Quelle: Karlsruher Institut für Technologie 22. November 2022.

22. November 2023 – Die Satellitenmission CAIRT wird immer wahrscheinlicher. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat den vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierten Vorschlag nun als einen von zwei verbleibenden Kandidaten für eine Mission zur Erdbeobachtung ausgewählt. Die finale Entscheidung fällt 2025.

Die Entscheidung der ESA, die Satellitenmission CAIRT (steht für: changing-atmosphere infrared tomography) als eines von zwei Vorhaben weiterzuverfolgen, wurde am Dienstag (21.11.2023) durch das ESA Programme Board for Earth Observation bestätigt. „Für uns bedeutet das, dass die Mission nun in die sogenannte Phase A eintritt. Unsere Planungen werden damit viel konkreter“, erläutert Professor Björn-Martin Sinnhuber vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK) des KIT, der die wissenschaftlichen Arbeiten koordiniert. „Wird unser Vorschlag dann von der ESA ausgewählt, könnten wir in den frühen 2030er-Jahren die ersten Daten erhalten.“ Bis dahin könnte CAIRT mit dem ESA-Satelliten Earth Explorer 11 in die Erdumlaufbahn starten. Zweck der Mission ist es, dringend benötigte Daten über Veränderungen in der Erdatmosphäre zu erheben. Sie sollen das Wissen über die Kopplung von atmosphärischer Zirkulation, die genaue Zusammensetzung der Atmosphäre und regionale Klimaänderungen verbessern.

Weltraumtomograf für die Atmosphäre
Kernstück von CAIRT ist ein abbildendes Infrarotspektrometer, mit dem in bisher unerreichter räumlicher Auflösung eine Vielzahl von Spurengasen, Aerosolen und atmosphärischen Wellen vermessen werden kann. „Die Tomografie ist uns als ein Instrument der medizinischen Diagnostik vertraut“, sagt Sinnhuber. „Bei uns passiert im Grunde dasselbe, nur ein bisschen größer. Es ist eine Art Weltraumtomograf für die gesamte Erdatmosphäre.“ Dazu wird CAIRT die Atmosphäre regelmäßig in einer Höhe von fünf bis 115 Kilometern im Infrarotbereich mit einer horizontalen Auflösung von etwa 50 mal 50 Kilometern und einer vertikalen Auflösung von einem Kilometer vermessen.

Die jetzt geplante Mission baut dabei auf langjähriger Erfahrung in der Atmosphärenfernerkundung am KIT auf. Durch die Fernerkundung mithilfe von Ballons und Flugzeugen haben Forschende des KIT in den vergangenen Jahren bereits Pionierarbeit geleistet. „Gemeinsam mit dem Forschungszentrum Jülich haben wir das wissenschaftliche Instrument GLORIA entwickelt, das als eine Art Prototyp für CAIRT betrachtet werden kann“, erläutert Dr. Michael Höpfner vom IMK, der die Forschung mit GLORIA am KIT leitet und auch an CAIRT beteiligt ist. Mit GLORIA seien bereits großartige wissenschaftliche Beobachtungen gelungen, zuletzt etwa neue Erkenntnisse zum Transport von Aerosolen nach ausgedehnten Waldbränden in Kanada bei der Messkampagne PHILEAS mit dem Forschungsflugzeug HALO, aber auch bei Ballonkampagnen. „Mit der Satellitenmission CAIRT können wir das noch einmal auf ein neues Niveau heben, weil wir dann täglich globale Messungen bekommen“, so Höpfner.

Über CAIRT
Das KIT hat den Vorschlag für das Satellitenkonzept für die Mission CAIRT koordiniert und baut dabei auf einer langjährigen gemeinsamen Initiative mit dem Forschungszentrum Jülich auf. Die wissenschaftliche Zielsetzung wird in enger Kooperation von einem internationalen Expertinnen- und Expertengremium definiert und ausgearbeitet, das sich aus dem European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), dem Institute of Applied Physics „Nello Carrara“ (IFAC), dem Institute of Astrophysics of Andalusia (IAA-CSIC), dem National Centre for Scientific Research (CNRS) in Frankreich, dem Royal Belgian Institute for Space Aeronomy (BIRA-IASB), der University of Leeds und der University of Oxford in Großbritannien, der University of Oulu in Finnland und dem Finnish Meteorological Institute (FMI) sowie der University of Toronto in Kanada zusammensetzt.

Weitere Informationen
https://www.cairt.eu/de

Details zum KIT-Zentrum Klima und Umwelt
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 300 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.

