Quelle: Universität Bremen 12 Januar 2023.

12. Januar 2023 – Das Institut für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen ist ein weltweit führendes Institut im Bereich der Auswertung und Interpretation globaler Satellitenmessungen der Treibhausgase Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Methan (CH₄) und weiterer atmosphärischer Spurengase, die für Klima und Luftqualität von großer Bedeutung sind. Das Institut leitet das Treibhausgas-Projekt GHG-CCI der Klimawandelinitiative der Europäischen Raumfahrtagentur ESA und liefert entsprechende Daten an den europäischen Copernicus Klimawandel-Service C3S und an den Copernicus Atmosphärenbeobachtungs-Service CAMS. Die neueste Copernicus Mitteilung zur Treibhausgasentwicklung (Link siehe unten) basiert wesentlich auf den vom IUP bereitgestellten Satelliten-Daten und deren Analyse.

„Der Methan-Anstieg bleibt in 2022 mit etwa 0,6% sehr hoch, liegt aber unterhalb der Rekordwerte der vergangenen beiden Jahre. Unsere Vermutung dafür ist, dass es einerseits mehr Emissionen gegeben hat, gleichzeitig aber die atmosphärische Methansenke abgenommen hat. Der CO₂-Anstieg ist mit etwas über 0,5% ähnlich hoch wie in den vergangenen Jahren“, fasst Umweltphysiker Dr. Michael Buchwitz erste Ergebnisse zusammen.

Treibhausgasmessungen seit 2002
Die Zeitserien der Treibhausgasmessungen aus dem Weltraum beginnen 2002 mit dem von der Universität Bremen vorgeschlagenen und wissenschaftlich betreutem SCIAMACHY-Instrument auf dem europäischen Umweltsatelliten ENVISAT. Diese Messungen werden derzeit unter anderem von japanischen (GOSAT und GOSAT-2) und amerikanischen (OCO-2) Satelliten fortgesetzt.

Die Satelliten messen das vertikal gemittelte Mischungsverhältnis von CO₂ und CH₄. Diese Messgrößen werden mit XCO2 und XCH4 bezeichnet und sie unterscheiden sich von den üblicherweise berichteten Messungen bodennaher Konzentrationen. Die Daten werde in den Einheiten „Teilchen pro Millionen“ (parts per million, ppm) für CO₂ und „Teilchen pro Milliarde“ (parts per billion, ppb) für CH₄ angegeben. Eine XCO2 Konzentration von 400 ppm bedeutet, dass die Atmosphäre 400 CO₂-Moleküle pro eine Millionen Luftmoleküle enthält. „Methan ist 2022 etwa um 11,8 ppb gestiegen, CO₂ um 2,1 ppm“, so Buchwitz.

Die anhängende Abbildung zeigt oben den Zeitverlauf der Konzentrationen beider Gase seit 2003. Wie man sieht, steigt CO₂ nahezu gleichförmig an – im Gegensatz zum Methan. In den Jahren 2000 bis 2006 war die Methankonzentration im Mittel stabil. Seit 2007 jedoch steigt Methan (wieder) an, und zwar mit besonders hohen Anstiegsraten in den vergangenen Jahren (Abbildung unten). Die Rekordwerte der Jahre 2020 und 2021 sind vermutlich mit einer COVID-19-induzierten Erhöhung der Methansenke verbunden, aber auch mit einem Anstieg der Methan-Emissionen (Details siehe „Copernicus Pressemitteilung“).

„Leider gibt es noch viele Wissenslücken bezüglich der diversen natürlichen und anthropogenen Quellen und Senken von Methan und anderen Treibhausgasen“, sagt Buchwitz. „Es ist daher nach wie vor erforderlich, das bestehende System zur globalen Beobachtung klimarelevanter Parameter optimal zu nutzen und weiter zu verbessern.“

Weitere Informationen:
Copernicus Pressemitteilung „2022 was a year of climate extremes, with record high temperatures and rising concentrations of greenhouse gases“:
https://climate.copernicus.eu/copernicus-2022-was-year-climate-extremes-record-high-temperatures-and-rising-concentrations

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• Klimawandel

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: scilogs.de, Raumfahrer.net .

Als bisher größter europäischer Erdbeobachtungssatellit gelangte Envisat am 1. März 2002 in den Weltraum. Nachdem der Satellit jahrelang wertvolle Daten für Nutzer einer ganzen Reihe technischer und wissenschaftlicher Disziplinen geliefert hatte, fiel er am 8. April 2012 aus bisher nicht bekannten Gründen unerwartet aus. Weil es nicht gelang, noch einmal eine Verbindung zum Satelliten herzustellen, die es erlaubt hätte, bestimmte Prozesse an Bord des Raumfahrzeugs fernzusteuern, konnte eine Passivierung des Satelliten, bei der z.B. Akkumulatoren, Tanks für Treibstoffe und Gase etc. in möglichst sichere, langzeitstabile Zustände versetzt werden, nicht vorgenommen werden. Für andere Raumfahrzeuge stellt der tote Satellit eine reale Gefahr dar.

Envisat zieht in aktuell rund 780 Kilometern Höhe ungesteuert um die Erde und wird das ausgehend von seiner jetzigen Umlaufbahn auch noch viele Jahrzehnte weiter tun. Martha Mejía-Kaiser vom Internationalen Institut für Weltraumrecht (International Institute of Space Law, IISL) hatte auf dem 63. Internationalen Astronautischen Kongress vorgetragen, die ESA hätte Enivsat auf eine nur wenig niedrigere Umlaufbahn in rund 750 Kilometern Höhe bringen müssen, um eine deutliche Lebensdauerreduzierung zu erreichen. Bei abgesenktem Orbit würde Enivsat laut Mejía-Kaiser nur noch etwa 25 Jahre überdauern, bis er bei einem zerstörerischen Wiedereintritt in die Erdatmosphäre aufhört zu existieren.

Michael Khan, der beruflich als Missionsanalytiker für die ESA tätig ist, erklärt dagegen, warum die von Mejía-Kaiser vorgeschlagene Bahnabsenkung keinesfalls zu einer Restlebensdauer von 25 Jahren geführt hätte. Als kürzeste anzunehmende Restlebensdauer nennt Khan 70 Jahre und zeigt sich davon überzeugt, dass die Restlebensdauer von Envisat mit einiger Wahrscheinlichkeit eher noch deutlich größer gewesen wäre. Als Grundlage für seine Betrachtungen verwendete Kahn nach eigenen Angaben ausschließlich für Jedermann verfügbares Material. Nachzulesen sind die Ausführungen Khans in einem Blogeintrag.

Zieht man in Betracht, dass es der ESA schon rein rechnerisch gar nicht möglich war, Envisat mit noch an Bord befindlichem Treibstoff auf eine für einen zeitlich absehbaren Wiedereintritt niedrig genug liegende Bahn zu schicken, erweisen sich Vorwürfe an die ESA, sie habe unverantwortlich gehandelt, weil sie die Flughöhe von Enivsat nicht um einige zehn Kilometer nach unten änderte, und den Treibstoff statt dessen zur Fortsetzung des Betriebs des Satelliten einsetzte, als gegenstandslos. Auch das Ignorieren von Vereinbarungen zur Müllvermeidung im All kann man der ESA dann kaum vorhalten.

Envisat ist einer von vielen Satelliten aller Raumfahrtnationen, der geplant, gebaut und gestartet wurde, als bestimmte Verabredungen und inhaltliche Konkretisierungen zur Müllvermeidung und Reduktion von Gefahren noch nicht existierten und man sich international über das Schicksal von ausgedienten Raumfahrzeugen und von ihnen ausgehenden Gefahren – mindestens aus heutiger Sicht – zu wenig Gedanken machte. Und genau deswegen befindet sich die ESA auch in Haftungsfragen nicht in einer hervorgehobenen Position.

Envisat ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 27.386 bzw. als COSPAR-Objekt 2002-009A.

