Quelle: NASA, Goddard Space Flight Center 10. Januar 2025.

10. Januar 2025 – Washington / Greenbelt – Die globalen Temperaturen lagen im Jahr 2024 um 2,30 Grad Fahrenheit (1,28 Grad Celsius) über der Basislinie der Behörde für das 20. Jahrhundert (1951-1980) und übertrafen damit den Rekord aus dem Jahr 2023. Der neue Rekord kommt nach 15 aufeinanderfolgenden Monaten (Juni 2023 bis August 2024) mit monatlichen Temperaturrekorden – eine beispiellose Hitzestrecke.

„Wieder einmal wurde der Temperaturrekord gebrochen – 2024 war das heißeste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1880“, sagte NASA-Administrator Bill Nelson. „Zwischen rekordverdächtigen Temperaturen und Waldbränden, die derzeit unsere Zentren und Arbeitskräfte in Kalifornien bedrohen, war es noch nie so wichtig wie heute, unseren sich verändernden Planeten zu verstehen.“

NASA-Wissenschaftler schätzen weiter, dass die Erde im Jahr 2024 etwa 2,65 Grad Fahrenheit (1,47 Grad Celsius) wärmer war als der Durchschnitt in der Mitte des 19. Jahrhunderts (1850-1900). Mehr als die Hälfte des Jahres 2024 lagen die Durchschnittstemperaturen um mehr als 1,5 Grad Celsius über dem Ausgangswert, und der Jahresdurchschnitt könnte mit mathematischen Unsicherheiten zum ersten Mal diesen Wert überschritten haben.

„Das Pariser Abkommen zum Klimawandel sieht vor, langfristig unter 1,5 Grad Celsius zu bleiben. Zum Vergleich: Während der Warmzeiten auf der Erde vor drei Millionen Jahren – als der Meeresspiegel Dutzende Meter höher lag als heute – waren die Temperaturen nur etwa 3 Grad Celsius wärmer als in der vorindustriellen Zeit“, sagte Gavin Schmidt, Direktor des Goddard Institute for Space Studies (GISS) der NASA in New York. „In nur 150 Jahren sind wir auf halbem Weg zum Wärmegrad des Pliozäns.“

Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass der Erwärmungstrend der letzten Jahrzehnte durch wärmespeicherndes Kohlendioxid, Methan und andere Treibhausgase bedingt ist. In den Jahren 2022 und 2023 werden die Kohlendioxidemissionen aus fossilen Brennstoffen auf der Erde einen Rekordanstieg verzeichnen, so eine aktuelle internationale Analyse. Die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre hat sich von den vorindustriellen Werten im 18. Jahrhundert (etwa 278 Teile pro Million) auf heute etwa 420 Teile pro Million erhöht.

Die NASA und andere Bundesbehörden erheben regelmäßig Daten über Treibhausgaskonzentrationen und -emissionen. Diese Daten stehen im U.S. Greenhouse Gas Center zur Verfügung, einem behördenübergreifenden Projekt, das Informationen aus Beobachtungen und Modellen zusammenführt, mit dem Ziel, Entscheidungsträgern eine zentrale Stelle für Daten und Analysen zu bieten.

Außergewöhnliche Hitzetrends

Die Temperaturen einzelner Jahre können durch natürliche Klimaschwankungen wie El Niño und La Niña beeinflusst werden, die den tropischen Pazifik abwechselnd erwärmen und abkühlen. Der starke El Niño, der im Herbst 2023 einsetzte, trug dazu bei, dass die globalen Temperaturen über die bisherigen Rekordwerte hinaus stiegen.

Die Hitzewelle, die 2023 begann, übertraf laut Schmidt auch 2024 die Erwartungen, obwohl El Niño nachließ. Die Forscher arbeiten daran, die Faktoren zu identifizieren, die dazu beitragen, einschließlich möglicher Klimaauswirkungen des Vulkanausbruchs in Tonga im Januar 2022 und der Verringerung der Umweltverschmutzung, die die Wolkenbedeckung und die Art und Weise, wie die Sonnenenergie in den Weltraum zurückgeworfen wird, verändern kann.