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Quelle: Forschungszentrum Jülich 29. August 2022.

Nach dem erfolgreichen Jungfernflug in Schweden im vergangenen Jahr dient die aktuelle Kampagne neben der Erforschung der stratosphärischen Luftschichten dazu, die Europäische Weltraumagentur ESA bei der Vorbereitung von Satellitenmissionen wie CAIRT und FORUM zu unterstützen. Der Ballon mit Gloria-B steigt bis zu 36 Kilometer hoch in der Atmosphäre auf und hat dort einen Durchmesser von rund 100 Metern.

CAIRT („The Changing-Atmosphere Infra-Red Tomography Explorer“) ist ein Satellitenkonzept, das vom Forschungszentrum Jülich, dem KIT und neun weiteren Partnern entwickelt wurde. Dabei handelt es sich um ein Infrarot-Tomographie-Experiment zur Untersuchung der Atmosphäre im Wandel. Treibhausgase und Luftschadstoffe, aber auch natürliche Phänomene wie Vulkanausbrüche wirken sich auf die Erdatmosphäre aus. Ziel von CAIRT ist es, diese Prozesse detailliert untersuchen zu können. Die ESA hat CAIRT im vergangenen Jahr in die engere Wahl für die Mission „Earth Explorer 11“ gezogen. GLORIA trägt hierbei als Vorläuferinstrument von CAIRT aus großen Höhen Messungen bei, die dabei helfen, die technische Machbarkeit sowie die Messmöglichkeiten des Satelliteninstruments zu demonstrieren.

Die GLORIA-B-Messungen in Kanada werden von den Entwicklungsingenieur*innen vom Institut für Systeme der Elektronik betreut, die das Detektorauslesesystem und den Prozessierungsrechner entwickelt haben. Die Messungen ergänzen weitere Ballonstarts am Forschungszentrum Jülich: „Zeitnah zum GLORIA-Flug sammeln unsere Kolleg*innen in Jülich mithilfe von Messgeräten an kleineren Stratosphärenballons Luftproben und untersuchen sie später im Labor auf Spurengase wie Methan und FCKW. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die stratosphärische Zirkulation ableiten, die sich durch den Klimawandel verändert“, erläutert Dr. Jörn Ungermann vom Institut für Stratosphäre, der die Messkampagne in Timmins von Jülicher Seite aus koordiniert. Durch den Vergleich beider Messmethoden soll gezeigt werden, dass GLORIA und später CAIRT die stratosphärische Zirkulation in dieser schwer zugänglichen Region der oberen Atmosphäre untersuchen kann.

Die beiden Datensätze werden ein Schlaglicht auf die Zirkulation der mittleren Atmosphäre werfen. Luftmassen steigen durch die tropische Tropopause auf, werden innerhalb der Stratosphäre zu höheren Breiten transportiert und sinken dort in höheren Breiten wieder ab. Das Alter der Luft seit Eintritt in die Stratosphäre lässt sich durch die Messungen bestimmen. Es beträgt in der Regel mehrere Jahre, ist aber mit hohen Unsicherheiten behaftet. Die Transportprozesse sind von großer Bedeutung für den Treibhauseffekt, da sie in einer besonders sensitiven Höhe stattfinden.

Darüber hinaus wird GLORIA in einer ähnlichen Messgeometrie wie das bereits für die Earth-Explorer-9-Mission ausgewählte Fernerkundungsexperiment FORUM eingesetzt. Die Kombination von GLORIA mit dem italienischen FIRMOS Instrument wird zeigen, inwieweit sich FORUM mit dem Wettersatelliten MetOp-SG ergänzt.

Das Forschungszentrum Jülich ist seit 2018 in der Mission Advisory Group vertreten und hat wesentlich zur erfolgreichen Auswahl von FORUM beigetragen. Der Start des Satelliten ist für das Jahr 2027 geplant. Das Hauptinstrument wird das von der Erde in den Weltraum abgestrahlte Licht spektral hochaufgelöst messen und dabei erstmals auch bei Wellenlängen im sogenannten fernen Infrarot. Dieser bisher unerforschte Teil der Erdstrahlung sorgt für etwa die Hälfte der Strahlungskühlung der Erde und für die Hälfte des Treibhauseffekts. Darüber hinaus enthalten die Messungen spektrale Fingerabdrücke des Wasserdampffeedbacks, der den menschengemachten Treibhauseffekt verstärkt.

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