Der Beitrag Envisat: Auch auf niedrigerer Bahn länger im All erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA, Raumfahrer.net, Space News.

Die für die Nationale Autonome Universität von Mexiko (National Autonomous University of Mexico, UNAM) tätige Martha Mejía-Kaiser sprach anlässlich des 63. Internationalen Astronautischen Kongresses (IAC) in Neapel. Ihrer Einschätzung nach könnte die Europäische Raumfahrtorganisation (ESA) haftbar gemacht werden, wenn Teile von Envisat innerhalb seines vermutlich noch über 100 Jahre andauernden Flugs um die Erde andere Satelliten beschädigen. Weil die ESA sich entschieden habe, Envisat weiter zu betreiben, und nicht mit übrigem an Bord verfügbaren Treibstoff auf eine ausreichend niedrigere Umlaufbahn zu schicken, wie es internationale Richtlinien empfehlen, könnte es auch dazu kommen, dass man ihr grobe Fahrlässigkeit vorwirft.

Mejía-Kaiser berichtete, dass vermutlich nur rund 60 Kilogramm Treibstoff nötig gewesen wären, um die Flugbahn von Envisat um 30 auf rund 750 Kilometer über der Erde abzusenken. Auf einer solchen niedrigeren Bahn würde Envisat nur noch rund 25 Jahre um die Erde ziehen. Natürliche Kräfte sorgten schließlich für einen zerstörerischen Wiedereintritt in die Erdatmosphäre. Envisat war am 8. April 2012 unerwartet ausgefallen, ohne dass Prozesse zur Sicherung von Treibstofftanks und Akkumulatoren ausgelöst werden konnten. Mit seinem ausgeklappten Solarpanel hat der Satellit eine Länge von rund 25 Metern. Seine Masse beim Start betrug 8.111 Kilogramm, darunter befanden sich rund 314 Kilogramm Treibstoff.

Irritiert zeigte sich Mejía-Kaiser, warum die ESA nicht die Priorität auf eine gesicherte Nutzbarkeit des speziellen, so wertvollen Bahnbereichs legte, und statt dessen versuchte, Envisat bis zum letzten Tropfen Treibstoff zu betreiben (im Sommer 2010 waren noch rund 80 Kilogramm Treibstoff an Bord verfügbar). Envisat sei zwar gestartet worden, bevor es Empfehlungen für das Sauberhalten von Erdumlaufbahnen gegeben habe, doch die Entscheidung, Envisat weiter zu betreiben, habe die ESA getroffen, nachdem sie eine Selbstverpflichtung, Richtlinien zur Vermeidung von Weltraumschrott einzuhalten, eingegangen war.

Der ESA verbleibt nach Überzeugung von Mejía-Kaiser nur die Wahl zwischen finanziell aufwändigen Optionen. Entweder lässt die ESA Envisat von einem noch zu entwickelnden Entsorgungssatelliten beseitigen, oder sie zahlt im Fall künftiger Kollisionen mit Teilen von Envisat Kompensationen an betroffene Satelliteneigner.

Wie andere Weltraumorganisationen auch lässt die ESA Studien durchführen, die Technologien zur Entsorgung von Weltraummüll untersuchen. Bislang betrachtet man entsprechende Verfahren als riskant und teuer. Unter den Experten für Weltraumrecht herrscht im Übrigen Uneinigkeit, ob es überhaupt möglich wäre, die ESA wegen fahrlässigen Verhaltens anzuklagen. Für einen solchen Vorgang gibt es bis dato kein Vorbild.

Envisat ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 27.386 bzw. als COSPAR-Objekt 2002-009A.

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• Envisat

Der Beitrag Ist Envisat eine Zeitbombe? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: ESA, Spaceflightnow, Wikipedia, Raumcon.

So lieferte Pleiades am 15. April 2012 eine optische Aufnahme im Vorbeiflug mit etwa 30.000 Kilometern pro Stunde aus etwa 100 km Entfernung. Darauf ist Envisat genau wie auf einer bereits zuvor am Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik Wachtberg mit einer 49-Meter-Antenne gemachten Radaraufnahme intakt zu erkennen. Befürchtet worden war eine Kollision mit Weltraumschrott, die auch jetzt noch nicht ganz auszuschließen ist. Wahrscheinlicher ist allerdings ein Hard- oder Softwaredefekt, da größere Schrotteile im Orbit erfasst werden und man ausweichen könnte.

Envisat wurde im März 2002 gestartet und hatte gerade sein zehnjähriges Jubiläum erreicht. Der Satellit stellt den bisher anspuchvollsten Umweltforschungskomplex im All dar. Mit einer Vielzahl an Instrumenten können verschiedene Aspekte erkundet werden. Um alle Gebiete der Erde erfassen zu können, befindet sich Envisat auf einer sogenannten sonnensynchronen Bahn. Dabei überfliegt er im Abstand von 35 Tagen jede Stelle der Erde jeweils zur selben Tageszeit.

„Envisat-Daten werden kontinuierlich über Ölteppiche, Meereseis, verschiedene meteorologische Vorhersagen, Wasserstände, für atmosphärische Überwachungssysteme und ebenso für die Überwachung von Bodenabsenkungen verschiedener Städte in Europa und anderswo genutzt“, sagte Volker Liebig, ESA-Direktor für Erderkundung. Mit seinen Vorgängern ERS 1 und 2 und Envisat sind somit 20 Jahre Daten über Phänomene auf der Erdoberfläche gesammelt worden.

Ursprünglich war eine Funktionsdauer von 5 Jahren geplant. Aufgrund der vorhandenen Reserven und weiterhin guten Funktion der Systeme und Forschungsgeräte wurde die Mission des Umweltwächters mehrfach verlängert. Zuletzt hoffte man, Envisat bis 2014 nutzen zu können. Dann sollen mehrere Sentinel-Satelliten als Nachfolger im Einsatz sein. Sie sollen als kleinere Einheiten und mit verbesserter Technik die Aufgaben von Envisat übernehmen.

Durch den plötzlichen Ausfall würde Envisat auf seiner Flugbahn in derzeit etwa 774 Kilometern Höhe selbst zu unkontrollierbarem Weltraumschrott. Mit 8 Tonnen Masse und etwa 30 Meter größter Ausdehnung böte er ein großes Ziel für Einschläge von kleinen und größeren Schrottteilen auf verschiedenen Umlaufbahnen, wodurch weitere gefährliche Bruchstücke entstehen würden. Eigentlich wollte man Envisats Bahn 2014 mit dem dann noch verbliebenen Treibstoff deutlich absenken, so dass er nach einigen Jahren in die dichten Schichten der Erdatmosphäre eintreten würde. In der gegenwärtigen Bahn würde er aber noch viele Jahrzehnte die Erde umlaufen.

Die Techniker am Kontrollzentrum in Darmstadt forschen nun intensiv an den Ursachen. Bei fehlender Kommunikation mit dem Satelliten ist die Hoffnung, Envisat weiter nutzen zu können aber eher gering. Bei anderen Satelliten war es allerdings in der Vergangenheit bereits mehrfach gelungen.

Der Beitrag Fehlersuche bei Envisat erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Die Erdbeobachtung ist eines der wichtigsten Gebiete der Raumfahrt. Sie ermöglicht vielfältige Dienste, die allen Menschen nützlich sind. So wäre beispielsweise die Wettervorhersage der nächsten Tage ohne Satelliten, welche das Geschehen in der Atmosphäre messen, nicht möglich. Auch die Erstellung von detaillierten Landkarten bezieht ihre Daten aus der Raumfahrt. Zu diesem aufregenden Thema fand in Aachen das 24. Raumfahrtkolloquium statt.