„Nicht jedes Jahr wird Rekorde brechen, aber der langfristige Trend ist eindeutig“, sagte Schmidt. „Wir sehen bereits die Auswirkungen in Form von extremen Regenfällen, Hitzewellen und erhöhtem Überschwemmungsrisiko, die sich weiter verschärfen werden, solange die Emissionen anhalten.

Lokale Veränderungen sichtbar machen

Die NASA stellt ihre Temperaturaufzeichnungen anhand von Daten über die Lufttemperatur an der Oberfläche zusammen, die von Zehntausenden von Wetterstationen gesammelt wurden, sowie anhand von Daten über die Temperatur der Meeresoberfläche, die von schiffs- und bojengestützten Instrumenten erfasst wurden. Diese Daten werden mit Methoden analysiert, die die unterschiedlichen Abstände zwischen den Temperaturstationen rund um den Globus und die Auswirkungen der städtischen Erwärmung, die die Berechnungen verfälschen könnten, berücksichtigen.

Eine neue Bewertung, die Anfang dieses Jahres von Wissenschaftlern der Colorado School of Mines, der National Science Foundation, der National Atmospheric and Oceanic Administration (NOAA) und der NASA veröffentlicht wurde, stärkt das Vertrauen in die globalen und regionalen Temperaturdaten der Behörde weiter.

„Wenn sich das Klima verändert, sieht man das zuerst im globalen Mittel, dann auf der kontinentalen und dann auf der regionalen Skala. Jetzt sehen wir es auf der lokalen Ebene“, sagte Schmidt. „Die Veränderungen, die sich in den täglichen Wettererfahrungen der Menschen zeigen, sind überdeutlich geworden.

Unabhängige Analysen von NOAA, Berkeley Earth, dem Hadley Centre (Teil des britischen Wetterdienstes Met Office) und Copernicus Climate Services in Europa sind ebenfalls zu dem Schluss gekommen, dass die globalen Oberflächentemperaturen für 2024 die höchsten seit Beginn der modernen Aufzeichnungen sind. Diese Wissenschaftler verwenden in ihren Analysen größtenteils dieselben Temperaturdaten, setzen aber unterschiedliche Methoden und Modelle ein. Beide zeigen denselben anhaltenden Erwärmungstrend.

Der vollständige Datensatz der NASA zu den globalen Oberflächentemperaturen sowie Einzelheiten darüber, wie die NASA-Wissenschaftler die Analyse durchgeführt haben, sind beim GISS, einem NASA-Labor, das vom Goddard Space Flight Center der Behörde in Greenbelt, Maryland, geleitet wird, öffentlich zugänglich.

Weitere Informationen über die geowissenschaftlichen Programme der NASA finden Sie hier:

https://science.nasa.gov/earth/

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

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• Klimawandel

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Quelle: EUMETSAT 27. Juni 2024.

27. Juni 2024 – EUMETSAT hat bereits bilaterale Abkommen mit vielen der wichtigsten Wetter- und Klimadienste in der ganzen Welt geschlossen. Heute erneuerte und festigte die Organisation ihre Beziehungen zu zwei historischen Partnern: den USA und Kanada.

Aufbauend auf einer bestehenden Vereinbarung aus dem Jahr 2008 mit der US-amerikanischen Nationalen Ozean- und Atmosphärenbehörde (NOAA) hat der EUMETSAT-Rat ein neues Abkommen genehmigt, das die neue Datenpolitik der EUMETSAT widerspiegelt und einen freien und uneingeschränkten Zugang zu den Daten und Produkten der dritten Generation von Meteosat ermöglicht.

Ein weiteres Abkommen über die wissenschaftliche Zusammenarbeit mit dem Nationalen Forschungsrat Kanadas (NRCC) wurde ebenfalls genehmigt. Damit soll ein formeller Rahmen geschaffen werden, um wissenschaftliche Kooperationen zu ermöglichen, die für die EUMETSAT und den NRCC von gegenseitigem Interesse sind.

