit gefährlichsten Vulkanen. Er wird als plinianischer Vulkan von einem sauren (d.h. SiO₂-reichen) Magma gespeist, das dadurch sehr zähflüssig ist. Es muss sich ein gewaltiger Druck anstauen, bevor es zu einem Ausbruch kommen kann. Der Vulkantyp ist nach dem römischen Naturforscher Plinius d.Ä. benannt, der 79 n.Chr. beim Ausbruch des Vesuv ums Leben kam, bei dem die römische Stadt Pompeji vollkommen mit Asche bedeckt wurde. Es gilt, den Indonesiern rund um den Merapi ein ähnliches Schicksal zu ersparen. Allein in der Stadt Yogyakarta, 35 Kilometer südlich des Vulkans, leben mehr als drei Millionen Menschen.

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Ein Beitrag von Michael Stein, bearbeitet von Star-Light. Quelle: NASA/JPL.

Die Daten des Instruments AIRS („Atmospheric Infrared Sounder Spectrometer“) werden gemeinsam mit denen der Instrumente AMSU („Advanced Microwave Sounding Unit“) und HSB („Humidity Sounder for Brazil“) ausgewertet, um die kurzfristige Wettervorhersage zu verbessern, gefährliche Wetterphänomene wie Hurrikans zu verfolgen und Fortschritte in der Klimaforschung zu ermöglichen. Zusammen mit drei weiteren wissenschaftlichen Instrumenten an Bord des am 4. Mai 2002 gestarteten amerikanischen Erdbeobachtungssatelliten Aqua werden eine Vielzahl von Daten über den Wasserkreislauf der Erde erhoben.

„Die drei Instrumente des Atmospheric Infrared Sounder-Systems werden zusammen ein kontinuierliches, detailliertes Bild der Erdatmosphäre aufnehmen, das für die globale Wettervorhersage und für klimatische Studien verwendet werden kann“, so Dr. Moustafa Chahine, Leiter des für dieses Experiment zuständigen Wissenschaftlerteams beim Jet Propulsion Laboratory der NASA.

Die drei Instrumente verfügen über Detektoren im Bereich der sichtbaren, infraroten und Mikrowellenstrahlung und liefern einen dreidimensionalen Einblick in das globale Wetter. Gemeinsam können sie die Temperatur und Luftfeuchtigkeit in jeder beliebigen Atmosphärenschicht messen, wozu über 2.400 Kanäle zur Verfügung stehen. Dadurch kann eine globale, dreidimensionale Karte der Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit erstellt werden, die zudem noch Informationen über Wolkenbildung, Treibhausgase und andere atmosphärische Phänomene liefert.

Während aktuelle Vorhersagen das Wetter zwei bis drei Tage im Voraus relativ zuverlässig prognostizieren können, so Dr. Chahine, sei dieser Zeitraum durch eine genauere und detailliertere Wetterbeobachtung auf fünf Tage verlängerbar. „Die Genauigkeit der Computermodelle hängt von der Qualität der Informationen über das aktuelle Wetter ab“, sagt er. „Unser Experiment [an Bord von Aqua] wird die existierende globale Armada von 4.000 Wetterballons mit dem Faktor 100 multiplizieren, was uns eine globale Abdeckung über Land und See vom Weltraum aus mit derselben Datenqualität wie von Wetterballons aus ermöglicht. Diese zusätzlichen Daten werden die Fehler dramatisch reduzieren, die bisher die Reichweite unserer aktuellen Wettervorhersagemodelle begrenzt haben.“

Auch die ökonomischen Auswirkungen besserer Wetter- und Klimaprognosen sind enorm. So werden beispielsweise die Luftfahrt, das Transportwesen und die Landwirtschaft von besseren Wetterdaten profitieren, so die Aqua-Projektwissenschaftlerin Claire Parkinson am Goddard Space Flight Center der NASA.