In sieben Fachvorträgen ging es um Programme wie Living Planet von der ESA und den Anteil des DLR daran, aber auch über Missionen wie GOCE oder Cryosat 2 wurde berichtet. Ein Höhepunkt war der Bericht von Gerhard Thiele, welcher im Jahr 2000 selbst mit dem Space Shuttle in den Orbit flog und von dort sowohl mit Messinstrumenten als auch mit bloßem Auge die blaue Kugel beobachten konnte.

Erdbeobachtung im deutschen Raumfahrtprogramm

Für eine Raumfahrtnation wie Deutschland stellt die Erdbeobachtung einen beachtlichen Teil des Raumfahrtprogramms dar. Dazu sprach Dr. Hans-Peter Lüttenberg vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn.

Drei bedeutende Bereiche, die Erdbeobachtung versorgt, sind der gesellschaftliche, der wirtschaftliche und der wissenschaftliche. Für die Bevölkerung stellt die Erdbeobachtung viele Dienste bereit, die das tägliche Leben in vielen Bereichen erleichtern. Ein Paradebeispiel dafür ist Google Earth, welches die Beobachtung der ganzen Erde vom heimischen PC aus ermöglicht. Auch der wirtschaftliche Sektor unterstützt, da durch den Bau von Erdbeobachtungssatelliten Arbeitsplätze entstehen können und die Raumfahrtindustrie gefördert wird. Zuletzt nutzen viele Erdbeobachtungssatelliten auch der Wissenschaft, da durch Aufnahmen in verschiedenen Spektralbereichen neue Erkenntnisse über den Aufbau der Erde gewonnen werden können.

Das DLR betreibt derzeit mehrere Satelliten zum Zweck der Erdbeobachtung. In öffentlich-privater Partnerschaft mit EADS Astrium werden beispielsweise die Zwillingssatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X betrieben, welche im Formationsflug 3D-Bilder der Erde anfertigen können. Auf ENVISAT wird vom DLR das Instrument SCIAMACHY betrieben, welches die Spurengase in der Atmosphäre untersucht. Bereits beendet ist die Mission GRACE. Sie hat Messungen über die zeitlichen Änderungen des Schwerefeldes der Erde durchgeführt. Aufgrund ihres Erfolges ist jedoch bereits eine Nachfolgemission in Planung: GRACE-F soll in Zusammenarbeit mit der NASA gestartet werden. Eine kommerzielle Initiative, welche durch das DLR finanziell unterstützt wird, ist RapidEye. Fünf baugleiche, 2008 gestartete Kleinsatelliten beobachten die Erde im optischen Bereich. Ihr Vorteil liegt in der täglichen Wiederholrate der Aufnahmen sowie in der gesicherten Beobachtung größerer Gebiete.

Auch für die Zukunft sind weitere Missionen geplant. So soll im Jahre 2015 die Mission EnMAP starten und verschiedene Parameter des Ökosystems untersuchen. Dazu ist sie mit einem anspruchsvollen Hyperspektralinstrument ausgestattet, welches über 200 Kanäle abdeckt. 2015 oder 2016 ist es geplant, auf der französischen Plattform MYRIADE das Instrument MERLIN zu starten. Dieses soll Methanquellen am Boden auf ihre Intensität hin untersuchen. Auch soll das atmosphärische Methan genauer bestimmt werden. Als weitere sogenannte „Pickup-Nutzlast“ ist METimage geplant. Das Instrument soll 2019 auf dem EUMETSAT-Satelliten MetOp-SG starten und die Mikrophysik innerhalb von Wolken genauer bestimmen.

Aber nicht nur in Einzelarbeit betreut das DLR Projekte. Es ist auch in das Living Planet-Programm der ESA involviert. Von den 6 geplanten Missionen wurden drei bereits gestartet: GOCE (2009), SMOS (2009) und Cryosat 2 (2010, der Vorgänger Cryosat ging 2005 aufgrund eines Fehlers in der Trägerrakete verloren). Weitere geplante Missionen sind ADM-Aeolus (geplanter 2013), SWARM (2012) und EARTHCARE (2015).

GOCE – Schwerefeldbestimmung aus dem niedrigen Erdorbit

Über den ersten Satellit des Living Planet-Programms der ESA, welcher die Aufgabe hat, die Unregelmäßigkeiten im Schwerefeld zu messen, referierte Prof. Dr.-Ing. Reiner Rummel vom Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie in München. Der Orbit des Satelliten hat nur eine Höhe von 265 km, damit dieser sich möglichst nahe an der Erde befindet. Um die Messungen durchzuführen, befinden sich im inneren 4 kubische Testmassen. Diese bestehen aus Platin-Rhodium und haben die Maße 4 cm x 4 cm x 1 cm sowie eine Masse von 320g. Sie sitzen jeweils 50 cm vom Schwerpunkt des Satelliten entfernt, wo sie einer Beschleunigung von einem Millionstel g ausgesetzt sind. Indem die Kraft, die auf diese Platten wirkt, genau gemessen wird, können Unregelmäßigkeiten im irdischen Schwerefeld genau gemessen werden.

Da die Reibung den Satelliten aufgrund seiner niedrigen Bahnhöhe innerhalb von 14 Tagen zum Absturz bringen würde und die Abbremsung außerdem die Messungen stören würde, wird diese jederzeit genau bestimmt und durch ein sehr genaues Ionentriebwerk kompensiert. Eine weitere Messmethode ist die Ermittlung der Geschwindigkeit mithilfe des US-Amerikanischen GPS. Indem die Abbremsungen und Beschleunigungen des Satelliten gemessen werden, können Rückschlüsse auf das Schwerefeld der Erde gezogen werden.

Die Messung des Erdmagnetfeldes durch CHAMP

Das Erdmagnetfeld birgt noch viele Geheimnisse, von denen bereits einige durch CHAM gelüftet wurden. Über diesen technisch anspruchsvollen Satelliten berichtete Prof. Dr. Hermann Lühr vom Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam.

Der am 15. Juli 2000 auf einer russischen Kosmos-Rakete gestartete CHAMP hatte die Aufgabe, das Erdmagnetfeld, welches zu einem großen Teil äußeren, flüssigen Teil des Kerns erzeugt wird, zu untersuchen. Er war bis zum 4.9.2010 voll funktionsfähig und verglühte 15 Tage später in Erdatmosphäre. Zu seinen Instrumenten gehörten verschiedene Magnetometer, welche teilweise an einem etwa vier Meter langen Ausleger angebracht waren. Am Schwerpunkt des Satelliten befand sich zusätzlich ein Accelerometer, welches die Beschleunigung messen konnte. CHAMP war außerdem der erste Satellit, der zur Navigation auf GPS setze und so über eine Art „Autopilot“ verfügte.

Ein wichtiges Ergebnis der CHAMP-Mission war die genauere Untersuchung des EEJ (Äquatorialer Elektrojet), welche dabei zum ersten Mal ausgeführt werden konnte. Der EEJ ist ein etwa 400 km schmaler, elektrischer Strom, der in der Ionosphäre von Ost nach West fließt. Jedoch ist die Stärke dieses Stroms nicht kontinuierlich, sondern hängt von verschiedenen Faktoren (z.B. Gewittern) ab. Problematisch beim EEJ ist, dass eine erhöhte Leitfähigkeit der Ionosphäre Funksignale wie GPS stören kann.

Auch für die Mission CHAMP ist ein Nachfolger geplant: 2012 soll die aus drei Satelliten bestehende Mission SWARM starten und das Magnetfeld noch genauer untersuchen, als es ihrem Vorgänger möglich war.

ENVISAT und die Chemie unserer Atmosphäre

Die Erdatmosphäre befindet sich ständig im Umbruch und unterliegt vielen äußeren Einflussen. Über diese und die Untersuchungen dieser berichtete Prof. Dr. John P. Burrows vom Institut für Fernerkundung an der Universität Bremen.