Innerhalb Europas verstärkt die EUMETSAT ihre Zusammenarbeit mit Partnern, die auch an der operativen Seite des Erdbeobachtungsprogramms Copernicus der Europäischen Union beteiligt sind, um Nutzern und Nutzerinnen einen zeitnahen und effizienten Datenzugang zu gewährleisten.

Zu diesem Zweck haben sich EUMETSAT und Mercator Ocean International (MOi) auf eine Aufteilung der Zuständigkeit für die Bereitstellung hochwertiger Altimetrieprodukte aus mehreren Altimetriemissionen, einschließlich Copernicus, geeinigt.

Außerdem verlängerten EUMETSAT und das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) ihre Vereinbarung über die Bereitstellung von neu aufbereiteten Satellitendatensätzen zur Unterstützung des Copernicus-Klimawandeldienstes (C3S).

„Wetter und Klima haben einen enormen Einfluss auf die Gesellschaft. Es handelt sich um globale Probleme, die auch globales Handeln erfordern. Die heute genehmigten Vereinbarungen unterstreichen die Bedeutung, die EUMETSAT der Förderung der Zusammenarbeit mit europäischen Partnern und anderen Agenturen in der ganzen Welt für den Austausch von Daten, wissenschaftlichem Fachwissen und mehr beimisst“, sagte Phil Evans, Generaldirektor von EUMETSAT, und fuhr fort:

„Sie werden dazu beitragen, dass die Bevölkerung weltweit den größtmöglichen Nutzen aus dem Zugang zu Satellitendaten und wichtigem wissenschaftlichen Fachwissen ziehen kann.“

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• EUMETSAT

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 14. Mai 2024.

14. Mai 2024 – Es ist dunkel geworden, auf einem Campingplatz in der Fränkischen Schweiz herrscht unter sternklarem Himmel reger Abspühlbetrieb, entfernt gerät ein Gaskocher ins Straucheln. Auf den Wiesen, umgeben von sanften Hügeln und schroffen Felsen, tummeln sich hunderte beleuchtete Zelte. Dieses Farbenmeer ist man im Trubachtal bereits gewohnt, denn hier liegt das Basecamp der fränkischen Sportkletterei. Die Atmosphäre nimmt auf einem Mal eine Wendung, inmitten eines aufgeregten Stimmgewirrs stehen Menschen instinktiv auf und scannen die Umgebung, andere deuten entschlossen in den Himmel. Über den bewaldeten Hügeln im Norden ist ein rötliches Wabern zu erkennen, als glühe der Himmel, nicht wenige vermuten einen Waldbrand. Von einer kleinen Gruppe am Rande ertönt ein tiefes Raunen, sie haben eine Spiegelreflexkamera auf den Himmel gerichtet und ein pink-rotes Farbenmeer mit vielen Nuancen und Farbverläufen eingefangen, das sich in senkrechten Streifen über den gesamten nördlichen Horizont zieht.

Ein geomagnetischer Sturm höchster Stufe
Das Maximum eines geomagnetischen Sturms der höchsten Stufe G5 ereignete sich am Samstag, den 11. Mai 2024. Das Space Weather Prediction Center der National Oceanic and Atmospheric Administration veröffentlichte um 13:28 Uhr Mitteleuropäischer Zeit eine Eilmeldung zu diesem außergewöhnlichen Ereignis. Hervorgerufen durch eine Serie von Massenausbrüchen auf der Sonne haben sich Pakete geladener Teilchen schon wenige Tage zuvor auf den Weg zur Erde gemacht und trafen am 11. Mai mit voller Wucht deren Magnetosphäre. Die Folge waren Polarlichter, die sogar in Süddeutschland mit bloßem Auge zu sehen waren. Energieversorger hatten alle Hände voll zu tun, um das Stromnetz stabil zu halten, und auch die Starlink-Flotte war dem Ereignis fast schutzlos ausgeliefert.