„Durch die von diesen drei Instrumenten gemessenen Daten können wir den globalen Wasserzyklus und seine Auswirkungen auf das Management von Frischwasserressourcen besser verstehen.“

Nachdem die Kalibrierungsphase für die drei Instrumente abgeschlossen ist senden sie nun kontinuierlich Daten an das Wissenschaftlerteam. Bis zum Juni des nächsten Jahres werden noch weitere Überprüfungen der Instrumente stattfinden, um unter anderem die Genauigkeit der gelieferten Daten besser einschätzen zu können. Danach schließlich werden die Aqua-Daten in die Vorhersagemodelle des amerikanischen Wetterdienstes NOAA sowie von sechs weiteren Wettervorhersage-Zentren einfließen. Ein weiterer Abnehmer wird die World Meteorological Organization in der Schweiz sein, von wo aus die 105 Mitgliedsländer auf sie zugreifen können. Die Laufzeit der Aqua Mission ist auf sechs Jahre veranschlagt.

Der Beitrag Erste Daten von Aqua veröffentlicht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban, bearbeitet Star-Light. Quelle: NASA.

Das Instrument Advanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR-E) von Aqua erzeugte das erste geophysikalische Endprodukt: Eine weltweite Karte der Wasser-Oberflächentemperaturen. Diese zeigt eine hohe Qualität des Mikrowellen-Aufnahmegeräts – das unabhängig von dicken Wolkendecken arbeitet.

„Nach Jahren der Vorbereitung von Aqua sind hunderte andere Wissenschaftler, mich eingeschlossen, begeistert vom erfolgreichen Start des Satelliten und von den hochqualitativen Aufnahmen,“ sagt Claire Parkinson, Aqua-Projektwissenschaftler beim NASA Goddard Space Flight Center. „Wenn alles wie geplant läuft, werden diese Daten zu einem besseren Verständnis des Erd-Klimasystems und zu besseren Wettervorhersagen führen. Dabei liegt der Schwerpunkt bei der Rolle des Wassers darin.“

Aqua ist ein internationales Gemeinschaftsprojekt der USA, Japans und Brasiliens. Die wichtigste Rolle des Raumfahrzeugs ist das Sammeln von Informationen über das Wasser im System Erde.

Aqua startete am 4. Mai 2002 von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien. Der Satellit und seine sechs Instrumente sind derzeit zur Hälfte getestet worden. Bis Anfang Herbst möchte man Aqua vollständig einsatzbereit haben.

Daten zu Aqua:

Rakete: Zweistufiges Delta II 7920-10L
Ort: SLC-2W, Western Range, Luftwaffenstützpunkt Vandenberg, Kalifornien
Startdatum: 4. Mai 2002 um 2:55 Uhr PDT

Statistische Daten:

Gewicht (beim Start): 2.934 kg (6.468 Pfund)
Leistung: 4.860 Watt am Ende der Lebensdauer
Größe (entfaltet): 4,8 m (15,8 ft) x 16,7 m (54,8 ft) x 8 m (26,4 ft)
geplante Missionsdauer: 6 Jahre

Der Beitrag Erste Bilder von Aqua erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: Space.com .

Aqua ist der neuste Satellit des Erderforschungs-Programms der NASA. Er überträgt nun erfolgreich Daten und Bilder, die von fünf seiner insgesamt sechs Bordsysteme gesammelt und gemacht wurden. Aqua startete am 4. Mai 2002 von der Vandenberg Air Force-Basis auf seine Mission, das System von Atmosphäre, Ozeanen und Wasser der Erde zu erforschen.

Ab Ende Mai traten verstärkt Fehlfunktionen des Advanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR-E) an Bord auf. Aber das Instrument, das den Kreislauf des Wassers zwischen Atmosphäre und Boden verfolgen soll, scheint nun wieder ordnungsgemäß zu arbeiten und erstellt wie vorgesehen eine globale Karte der Meeres- und Oberflächentemperaturen.

„Die gemachten Bilder sind sehr gut; sie zeigen uns, dass wir ein gesundes Raumfahrzeug gestartet haben und alle seine Instrumente nominal arbeiten“, sagt Aqua-Projektmanager Phil Sabelhaus am NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt. „Alles deutet darauf hin, dass Aqua im September wie geplant betriebsbereit sein wird.“

Obwohl die meisten der Aqua-Instrumente in seiner Testphase am Boden überprüft wurden, warten die Wissenschaftler weiter auf die einleitenden Daten des Instruments MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). MODIS soll einige bestimmte Erscheinungen auf der Erde messen, zum Beispiel Wolkeneigenschaften, Veränderungen an der Oberfläche und in der Landnutzung und Atmosphären-Temperatur und -Feuchtigkeit. Die ersten Daten des MODIS-Instruments sind aber noch in dieser Woche zu erwarten.