Sowohl der Mensch wie auch die Sonne und andere äußere Einfluss verändern ständig die chemische Zusammensetzung der Erdatmosphäre. Dies wurde und wird immer noch durch das SCIAMACHY-Instrument (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric CHartographY) auf dem Europäischen Umweltsatelliten ENVISAT untersucht. Dieses Spektrometer untersucht die Verteilung von Spurengasen in der irdischen Lufthülle. Aus den gewonnenen Daten können globale Daten dieser Gase erstellt werden, aus denen Rückschlüsse auf die Entstehung bzw. den Ausstoß der Atmosphärenbestandteile gezogen werden können. Ursprünglich war es geplant, zwei Instrumente dieses Typs mitzuschicken, aufgrund des begrenzten Budgets war jedoch nur ein einziges möglich.

Auf den Karten der verschiedenen Gase lassen sich viele Tätigkeiten des Menschen auf der Erde erkennen. So sind beispielsweise auf der Darstellung der globalen NO₂(Stickstoffoxid)-Verteilung Schifffahrtsstraßen erkennbar. Auch Industrieländer wie das aufstrebende Südafrika sind gut sichtbar. Herausgefunden wurde bei den Untersuchungen unter anderem, dass der NO₂-Gehalt in der Erdatmosphäre saisonal schwankt und der Gehalt in Europa insgesamt über die Jahre sinkt.

Die Polkappen des blauen Planeten – Cryosat 2 bestimmt die Dicke des Arktiseis

Die Dicke des Eises im Nordpolar sinkt und das hat Folgen – positive und negative. Über dieses spannende Thema und seine Erforschung durch den europäischen Satelliten Cryosat 2 berichtete Prof. Dr. Rüdiger Gerdes vom Alfred-Wegner-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremverhaven.

Dass das Eis im Nordpolarmeer weniger wird, war schon lange bekannt. Jedoch wusste man nie, wie viel weniger. Um dies genauer zu untersuchen, wurde Cryosat-2 gestartet. Der Nachfolger der aufgrund eines Raketenfehlers verloren gegangenen Mission Cryosat untersucht mithilfe eines Radarinstruments die Eisdicken im nördlichen Polarbereich. Jedoch eignet sich der Satellit eher für die Untersuchung saisonaler Unterschiede als für tagesaktuelle Messergebnisse, da er auf seiner Umlaufbahn um die Erde 90 Tage braucht, bis er sich wieder über einem Punkt der Erdoberfläche befindet.

Um zu sichern, dass Cryosat 2 die richtigen Daten liefert, wurde an einigen Stellen vom Boden aus das Ergebnis kontrolliert. Im Rahmen der CryoVEx-Kampagne (CRYOsat Validation EXperiment) wurden unter anderem mit Flugzeugen die Eisdicke aus nächster Nähe bestimmt. Hierbei wurde festgestellt, dass die Instrumente an Bord des Satelliten ordnungsgemäß kalibriert werden konnten und die Daten für wissenschaftliche Zwecke verwendet werden können.

Die Menge des Eises sinkt seit Jahren, was viele Folgen hat: Unter anderem werden neue Schifffahrtswege frei, was die Fahrtzeit und –kosten erheblich reduziert. Jedoch wird durch die höhere Anzahl von Schiffen im Polargebiet auch mehr Ruß ausgestoßen, welcher sich auf dem Eis niedersetzt. Da dadurch mehr Sonnenlicht absorbiert wird, schmilzt mehr Eis ab und die Polkappe verkleinert sich weiter.

Der Klimawandel und seine Auswirkungen auf die Erde

Durch die Raumfahrt konnten viele Erkenntnisse über das Klima und seinen Wandel gewonnen werden. Doch welche Auswirkungen hat dieser auf die Erde? Über dieses Thema referierte Dr. habil. Helmut Kühr vom Internationalen Büro des BMBF beim DLR in Bonn.

Durch den Klimawandel entstehen verschiedene Herausforderungen, die in Zukunft noch mehr beachtet werden müssen. So sollte beispielsweise mehr in die sogenannten erneuerbaren Energien investiert werden, damit eine Stromversorgung auch nachhaltig gesichert ist. Die Nachhaltigkeit ist auch in anderen Bereichen wichtig, da z.B. die Forstwirtschaft und Fischerei sonst geschädigt werden können.

Die Erde aus der Sicht eines Astronauten – Gerhard Thiele berichtete

Nicht nur mit unbemannten Satelliten wird die Erde beobachtet, auch Astronauten schauen auf die blaue Kugel. Der deutsche Gerhard Thiele war bei der Space-Shuttle-Mission STS-99 dabei und berichtete in Aachen von seiner Mission.

Während der SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) konnte ein hochgenaues Höhenprofil der Erde erstellt werden. Dazu wurde ein etwa 60 Meter langer Mast mitgeführt, an dessen Ende eine Radarantenne befestigt war. Zusammen mit einer zweiten im Inneren der Nutzlastbucht konnten so dreidimensionale Aufnahmen der Erdoberfläche angefertigt werden, aus denen genaue Höhen aller Punkte auf der Erde berechnet werden konnten.

Dazu mussten jedoch zwei Parameter genauestens bekannt sein: Der Abstand zwischen Boden und Shuttle und der Abstand der beiden Kameras. Während die Entfernung zum Boden durchgehend vom Boden gemessen wurde, war die Bestimmung des Kameraabstands eine der Hauptaufgaben der Crew. Durch temperaturabhängige Ausdehnung und Schwingungen bei Triebwerksmanövern veränderte sich die Länge des Mastes ständig, jedoch war für die Genauigkeit der Daten eine Kenntnis unabdingbar.

Der Beitrag Die vermessene Erde – Das 24. Raumfahrtkolloquium in Aachen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Oliver Karger. Quelle: NASA, ESA/Enivsat.

Satellitenbilder des Sulzberger Eisschelfs zeigen neue Eisberge, nachdem der durch das Erdbeben vor der Küste Japans ausgelöste Tsunami auf die Abbruchkante des Schelfs traf. Mit Radarbildern des ASAR-Instruments an Bord des ESA-Satelliten Envisat hat ein Wissenschaftler-Team vom Goddard Space Flight Center der NASA um Kelly Brunt die neuen Eisberge identifiziert. Der größte hat eine Ausdehnung von 6,5 mal 9,5 km und ist etwa 80 m dick. Die Gesamtfläche der unzähligen Bruchstücke beläuft sich auf etwa 50 km².

Das Advanced Synthetic Aperture Radar ASAR (zu Deutsch: fortgeschrittenes Radar mit synthetischer Apertur ) genannte System an Bord von Envisat ermöglicht, im Gegensatz zu optischen Sensoren, fotoähnliche zweidimensionale Aufnahmen mit hoher Auflösung bei nahezu allen Witterungs- und Beleuchtungsbedingungen. Besonders für die Beobachtung der Polregionen kommt bevorzugt das ASAR-Instrument zum Einsatz.

Das Erdbeben mit einer Stärke von 9,0 auf der Richterskala löste den Tsunami aus, der sich dann etwa 13.000 km über den Pazifik bis zum Sulzberger Eisschelf ausbreitete, ehe er sich in der Ross-See auflöste. Die Amplitude der Tsunamiwelle betrug zwar lediglich 30 cm, doch war die hierdurch erhöhte Belastung auf das Eis ausreichend, um am Schelfrand neue Eisberge zu kalben.

Der Prozess des Kalbens bezeichnet normalerweise das Abbrechen von Eis an der Kante der Schelfeisplatte, welche auf dem Meer schwimmt und mit einem Gletscher an Land fest verbunden ist. Hierdurch treten Spannungen im Eis auf, welche sich durch das Abbrechen von Eisbergen aufheben. Diese Spannungen können jedoch auch von außen aufgebracht werden, wie im Falle des Tsunamis geschehen.