„Es braucht einen wirklich starken Sonnensturm, damit man auch in Süddeutschland Polarlichter sieht.“
Ist die Sonne besonders aktiv, bläst sie geladene Teilchen in heftigen Schüben ins All, teils auch in Richtung der Erde. Das Erdmagnetfeld wirkt wie ein Schutzschild gegen dieses Bombardement, denn Magnetfelder beeinflussen nach den Gesetzen der Elektrodynamik die Bewegung solcher Teilchen. Genauer: Das Erdmagnetfeld fängt die Teilchen ein und wird durch den Druck des Ladungsstroms auch mal ordentlich gequetscht. An den Polen führen die Feldlinien des bipolaren Magnetfeldes das Teilchenplasma in tiefe Atmosphärenschichten. Trifft es dort auf Sauerstoffmoleküle, regt es diese ab einer Entfernung von etwa 100 Kilometern über dem Erdboden zum Leuchten an, meist in der vom menschlichen Auge gut wahrnehmbaren grünlichen Farbe. „In niedrigeren geographischen Breiten schützt das Erdmagnetfeld stärker“, sagt Sami Solanki. Er ist Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und leitet die Abteilung Physik der Sonne und der Heliosphäre. „Es braucht schon einen wirklich starken Sonnensturm, damit man auch in Süddeutschland Polarlichter sieht.“ Südlich des Nordpols gelangen die geladenen Teilchen nur bis in die oberen Schichten der Atmosphäre, mehr als 300 Kilometer über dem Grund. Dort ist die Sauerstoffdichte geringer, weshalb der angeregte Sauerstoff nicht grünlich, sondern rötlich leuchtet. Trifft ein extremer geomagnetischer Sturm wie am 11. Mai 2024 auf die Erde, mischen sich grüne und rote Aurorae zu einem Farbspektakel mit vielen Abstufungen, darunter auch Pink.

„Dass uns etwas treffen wird, war abzusehen. Dass es so heftig sein würde, konnte man nicht genau vorhergesagen“, sagt Sami Solanki. Zahlreiche Observatorien beobachten die Sonne und ihre Aktivität pausenlos. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) etwa betreibt mit dem Space Weather Service Network eine Wettervorhersage für das Sonnensystem. Wenn sich auf der Sonne etwas zusammenbraut, sieht man das auf Fotos der Sonnenoberfläche. Wer die Sonnenoberfläche mit einem speziellen Sonnenteleskop beobachtet (bitte nie ohne fachkundige Anleitung auf die Sonne schauen), hat im Schnitt alle elf Jahre gute Chancen, vermehrt Sonnenflecken zu entdecken. „Je mehr Sonnenflecken sich tummeln und je komplexer die Region aufgebaut ist, desto aktiver ist sie“, sagt Solanki.

Peitschenhiebe in Richtung Erde
Spezielle Instrumente sehen noch mehr: Über den Sonnenflecken strömt hell leuchtendes Plasma aus, macht einen weiten Bogen und verschwindet in der Nähe wieder in der Sonne. Hinter den Schleifen und Bögen verbirgt sich das Magnetfeld der Sonne. Auch hier gilt: Das Plasma der Sonne, also Protonen, Elektronen und andere elektrisch geladene Atome, bewegt sich vornehmlich entlang der Magnetfelder. „Es ist, als wäre das Magnetfeld im Plasma der Sonne eingefroren“, sagt Sami Solanki. Das Magnetfeld der Sonne spielt eine Schlüsselrolle bei der Entstehung der Polarlichter: „Es ist viel komplexer und dynamischer als das Magnetfeld der Erde.“ Die Sonne rotiert und mit ihr das Plasma in ihrem Inneren, als hätte man ein Goldfischglas einmal kräftig umgerührt. Die Magnetfelder, die so entstehen, wickeln sich durch die Rotation des Plasmaballs regelrecht auf – ein Wirrwarr an Feldlinien, die sich vor allem über Sonnenflecken auch mal kreuzen. Dabei kommt es auch zu magnetischen Kurzschlüssen, die einen Schwall geladener und magnetisierter Teilchen ins All schleudern. Die magnetischen Pakete, die hier buchstäblich geschnürt wurden, erreichen Geschwindigkeiten von Hunderten bis Tausenden Kilometern pro Sekunde, das sind mehrere Millionen Kilometer pro Stunde. Solche Auswürfe nennt man auch Coronal Mass Ejections, sie erreichen die Erde je nach Geschwindigkeit innerhalb eines Tages oder weniger Tage. „Das macht eine genaue Vorhersage schwer“, so Solanki. Unklar ist auch, wie viele Teilchen ein Ausbruch tatsächlich mit sich bringt.