Die Aqua-Missionswissenschaftler gehen davon aus, dass die Daten des Satelliten zu einem besseren Verständnis des Erd-Klimasystems führen werden und besonders für die Rolle, die das Wasser darin spielt. Zudem erhofft man sich bessere Wettervorhersagen.

Der Aqua-Satellit ist ein Gemeinschaftsprojekt zwischen Forschern aus den USA, Japan und Brasilien.

Weitere Informationen zur Mission finden Sie hier!

Der Beitrag Aqua überwindet Fehlfunktionen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von meiklampmann. Quelle: none.

Es ist noch unklar, ob das Instrument vollständig ausgefallen ist, oder ob es wieder in Betrieb genommen werden kann.
Aqua ist konzipiert wurden, um das Verständnis des Wetters und des Klimas unserer Erde zu verbessern.

Das angesprochene Instrument ist das hochentwickelte Microwave Scanning Radiometer for EOS (AMSR-E). Es beobachtet den Kreislauf des Wasser, das von der Oberfläche in die Atmosphäre gelang und wieder zurück. Diese Beobachtungen würden den Wissenschaftlern helfen, mehr über das globale Wettermuster und die langfristigen Klimaänderungen zu lernen.

Der Beitrag Störungen des Aqua-Satellit erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein.

Einleitung
Die auf sechs Jahre angelegte Mission ist Teil des langfristigen Earth Science Enterprise-Forschungsprogramms der NASA, das mehrere Missionen umfasst.
 
Forschungsziele
Anders als ENVISAT fokussiert die Mission jedoch auf einen Teilbereich dieser miteinander vernetzten Prozesse: Wie der Name unschwer vermuten lässt, soll Aqua (lat. „Wasser“) vor allem Informationen über die Rolle des Wassers auf unserem Planeten sammeln. Die primäre Aufgabe des Satelliten ist die globale Gewinnung von Daten über Niederschläge, Verdunstung und Transport des Wassers in der Atmosphäre. Aqua soll Informationen über Veränderungen der großen ozeanischen Strömungen sammeln und durch seine Beobachtungen das Verständnis für die Auswirkungen der Wolken und sowie von Prozessen des Oberflächenwassers auf das Klima verbessern. Letztendlich werden Wissenschaftler durch diese Daten die Veränderungen des globalen Ökosystems besser verstehen können und auch mehr darüber wissen, wie auf unerwünschte Veränderungen des Weltklimas reagiert werden könnte. Auch ganz konkrete Verbesserungen wie beispielsweise genauere Wettervorhersagen werden durch die Daten des Satelliten erwartet.
 
Der Satellit
Aqua ist ein gemeinsames Projekt von den USA, Japan und Brasilien. Nach dem Start wird der Satellit einen sonnensynchronen polaren Orbit mit einer Höhe von ca. 705 km einnehmen und auf dieser Umlaufbahn den Äquator mit Flugrichtung Norden täglich gegen 13:30 Uhr (Ortszeit) überfliegen. Diese Flugbahn ist so gewählt worden, dass sie sich mit der des 1999 gestarteten NASA-Satelliten Terra ergänzt – die beiden Satelliten können dadurch dieselben Gebiete zu verschiedenen Tageszeiten beobachten und somit Veränderungen verschiedener wissenschaftlicher Parameter im Tagesablauf (wie z.B. Niederschläge) registrieren.
 
Das Raumfahrzeug ist im Orbit etwa 4,8 × 16,7 × 8,0 m groß und hat eine Masse von rund 3,1 t, wovon gut 230 kg Treibstoff für Kurskorrekturen und Lagekontrollmanöver sind. Das große Solarpaneel von Aqua erzeugt rund 4,6 kW elektrischer Energie, mit der unter anderem auch die sechs wissenschaftlichen Beobachtungsinstrumente an Bord betrieben werden.