„Die neuen Entdeckungen in der Antarktis zeigen, dass die Erdbeobachtung essentiell wichtig ist, um die Mechanismen und Effekte im Zusammenhang mit Naturkatastrophen zu verstehen“, so Henri Laur, der ESA-Envisat-Missionsmanager. „Mit weiteren Radarmessungen“, so Henri-Laur weiter, „wird es möglich sein, eine detaillierte Karte Japans zu erstellen, um die durch das Erdbeben ausgelöste Verschiebung der Inselkette zu analysieren.“

Envisat umkreist seit dem 1. März 2002 in einer mittleren Höhe von 767 km mit einer Inklination von 98,5° die Erde und wird voraussichtlich bis 2013 weiterhin seine Instrumente zur Überwachung des Klimas und des Ökosystems auf unseren Planeten richten.

Raumcon:

• Envisat
• Planet Erde ab dem 09. August 2011

Der Beitrag Tsunamis – Kraft über 13.000 km erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

Ungewöhnlich starke Winde hatten die niedrigen Ozonwerte verursacht. Die auch als Polarwirbel bezeichneten Luftströmungen verhindern eine Vermischung der Luftmassen über dem Nordpol mit Luft aus niedrigeren Breiten und sorgen für einen Isolation der Atmosphäre über dem Pol. Dadurch kam es zu sehr tiefen Temperaturen und Bedingungen, wie sie üblicherweise regelmäßig über der Antarktis auf der Südhalbkugel auftreten.

Als die Märzsonne auf die kalte Luft über der Arktis traf, wurden Bor- und Chloratome frei. Bor und Chlor sind Gase, die über Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) in die Atmosphäre eingetragen werden, und in atomarer Form Ozon in normalen molekularen Sauerstoff O₂ umwandeln können. Letzteres geschieht hauptsächlich in der unteren Stratosphäre rund 20 Kilometer über der Erdoberfläche.

Ozon stellt in der Atmosphäre eine Schutzschicht vor einem zu hohen Ultraviolettanteil im Sonnenlicht dar. In rund 25 Kilometern Höhe wirkt Ozon als Filter, der beispielsweise das Risiko von Hautkrebs und Augenschäden deutlich reduziert, und so auch das Leben im Meer begünstigt.

Über der Arktis variieren Temperaturen von Winter zu Winter in einer großen Bandbreite. Im Winter 2010 waren Temperaturen und der Ozongehalt in der Atmosphäre über der Arktis sehr hoch. Besonders niedrige Temperaturen über dem Nordpol waren zum letzten Mal im Winter 1997 gemessen worden.

Wissenschaftler untersuchen jetzt, warum in den Wintern 2011 und 1997 so außergewöhnlich niedrige Temperaturen auftraten. Außerdem versuchen sie herauszufinden, ob diese scheinbar zufällig auftretenden Zustände in einer Beziehung zum weltweiten Klimawandel stehen.

Angesichts des Klimawandels könnte man erwarten, dass die Durchschnittstemperatur in der Stratosphäre sinkt, was zu einer ausgedehnteren Zerlegung von Ozon führen würde. Andererseits gibt es Studien, die auf eine Ausdehnung der Luftmassenumwälzung über der nördlichen Hemisphäre sprechen, wodurch aus den Tropen herangeführtes Ozon die Verluste durch die Ozonzerlegung über der Arktis reduzieren könnte.

Für eine fundierte Prognose, wie sich der Ozongehalt über der Arktis entwickeln wird, werden verbesserte Modelle und zusätzliche Beobachtungsdaten benötigt. Ohne die schon erfassten Daten wäre sie überhaupt nicht möglich. Die Europäische Weltraumagentur (ESA) widmet den erforderlichen Forschungen ein eigenes Projekt.

Die Messungen von Envisats Instrumenten GOMOS, MIPAS und Sciamachy liefern einzigartige Informationen über den Ozongehalt in der Atmosphäre. Weil diese so wichtig für die Bestimmung der einzelnen chemischen und dynamischen Prozesse sind und bei der Beurteilung des Einflusses des Klimawandels auf die Stratosphäre helfen, hofft man, die Instrumente des alternden Satelliten noch möglichst lange betreiben zu können.

Nach dem Bann durch das Protokoll von Montreal, verabschiedet im September 1987 von den Vereinten Nationen, sind die FCKW noch lange nicht aus der Luft verschwunden. Immerhin ist eine Abnahme ihrer Konzentration zu verzeichnen. Trotzdem werden sie in den kommenden Dekaden immer wieder gravierende Ozonverluste verursachen, sinken die Wintertemperaturen nur tief genug ab.

Der Beitrag Envisat: Rekord-Ozonloch über der Arktis erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.

Die Reduzierung von Envisats Flughöhe war beschlossen worden, um knapp gewordenen Treibstoff für künftige Bahnkorrekturen einsparen und die aktive Lebensdauer des Satelliten im Orbit verlängern zu können.

Der Satellit mit einer Startmasse von 8.111 Kilogramm war am 28. Februar 2002 auf einer Ariane-5-Rakete in den Weltraum gelangt. Mit zehn verschiedenen Instrumenten dient er seit dem Abschluss seiner Inbetriebnahme der Sammlung von Daten aus der Erdatmosphäre und von der festen sowie mit Wasser und Eis bedeckten Oberfläche der Erde.

Ursprünglich war von einem fünfjährigen Einsatz des Satelliten im All ausgegangen worden, eine erste Missionsverlängerung sah einen Weiterbetrieb bis 2010 vor. Aufgrund des hervorragenden Allgemeinzustands des Raumfahrzeugs konnte schließlich eine Missionsausdehnung bis 2013 geplant werden, der die Mitgliedsstaaten der Europäischen Raumfahrtagentur (ESA) im Jahre 2009 zustimmten.

Um den Satelliten weitere drei Jahre sicher betreiben zu können, entwarfen Ingenieure von ESAs Forschungs- und Technologiezentrum (ESTEC) im niederländischen Noordwijk eine Strategie, in deren Rahmen Envisat auf einem abgesenkten Orbit weniger Treibstoff verwenden müssen würde, weil es dort nicht nötigt ist, eine sich verändernde Bahnneigung regelmäßig unter Verwendung von Treibstoff zu korrigieren.

Die unter der Projektbezeichnung „Envisat 2010+“ dann tatsächlich durchgeführte Bahnveränderung begann am Morgen des 22. Oktober 2010. In einem ersten Schritt wurde Envisats Orbit von rund 800 Kilometern Höhe über der Erdoberfläche um 10 Kilometer abgesenkt. Dazu wurden zwei jeweils 28 Minuten dauernde Manöver ausgeführt. Am Abend des 26. Oktober 2010 folgten zwei weitere Manöver, nach denen der Satellit auf einer um weitere 7 Kilometer Flughöhe reduzierten Bahn unterwegs war. In jetzt rund 783 Kilometern Höhe hat Envisat seinen neuen Arbeitsorbit gefunden.

Seit dem 27. Oktober 2010 läuft die Reaktivierung der wissenschaftlichen Instrumente an Bord von Envisat, der zwischenzeitlich bereits wieder einen Teil seiner regulären Beobachtungsaufgaben erfüllt. Erste am Boden empfangene Bilder sprechen dafür, dass der Satellit die Bahnabsenkung unbeschadet überstanden hat. Den traditionellen Nutzern der Daten von Envisat soll der Zugriff auf neue Daten ab dem 2. November 2010 wieder möglich sein. Zwischen November und Dezember 2010 wird die Bereitstellung der Daten durch eine kurze Wartungsphase unterbrochen werden, kündigte die ESA an.

Envisat ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 27.386 bzw. als Objekt 2002-009A.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA, Space News.

Zuletzt fand im Januar 2010 ein vom Boden initiiertes Ausweichmanöver statt, um eine Kollision mit der Oberstufe einer chinesischen Trägerrakete zu vermeiden. Nachträglich angestellte Analysen kamen zu dem Schluss, dass die Oberstufe und der Erdbeobachtungssatellit mit einer Masse von über acht Tonnen zusammengestoßen wären, hätte kein Ausweichmanöver stattgefunden. Dieses war kontrolliert vom europäischen Zentrum für Weltraumoperationen (European Space Operations Centre, ESOC) in Darmstadt durchgeführt worden, nachdem die US-amerikanische Weltraumüberwachung die europäische Weltraumagentur (European Space Agency, ESA) vor dem möglichen Zusammenstoß der beiden Himmelskörper gewarnt hatte.