Letzte Gewissheit liefern den Weltraum-Wetterdiensten Satelliten, die sich ständig auf der Achse zwischen Erde und Sonne aufhalten. Sie vermessen den Sonnenwind im Detail. Vom Zeitpunkt der Messung an dauert es 15 bis 60 Minuten bis der magnetische Teilchensturm auf die Erdatmosphäre peitscht. Daher gibt es Vorhersagen für Polarlichter meist nur etwa 30 Minuten im Voraus. Ein Richtwert für einen nahenden Weltraum-Sturm ist auch der sogenannte Kp-Index. Je höher dieser Wert, desto stärker ist das Erdmagnetfeld gestört und desto höher ist auch die Wahrscheinlichkeit für Polarlichter. Schon am 10. Mai 2024 beobachtete das Space Weather Network der ESA, wie der Kp-Wert steil nach oben schoss. Überraschend war, dass der Kp-Index Werte von 7 und mehr erreichte und dass das Bombardement zwei bis drei Tage anhielt. Grund dafür war eine höchst aktive Region auf der Sonne, die wenige Tage zuvor eine ganze Serie von Auswürfen in Richtung Erde abgestoßen hat. Dass diese im Erdmagnetfeld gar einen geomagnetischen Sturm der Klasse G5 auslösten, könnte daran gelegen haben, dass sie nicht wie so oft nacheinander eintrafen, sondern nach einer wahren Aufholjagd fast gleichzeitig und mit geballter Wucht ins Ziel rauschten.

Werden wir weiterhin Polarlichter sehen?
Ob man Polarlichter zu Gesicht bekommt oder nicht, hängt von vielen Faktoren ab und ist – wie so oft in der Natur – ein Spiel der Wahrscheinlichkeiten. „Trifft ein Teilchenstrom die Erde am Vormittag, ist es eher unwahrscheinlich, Nachts noch etwas zu sehen“, so Solanki. Auch hänge das atmosphärische Leuchtphänomen stark davon ab, wie das mitgeführte Magnetfeld des Sonnenwinds zu dem der Erde ausgerichtet ist. Eine aktive Sonne sei übrigens keine Garantie für eine Aurora Borealis, so Solanki. „Im Gegenteil: Es kann auch bei niedriger Sonnenaktivität einen starken Ausbruch geben. Es ist also schwer abzusehen, ob und wie stark die Erde in den nächsten Wochen oder Monaten getroffen werden wird und ob Polarlichter in Deutschland nochmal zu sehen sein werden.“ Die Aktivität der Sonne folgt im Durchschnitt einem 11-Jahres Zyklus. Dieser ist aber alles andere als in Stein gemeißelt, in Wahrheit folgt alle 9 bis 13 Jahre ein Maximum auf das nächste. So könnte das Aktivitätsmaximum mit dem geomagnetischen Sturm Mitte Mai bereits überschritten worden sein oder noch folgen. Ein gelegentlicher Blick auf die Vorhersageportale lohnt sich: Das sogenannte Polarlichtoval zeigt an, wo man bei einer sternklaren Nacht Glück haben könnte. Und manchmal zieht sich die Wahrscheinlichkeitsverteilung vom Polarkreis bis weit nach Süden. „Deutschland erstreckt sich Hunderte Kilometer von Nord nach Süd, insofern hat man an der Nordsee häufiger Glück als in Bayern“, sagt Sami Solanki.