Die Beobachtungsinstrumente von Aqua
AIRS („Atmospheric Infrared Sounder“) erstellt Temperaturprofile und misst den Gehalt von flüssigem und gasförmigem Wasser in der Atmosphäre. AMSU („Advanced Microwave Sounding Unit“) besteht eigentlich aus zwei Sensoren, deren Daten aber miteinander kombiniert und so behandelt werden, als würden sie einem Instrument entstammen. AMSU kann die Temperatur der unteren Atmosphäre bis hinauf zu einer Höhe von maximal 40 km auf 1° C genau messen, wobei die Messung in Höhenschichten von nur einem Kilometer möglich ist. Diese enorm exakten globalen Temperaturmessungen werden den Erwartungen der beteiligten Wissenschaftler zufolge zur Verbesserung der Wettervorhersage beitragen können. Darüber hinaus kann das Instrument auch noch Informationen über die Wolkendichte liefern. Das Instrument HSB („Humidity Sounder for Brazil“) wird Daten liefern, mit deren Hilfe man die Luftfeuchtigkeit von der Erdoberfläche bis hinaus in eine Höhe von etwa 10 km bestimmen kann. Aus den HSB-Daten können weiterhin Schlüsse über die Regenintensität in einem bestimmten Beobachtungsgebiet gezogen werden.
 
Gemeinsam werden aus den Daten von AIRS, AMSU und HSB vertikale Wasserdampf-Profile erstellt werden. Diese Informationen werden Wissenschaftlern eine genauere Schätzung der Verdunstungsraten über Land- und Wasserflächen ermöglichen.
 
Das doppelt vorhandene Instrument CERES („Clouds and the Earth’s Radiant Energy System“) misst das von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenlicht, die von der Erde emittierte thermische Strahlung sowie die Gesamtsumme der Strahlung. Da Wolken natürlich auch einfallendes Sonnenlicht reflektieren, liefern die Daten von CERES auch weitere Informationen über die globale Wolkenverteilung. Zwei dieser Instrumente sind ebenfalls an Bord von Terra, dem bereits 1999 gestarteten „Schwester-Satelliten“ von Aqua. Der MODIS-Scanner („Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer“) wird kontinuierlich Weitwinkelaufnahmen der Erdoberfläche machen, um an Land, in den Ozeanen sowie in der Atmosphäre ablaufende Prozesse verfolgen zu können. Alle ein bis zwei Tage wird die gesamte Erdoberfläche gescannt werden. Dies geschieht sowohl durch Aufnahmen im Bereich des sichtbaren Lichts sowie der Wärmestrahlung. Auch von diesem Instrument befindet sich ein Exemplar an Bord von Terra.
 
Das sechste Instrument AMSR-E („Advanced Microwave Scanning Radiometer – EOS“) schließlich wird verschiedene Prozesse des atmosphärischen Wassers beobachten. Dieses Instrument kann Regenfälle registrieren sowie Daten über Luftfeuchtigkeit, See-Eis, Bodenfeuchtigkeit, Schneebedeckung von Landflächen sowie über Wassermengen in Wolken sammeln.
 
Ausblick
Man darf ohne Zweifel auf die Ergebnisse gespannt sein, die von den an der Auswertung der Aqua-Beobachtungsdaten beteiligten Wissenschaftlern in den kommenden Jahren zu erwarten sind. Gerade die Tatsache, das Aqua mit einem teilweise identisch ausgestatteten „Schwester-Satelliten“ kombiniert betrieben werden kann, eröffnet Möglichkeiten, die ein Satellit alleine nicht bieten kann. Wenn dann auch noch die internationale Zusammenarbeit das Konkurrenzdenken zwischen Europa und den USA überwinden kann und eine sinnvolle Zusammenführung der Daten der europäischen und amerikanischen Erdbeobachtungssatelliten möglich wird, dann werden wir sicher noch viel von Aqua lesen.

Der Beitrag Aqua vor dem Start erschien zuerst auf Raumfahrer.net.