Bis 2013 soll Envisat seine Aufgaben noch erfüllen können. Die ursprünglich auf fünf Jahre angesetzte Mission des Satelliten ist auf elf Jahre ausgedehnt worden. Nach Missionsende wird es voraussichtlich rund 150 Jahre dauern, bis Envisat von seiner fast polaren Umlaufbahn in etwas über 780 Kilometern über der Erdoberfläche bis in die oberen Schichten der Erdatmosphäre abgestiegen ist und beim Wiedereintritt in dieselbe zerstört wird.

Im Rahmen des 38. Kongresses des Komitees für Weltraumforschung (Committee on Space Research, Cospar) im Juli 2010 in Bremen wurde diskutiert, welche Gefahren vom größten jemals ins All gebrachten nichtmilitärischen Erdbeobachtungssatelliten ausgehen würden, wenn dieser seinen Einsatz beendet hat und deaktiviert wurde. Dann nämlich kann Envisat Objekten auf Kollisionskurs nicht mehr ausweichen, und Kollisionen wären möglich, wenn das anfliegende Objekt ebenfalls keine Kapazität für Bahnmanöver mehr besitzt.

Dr. Heiner Klinkrad, Leiter des Space Debris Büros der ESA, hat nach Informationen von Space News die Vermutung geäußert, dass, wäre Envisat mit der chinesischen Raketenoberstufe zusammengestoßen, intensiv genutzte Regionen niedriger Erdumlaufbahnen mit zehnmal mehr Weltraumschrott verschmutzt worden wären, als beim Zusammenstoß eines US-amerikanischen Iridium-Satelliten mit einem inaktiven russischen Raumfahrzeug im Jahr 2009 entstanden ist. Die Kollision am 10. Februar 2009 fand in einer Flughöhe statt, die der von Envisat ähnelt.

Während der vermutlich rund 150 Jahre, die Envisat weiter um die Erde kreisen wird, könnte es mit einer Wahrscheinlichkeit zwischen 15 und 30 Prozent zu einem Zusammenstoß mit einem anderen Stück Weltraumschrott kommen, heißt es in den Space News. Diese Einschätzung basiert auf der derzeitigen Population niedriger Erdumlaufbahnen. Da von einer Zunahme von Objekten auf diesen Bahnen ausgegangen werden muss, ist die berechnete Wahrscheinlichkeit sicher eine zu optimistische.

Nach Schätzungen der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA würde es selbst dann zu einer Zunahme von Objekten in niedrigen Erdumlaufbahnen kommen, wenn die Raumfahrtnationen den Start von Satelliten einstellten. Die Zunahme resultiert aus Kollisionen der Objekte untereinander, und der vergleichsweise geringeren Anzahl von Objekten, die beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre verglühen.

Aufgrund der in Relation zur Gesamtmasse Envisats geringen Menge mitgeführten Treibstoffs wird es nicht möglich sein, den Erdbeobachtungssatelliten nach Beendigung seines Einsatzes gezielt in die Erdatmosphäre eintreten zu lassen. Für die Verringerung von Envisats Flughöhe um einen Kilometer rechnet man mit einem Treibstoffbedarf von rund 2 Kilogramm. 314 Kilogramm Treibstoff für Bahnmanöver und Lageregelung befanden sich beim Start des Satelliten an Bord, von denen noch etwa 80 geschätzte Kilogramm übrig sind. Einen Teil davon will man im Oktober 2010 verwenden, um Envisats Bahn von rund 799,8 Kilometern über der Erde auf 782,4 Kilometer abzusenken. Zwischen 37 und 44 Kilogramm Treibstoff werden danach noch zur Verfügung stehen, wird angenommen. Aus Kostengründen und industriepolitischen Erwägungen war der Satellit mit einem Treibstofftank ausgerüstet worden, wie ihn der französische Erdbeobachtungssatellit Spot 4, der eine um mehr als die Hälfte geringere Masse als Envisat aufweist, besitzt. Als Envisat entworfen wurde, waren entsprechende Regularien zur Beseitigung von Weltraumschrott noch nicht in Kraft.

Eine zusätzliche Schwierigkeit besteht auch darin, dass Envisat aufgrund seiner Masse beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre wahrscheinlich nicht vollständig zerstört würde. Um zu vermeiden, dass größere Bruchstücke auf bewohnte Gebiete fallen, wäre ein Wiedereintritt zu einem bestimmten Zeitpunkt über einem bestimmten Gebiet, zum Beispiel über dem Südpazifik, erforderlich. Laut Jürgen Starke von Astrium Space Transportation, welche für die ESA Verfahren zur Beseitigung von Weltraumschrott untersucht, ist zur Zeit nicht sicher, ob es möglicherweise nicht sinnvoller wäre, die Bahn von Envisat nach dessen Einsatzende auf eine sicherere Flughöhe anzuheben. Die ESA wird sich kurzfristig kaum auf eine der beiden Möglichkeiten festlegen. Beide Varianten erfordern hohen finanziellen Einsatz. Starke schätzt nach Angaben der Space News, dass für eine entsprechende Mission und deren Start Kosten von mehreren hundert Millionen Euro anfallen.

Envisat ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 27386 bzw. als Objekt 2002-009A.

Raumcon:

• Envisat

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Ein Beitrag von Thomas Hofstätter. Quelle: ESA.

Der Loop Current ist eine warme Ozeanströmung, die das Wasser bis tief unter die Meeresoberfläche vermischt. Dabei bewegt sich der Strom sehr schnell und befördert dementsprechend viel Wasser zwischen Kuba, Yucatán und Florida. Am Ende seiner Reise mündet das Wasser in den Golfstrom.

Aufnahmen des 2002 gestarteten Beobachtungssatelliten Envisat der ESA zufolge hat der Ölteppich im Golf von Mexiko jetzt diese Strömung erreicht und vermischt das Öl mit dem Wasser. Die Aufnahmen erfolgten mit dem Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) und zeigen deutlich die Ausbreitung des Öls, die sich zwischen dem 12. und dem 18. Mai rasant verändert hat.

Es wird allgemein angenommen, dass der Strom die Ausbreitung des Öls beschleunigen wird, was ein Aufhalten weiter erschwert. Es wird geschätzt, dass Florida innerhalb von sechs Tagen erreicht wird. Des Weiteren vermischt der Loop Current das Oberflächenwasser mit den darunter befindlichen Wasserschichten. Infolge dessen können Korallenriffe und andere Unterwasser-Lebensräume erheblichen Schaden erleiden.

Envisats ASAR, ERS 2 und andere Satelliten werden das Öl zwar weiterhin beobachten, die Aufgabe wird aber zusehends schwieriger, da sich das Öl immer mehr in untere Wasserschichten verlagert.

Eine weitere Tatsache, die den Forschern Sorge bereitet, ist, dass der Loop Current in den Golfstrom mündet und damit das transportierte Öl auch die Ostküste der USA verseuchen könnte. Wird das Öl bis dahin nicht gestoppt, droht es, sich über einen großen Teil des Atlantiks auszubreiten.

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: NOAA, ESA, eigene Recherche. Vertont von Peter Rittinger.

Patrick Cullis und Marc Weekley haben gerade ein volles Jahr lang in der Antarktis gearbeitet. Nicht immer konnten die Stratosphärenballons starten, wenn etwa gerade ein Sturm mit 130 Kilometern in der Stunde über das South Pole Observatory fegte. Einmal pro Woche starteten die US-Wissenschaftler der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) einen Ballon und vermaßen dabei die vertikale Ausdehnung der Ozonschicht. In diesem Jahr erreichte es am 26. September seine maximale Ausdehnung und war mit 23,8 Millionen Quadratkilometern so groß wie der nordamerikanische Kontinent.