Nah am Blackout vorbeigeschrammt
Polarlichter sind ein Schauspiel mit Gänsehautgarantie, keine Frage. Sie machen aber auch eine Bedrohung sichtbar, die schnell verheerende Auswirkungen auf unseren Alltag haben kann. Eine Studie der Europäischen Weltraumorganisation beziffert den sozioökonomischen Schaden, den ein einzelnes, fatales Weltraumwetterereignis in Europa anrichten kann, auf rund 15 Milliarden Euro. Als die Erde zuletzt 2003 von einem derart extremen Sonnensturm getroffen wurde, brachen in Schweden Teile des Stromnetzes zusammen. Nach den gleichen Regeln der Elektrodynamik, nach denen das Erdmagnetfeld durcheinander gerät, wenn eine Ladungswolke von der Sonne darüber hereinbricht, kann das sich verändernde Magnetfeld wiederum den Elektronen in Stromtrassen auf der Erde zusätzlichen Schwung verleihen. Solche induzierten Stromspitzen sind in der Lage, Transformatoren zu beschädigen und ein Stromnetz lahmzulegen. Dieser Effekt steht in keinem Verhältnis zu und ist viel stärker als gelegentliche Unregelmäßigkeiten in der Stromversorgung durch erneuerbare Energien.

Auch Satelliten geraten bei einem solchen Ereignis unter Stress. Neben der empfindlichen Technik an Bord, die durch beschleunigte Sonnenteilchen beschädigt werden kann, heizen Sonnenstürme die Erdatmosphäre auf, die sich dadurch nach oben ausdehnt. Ein Satellit in einer niedrigen Umlaufbahn wird dann durch die erhöhte Reibung mit den Luftteilchen regelrecht ausgebremst. Ein schwächerer Sonnensturm brachte auf diese Weise im Jahr 2022 gleich 44 Starlink-Satelliten zum Absturz. Während die Starlink-Flotte den Sturm am 11. Mai 2024 unbeschadet überstand, brachte der Teilchenwind auch die Ionosphäre durcheinander, die die kurzwelligen Funksignale zwischen GPS-Satelliten und Empfänger durchqueren müssen. Dies führte bisweilen zu Ungenauigkeiten bei der GPS-Ortung. Dass der außergewöhnlich starke Sturm der Sonne so wenig Schaden angerichtet hat, liegt zum einen daran, dass Energieversorger Stromnetze zunehmend resilient gestalten, zum anderen an der Qualität der Vorhersagen. Diese helfen also nicht nur denjenigen, die Polarlichter sehen wollen, sondern dienen auch der allgemeinen Sicherheit.

Während des nächtlichen Treibens auf dem Zeltplatz in der Fränkischen Schweiz machen inzwischen Posts in den sozialen Medien die Runde, die versichern, dass das Leuchten auch in weit entfernten Städten zu sehen ist. Die Option eines herannahenden Waldbrandes ist also vom Tisch. Lediglich die Navigation zum Kletterfelsen per GPS wird sich am nächsten Morgen noch als schwierig erweisen. Was bleibt, ist eine seltene Gelegenheit zum kollektiven Staunen und Wundern. Das Gemurmel wird sich noch bis tief in die Nacht ziehen. Die einen werden erzählen, wie sie selbst einmal Polarlichter im hohen Norden bestaunt haben, die anderen freuen sich wie die Kinder und mit den Kindern, die einmal länger wach bleiben dürfen.

Hintergrundinformationen und FAQ
Was ist der Unterschied zwischen einem geomagnetischen Sturm und einem Strahlungssturm?
Bei einem Strahlungssturm werden geladene Teilchen, also Elektronen oder Protonen, auf besonders hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Die Ursache dafür sind magnetische Ausbrüche auf der Sonne, die auch Massenauswürfe zur Folge haben. Strahlungsstürme werden von der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in S-Klassen eingeordnet (S1 bis S5).

Ein geomagnetischen Sturm führt ebenfalls geladene Teilchen mit sich, diese sind in einem massiven Plasmapaket magnetisch eingeschlossen, welches das Erdmagnetfeld beim Auftreffen stört. Diese Art der Stürme sind die Folge von Coronalen Massenauswürfen der Sonne und werden von der NOAA in G-Klassen eingeordnet (G1 bis G5).

Wie schützen sich Astronautinnen und Astronauten vor Sonnenstürmen?
Stark beschleunigte Teilchen sind eine besondere Gefahr für Astronautinnen und Astronauten, die sich jenseits des schützenden Erdmagnetfelds aufhalten. Diese Teilchen dringen tief in menschliches Gewebe ein und können etwa die DNA schädigen. Laut der NASA bestand beim Sonnensturm vom Mai 2024 keine direkte Gefahr für die Crew der Internationalen Raumstation. Hier handelte es sich um einen extremen geomagnetischen Sturm aber nur um einen moderaten Strahlungssturm der Klasse S1-S2. Im Extremfall gibt es speziell abgeschirmte Bereiche auf der Raumstation, die einen gewissen Schutz bieten. Strahlungsausbrüche der Sonne sind auch eine große Herausforderung für zukünftige bewohnte Stationen auf dem Mond oder dem Mars. Es gibt Vorschläge, wonach langfristig bewohnte Siedlungen etwa unter der Marsoberfläche Schutz finden könnten.

Wie verändert sich die Sonnenaktivität?
Die Sonne verändert ihre Aktivität durchschnittlich in einem 11-Jahres Zyklus. Auf ein Maximum folgt in 9 bis 13 Jahren ein weiteres Maximum. Ein Maß für eine erhöhte Sonnenaktivität sind dabei die Sonnenflecken: Zählt man sie und trägt die Anzahl über die Zeit auf, ergibt sich ein ganz ähnlicher, zyklischer Verlauf wie bei der Strahlungsintensität der Sonne.

Was ist die Ursache für den 11-Jahres Zyklus?
Der Zyklus hat direkt etwas mit dem sich ständig verändernden Magnetfeld der Sonne zu tun. Dieses hat, ähnlich wie die Erde, eine dipolartige Struktur und entsteht durch die Ströme des heißen Plasmas, die im Inneren der Sonne auf und absteigen und sich wie ein Dynamo mit der Rotation der Sonne im Kreis drehen. Alle 9 bis 13 Jahre polt sich dieses Feld vollständig um.

Warum sich das Magnetfeld umpolt, ist nicht abschließend geklärt. Plausibel aber erscheint dieses Szenario: Die geladenen Teilchen im Sonnenplasma und das Magnetfeld der Sonne können sich nicht gegeneinander bewegen. „Das Plasma ist im Magnetfeld eingefroren“, so beschreibt es Sami Solanki. Die Sonne ist kein starrer Körper, sondern ein Gasball, der durch seine eigene Schwerkraft zusammenhält. Hier rotiert der Äquator schneller um die Sonnenachse als die Polregionen. „Diese differentielle Rotation führt dazu, dass sich das ursprünglich dipolartige Magnetfeld aufgewickelt“, so Solanki weiter. Das Magnetfeld der Sonne verwandelt sich so in fünf bis sechs Jahren von einem Dipol in ein sogenanntes toroidal-dominiertes Magnetfeld. Beim weiteren Umschwenken hin zu einem Dipolfeld umgekehrter Polarität, könnte laut Solanki die Corioliskraft eine Rolle spielen.

Das Aktivitätsmaximum der Sonne fällt genau in den Zeitraum, in dem sich ihr Magnetfeld aufwickelt. Diese Umbruchphase ist gezeichnet durch turbulente Feldkomponenten und sich dynamisch überlagernde Feldlinien. Wenn sich diese einschnüren, entstehen magnetische Kurzschlüsse. Dabei wird so viel Energie freigesetzt, dass das Plasma mit samt des abgeschnürten Magnetfelds ins Weltall spratzt.