Das Ozonloch entstand durch die Freisetzung sehr stabiler halogenierter Kohlenwasserstoffe (FCKWs). Diese gelangten nach einiger Zeit in die Stratosphäre, die sich aufgrund anderer Temperatur- und Strömungseigenschaften nur wenig mit der unteren Luftschicht, der Troposphäre, austauschen kann. FCKWs können in der Stratosphäre ungestört mit Ozonmolekülen reagieren, was Halogenradikale wie Chlor, Brom oder Fluor freisetzt. Diese sind äußerst reaktionsfreudig und tragen als Katalysatoren zum effektiven Abbau der Ozonschicht bei.

Ganz so schlimm sieht Diego G. Loyala R. vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Lage nicht: „In den letzten 14 Jahren gab es einen schwachen aber positiven Trend.“ Er hatte zusammen mit Kollegen aus ganz Europa Daten verschiedener Umweltsatelliten und bodengestützter Messungen ausgewertet. Viele Observatorien haben ständig ein wachsames Auge auf die Ozonschicht, darunter die ESA-Satelliten ERS-2, Envisat oder der schwedische Odin. Auch Material der US-Instrumente SBUV, SAGE I und SAGE II sowie HALOE kam zum Einsatz. Dabei wurde die Größe des Ozonlochs über die vergangenen 14 Jahre rekonstruiert.

Die Geschichte des Ozonlochs lässt sich in zwei Perioden untergliedern. Von 1979 bis 1997 stieg die Größe des Ozonlochs über der Antarktis um rund sieben Prozent pro Jahrzehnt. Die ungehemmte Freisetzung von FCKWs setzte nicht sofort mit der Ratifizierung des Montreal-Protokolls aus, zudem ist die Atmosphäre ein äußerst träges System. Die Stratosphäre merkt nicht sofort, wenn der Mensch weniger Schadstoffe in die Troposphäre abgibt.

Die zweite Periode begann 1997 und dauert bis heute an. In einem guten Jahrzehnt ging die Größe des Ozonlochs um durchschnittlich 0,8 bis 1,4 Prozent zurück. „Das ist statistisch gesehen nicht viel mehr als ein Nullsummenspiel“, sagte Jo Urban von der schwedischen Chalmer-Universität. „Wir hoffen aber, in den nächsten Jahren mit längerfristiger Datenbasis auch einen deutlicheren Rückgang des Ozonlochs zu sehen.“

Erstmalig sind nun auch Daten für den Anteil von Halogenradikalen in der Stratosphäre verfügbar. François Hendrick vom belgischen Institut für Atmosphärenforschung hat Ergebnisse des Envisat-Instruments SCIAMACHY ausgewertet. Envisat startete 2002 und misst seitdem kontinuierlich die Konzentration von Brommonoxid in der Stratosphäre, einem sehr effektiven Katalysator für Ozonabbaureaktionen.

Hendrick stellte seine Ergebnisse im September auf einer Konferenz zur Atmosphäreforschung in Barcelona vor. „Wir konnten die Messdaten des Satelliten mit Bodenstationen in hohen und mittleren Breiten bestätigen. Wir haben eine verifizierte Brommonoxid-Trendkurve aufgezeichnen können. Das sind die ersten direkten Beweise dafür, dass die Ergebnisse des Montreal-Protokolls nun auch die obere Stratosphäre erreicht haben“, so der Forscher.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.

Der größte überhaupt bisher ins All gebrachte Erdbeobachtungssatellit, Envisat, soll nun bis 2013 weiterbetrieben werden. Ursprünglich sollte die Mission des Satelliten bis 2007 dauern und war bereits bis 2010 verlängert worden. Der europäische Satellit hat seit seinem Start am 1. März 2002 Daten von unschätzbarem Wert geliefert. Der technische Zustand des sich seit sieben Jahren im All befindenden Satelliten erlaubt die Missionsverlängerung ohne weiteres.

Envisat ist eine Kurzform von environmental satellite, es bedeutet schlicht Umweltsatellit. Um die Umweltbedingungen auf der Erde beobachten zu können, ist der Satellit mit einer Startmasse von über acht Tonnen mit zehn verschiedenen Instrumenten ausgestattet, mit welchen Daten aus der Erdatmosphäre, von Land- und Eisflächen sowie den Ozeanen gesammelt werden.

Die Daten, die Envisat liefert, sind gefragt wie nie. Eine große Datenmenge wird den Nutzern über spezielle Dienste sehr kurzfristig zur Verfügung gestellt, man spricht dabei von near real time (NRT) data. Die regelmäßige Nutzung solcher Daten für Anwendungen wie der Beobachtung der Eisbedeckung, von Ölteppichen oder unzulässiger Fischereitätigkeit hat zugenommen.

Wo schnell reagiert werden muss, hat die kurzfristige Zurverfügungstellung von Beobachtungsdaten einen besonderen Wert. Über Today´s Earth check-up auf der ESA-Webseite zum Thema Erdbeobachtung kann man auf NRT-Daten von Envisat hinsichtlich der täglichen Meerestemperaturen, der auf den Landmassen wütenden Feuer, der Intensität der UV-Strahlung und der voraussichtlichen Ozonwerte zugreifen.

Neben der hohen Nachfrage nach aktuellen Erdbeobachtungsdaten spricht auch die Möglichkeit der Durchführung von Langzeitbeobachtungen der Klimaentwicklung sehr deutlich für die Verlängerung von Envisats Mission. Längere Beobachtungszeiträume machen das Erkennen bestimmter Trends und Veränderungen einfacher. Beispielsweise möchte man weitere Daten zur Entwicklung der Treibhausgaskonzentrationen in der Erdatmosphäre, über die Veränderungen der Oberflächentemperaturen der Ozeane, zur Höhe der Meeresspiegel und über die Ausdehnung bzw. das Schrumpfen der Eisflächen auf den Weltmeeren sammeln.

Envisat hat die Forschungen der europäischen Erdbeobachtungssatelliten ERS-1 und ERS-2 fortgesetzt und wird nun vielleicht in der Lage sein, solange weiter Daten zu gewinnen, bis im Rahmen der Initiative GMES (Global Monitoring for Environment and Security) die Instrumente auf den verschiedenen Sentinel-Satelliten die Messungen von Envisats Sensoren ergänzen können.

Envisat ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 27386 bzw. als Objekt 2002-009A.

Raumcon:

• Envisat

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: ESA.

Eine schmale Landbrücke von 900 Meter verband die Antarktis anfang April noch mit Charcot Island (Raumfahrer.net berichtete). Nach dem Zusammenbruch beginnt der nördliche Teil des rund 14.000 Quadratkilometer großen Eisschelfs nun Eisberge ins Südpolarmeer abzugeben. Nach der Ansicht zweier deutscher Wissenschaftler bedeutet dies die sich fortsetzende Destabilisierung des meergebundenen Gletschers.
Am 5. April beobachtete Envisat diesen Kollaps, woraufhin sich rund 330 Quadratkilometer Eis zu entfernen begannen. Die bereits zuvor beobachteten Störungszonen in der Eisfläche begannen sich daraufhin noch zu vergrößern. Am 24. April startete schließlich der Kollaps des nördlichen Schelfs. Etwa 770 Quadratkilometer schwimmen nun als Eisberge in Richtung Ozean. Im Gegensatz zur unter enormem tektonischen Stress stehenden Eisbrücke wird erwartet, dass die aktuelle Abgabe von Eisblöcken mehrere Wochen andauern wird.

„Der Rückzug des Wilkins-Eisschelfs ist der größte dieser Art, der bisher beobachtet wurde. Damit zeigen bereits acht vergleichbare Schelfe entlang der antarktischen Küste ein ähnliches Verhalten. Der Rückzug war überall in den letzten Jahrzehnten zu beobachten. Es gibt kaum Zweifel daran, dass diese Veränderungen mit der Erwärmung der antarktischen Halbinsel zusammenhängen. Hier wurden die höchsten Erwärmungsraten in der gesamten südlichen Hemisphäre gemessen“, erklärte David Vaughan vom Britisch Antarctic Survey. Die antarktische Halbinsel ist der einzige Teil des südlichen Kontinents, für den bisher einwandfrei eine Erwärmung festgestellt werden konnte. Der Großteil der Antarktis dürfte aufgrund ihrer isolierten Lage nur sehr träge auf Klimaschwankungen reagieren.

„Die Veränderungen von Wilkins stellen für uns ein wunderbares natürliches Labor dar, das uns dabei hilft zu verstehen, wie Eisschelfe auf den Klimawandel reagieren. Damit ist eng die Frage verbunden, wie die Zukunft der gesamten Antarktis aussieht“, so Vaughan. „Die Qualität und Frequenz der Aufnahmen von ESA-Satelliten erlaubt es uns, deutlich genauer zu analysieren, wie die Destabilisierung vonstatten geht.“

Der Umweltsatellit der ESA verfolgt die Entwicklung in der Antarktis mit täglichen Aufnahmen, die auch via Webcam abrufbar sind.

Raumcon

• Klimawandel

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Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: DLR.

Mittels des Instruments SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography) an Bord von ENVISAT wurden über drei Jahre Daten gesammelt, aufbereitet und jetzt ausgewertet. Grundlegendes Ergebnis ist, dass über Europas Hauptballungszentrum von Amsterdam bis Frankfurt die höchste CO₂-Konzentration gemessen werden konnte.

Bei der Interpretation der Daten müssen mehrere Aspekte berücksichtigt werden:

• Eine erhöhte lokale Konzentration muss nicht unmittelbar mit lokalen Emissionen korrelieren. CO₂ weist eine hohe Verweildauer in der Atmosphäre auf und kann über weite Strecken transportiert werden. Um auch solche Effekte in die Interpretation mit einzubeziehen, bedarf es aber einer lückenlosen Langzeiterfassung der Daten, was bisher noch nicht möglich war.
• Insgesamt enthält die Atmosphäre schon eine große Menge an CO₂. Lokale Emissionen führen demgegenüber nur zu einer geringen Abweichung und lassen sich teilweise nur schwer aufspüren und statistisch belegen.
• Jahreszeitliche Schwankungen überlagern lokale Effekte.

In Bodennähe konnte seit Jahrzehnten ein Anstieg der CO₂-Konzentration festgestellt werden, überlagert durch große jahreszeitliche Schwankungen. Mit an der Universität Bremen entwickelten speziellen Auswerteverfahren konnten diese Ergebnisse auch mit den Daten des SCIAMACHY-Instruments bestätigt werden. Ziel war ursprünglich die globale Erfassung des CO₂-Gehalts. Durch die Messgenauigkeit des Instruments konnten aus den Daten jetzt aber auch lokale Muster ausgewertet werden.

SCIAMACHY ist bisher das einzige Instrument an Bord eines Satelliten, welches für solche Messungen verwendet wird. Es misst die von Atmosphäre und Oberfläche gestreute Sonneneinstrahlung. Aus den Daten kann auf die Konzentration unterschiedlichster Spurengase in der Atmosphäre geschlossen werden. Seit 2002 wird es an Bord ENVISATs betrieben. Noch bis weit nach 2010 soll der Satellit wichtige Umweltdaten liefern.

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Quelle. DLR.

Von den zehn wissenschaftlichen Instrumenten an Bord stammen zwei aus Deutschland: das Interferometer MIPAS (Michelson Interferometer for passive Atmospheric Spounding) und der Atmosphärensensor SCIAMACHY (Scanning Imaging Spectrometer for Atmospheric Chartography), der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in deutsch-niederländischer Kooperation beigesteuert wurde.

ENVISAT ist eine europäische Erfolgsgeschichte

In seinen ersten fünf Jahren hat der von der Europäischen Weltraumorganisation ESA betriebene Umweltsatellit ENVISAT rund 500 Terabyte an Daten gesammelt. Diese Datenmenge entspricht in etwa einem Turm aus DVDs in der Höhe des Kölner Doms. Die Daten werden zu über 50 verschiedenen Informations-Produkten verarbeitet. Messungen der drei atmosphärischen Sensoren sowie des Radar-Instruments werden dabei unter anderem im Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des DLR in Oberpfaffenhofen ausgewertet. Mehrere Tausend Forscher weltweit befassen sich mit den Daten des Umweltsatelliten. Bislang gab es zu ENVISAT über 1300 Forschungsvorhaben.

Atmosphären-„Spion“ SCIAMACHY überwacht die Atmosphäre

SCIAMACHY vergleicht direktes Sonnenlicht mit dem durch die Atmosphäre geschwächten Sonnenlicht. Die in der Luft enthaltenen Gase hinterlassen im Spektrum charakteristische „Fingerabdrücke“. Das erlaubt den Forschern, genaue Rückschlüsse auf die Konzentration von Luftschadstoffen zu ziehen. Neben Stickstoffdioxid konnten mit SCIAMACHY über ein Dutzend weiterer Spurengase der Erdatmosphäre global vermessen werden. Dies ermöglichte es deutschen Wissenschaftlern, die ersten weltweiten Karten der Treibhausgase Kohlendioxid und Methan zu erstellen.

Rückgang von Luftschadstoffen in den USA nachgewiesen

Ein deutsch-amerikanisches Wissenschaftsteam konnte kürzlich anhand von SCIAMACHY-Daten in einigen Bereichen der USA einen Rückgang des Luftschadstoffs Stickstoffdioxid um bis zu 35 Prozent im Vergleich zu 1999 nachweisen. Stickstoffdioxid reizt die Atemwege, verursacht Sommersmog und Sauren Regen. Hauptquelle sind Verbrennungsvorgänge, zum Beispiel in der Industrie und in Motoren. Grund für die Abnahme der Stickstoffdioxid-Konzentration sind neu installierte Abgas-Kontrollsysteme bei drei großen Kraftwerken. Die Untersuchung der Wissenschaftler zeigt, wie erfolgreich Maßnahmen zur Reinigung von Kraftwerk-Abgasen sein können. In Gebieten der USA, in denen die Luft vor allem durch den Straßenverkehr mit Stickoxiden belastet wird, konnten die Forscher hingegen keine Verbesserungen feststellen.

Regenwälder stoßen Treibhausgas Methan aus

Für eine weitere Überraschung sorgten Daten von SCIAMACHY, die eine ungewöhnlich hohe Konzentration von Methan über den tropischen Regenwäldern zeigten. Alle gängigen Modellrechnungen hatten wesentlich niedrigere Werte vorausgesagt. Methan ist zusammen mit Kohlendioxid eines der wichtigsten Treibhausgase. Bisher waren Wissenschaftler davon ausgegangen, dass sich die Regenwälder rein positiv auf den Anteil der Treibhausgase auswirken, da sie Kohlendioxid speichern. Ursache für die hohe Methankonzentration konnte nur ein bis dahin unbekannter biologischer Vorgang sein, bei dem das Gas durch Regenwaldpflanzen produziert wurde. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg entdeckten den unbekannten Prozess bei Labormessungen.

Auch für die Zukunft ist gesorgt

Im Programm „Lebender Planet“ der ESA sind bereits sechs weitere Wissenschaftssatelliten in Arbeit. Einige Instrumenten-Konzepte von ENVISAT sollen auch im Rahmen des GMES-Programms (Global Monitoring for Environment and Security) realisiert werden. GMES ist eine gemeinsame Initiative der Europäischen Kommission und der Europäischen Weltraumorganisation ESA für Globale Umwelt- und Sicherheitsüberwachung.

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