Verändert sich auch die Wärmeeinstrahlung der Sonne?
Ohne das wärmende Licht der Sonne, wäre es auf der Erde mit etwa -19 Grad Celsius sehr kalt. Der natürliche Treibhauseffekt speichert dabei insbesondere den wärmenden Infrarotanteil des Sonnenspektrums unter der Glocke der Atmosphäre. Der von der Internationalen Astronomischen Union festgelegte Richtwert für die pro Quadratmeter eingebrachte Sonnenleistung beträgt aktuell 1361 Watt pro Quadratmeter. Auch dieser Wert unterliegt dem 11-Jahres-Zyklus. Er schwankt aber nur um etwa ein Watt pro Quadratmeter zwischen maximaler und minimaler Sonnenaktivität. Unter dem Strich heizt sich die Erde dadurch weder dauerhaft auf noch kühlt sie sich dauerhaft ab.

Dem gegenüber steht der menschengemachte Treibhauseffekt, hervorgerufen etwa durch CO₂ oder Methan (CH₄). Alle menschengemachten Treibhausgase zusammen heizen die Erde um ganze drei Watt pro Quadratmeter auf. Und da die Treibhausgase nicht rückläufig sind (im Gegenteil), bedeutet das eine kontinuierliche Aufheizung. Die 11-Jahres Schwankung der Sonnenaktivität spielt bei der Klimaerwärmung also keine Rolle. Bemerkenswert ist die kurze Zeitskala innerhalb der die Energiebilanz der Erde durch den Menschen verändert wurde.

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• Himmelsschauspiel

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Quelle: TROPOS 20. Dezember 2022.

20. Dezember 2022 – Künftige Windsatelliten sollten die vertikale Auflösung erhöhen, um besser die Schwerewellen in den Tropen zu berücksichtigen, schreibt das Team aus Forschenden des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS), der Europäischen Weltraumagentur (ESA), des Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF), der Universität Hamburg und des Google-Unternehmens Loon. Die Studie ist jetzt im Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society erschienen.

Die Qualität von Numerischen Wettermodellen und damit der Wettervorhersage hängt stark von den zur Verfügung stehenden Daten ab. In den letzten Jahrzehnten wurde deshalb ein globales Beobachtungssystem aufgebaut, das auch Windprofile durch Wetterballons, Flugzeugdaten oder Windprofiler-Radarsysteme enthält. Diese Daten stammen jedoch größtenteils aus der dicht besiedelten Nordhemisphäre. In der Südhemisphäre, über den Ozeanen und vor allem in den Tropen ist das Messnetz dagegen immer noch deutlich dünner.

Ein großer Schritt hin zu flächendeckenden Winddaten war deshalb der Start des ersten Wind-Satelliten Aeolus der Europäischen Weltraumagentur (ESA) am 22. August 2018. Dieser neuartige Satellit hat mit dem Atmospheric Laser Doppler Instrument (ALADIN) einen starken Laser an Bord. ALADIN ist das erste Doppler-Wind-Lidar im Weltraum, das Profile der horizontalen Windgeschwindigkeit von der Erdoberfläche oder vom Oberrand dicker Wolken bis zu einer Höhe von etwa 30 km auf globaler Ebene liefert. Dazu sendet der Satellit beim Umlauf um die Erde kurze ultraviolette Laserimpulse aus. Ein kleiner Teil dieser Lichtpulse wird von Luftmolekülen, Aerosolen und Wolken zurück zum Satelliten gestreut und dort im Detektor gesammelt und verarbeitet. Für eine Umrundung der Erde benötigt Aeolus 90 Minuten, innerhalb einer Woche erfasst der Satellit so Winddaten um die ganze Erde. Diese Daten werden von Wettervorhersagezentren aus der ganzen Welt assimiliert, um ihre Vorhersagen zu verbessern. Da es bisher keine vergleichbaren Satellitenmissionen gab, werden die Daten besonders kritisch überprüft und mit anderen Windmessungen verglichen.

Eine jetzt veröffentlichte Studie nutzte zum Vergleich Daten von 229 Stratosphärenballons des Loon-Projekts zwischen Juli 2019 und Dezember 2020 aus dem tropischen Lateinamerika, Atlantischem Ozean, Afrika und Indischem Ozean. Loon war ein kommerzielles Projekt, das abgelegene Regionen mit einem Internetzugang über Heliumballons in der Stratosphäre versorgt hatte. Die Ballons mit einem Durchmesser von etwa 12 Metern fungierten dabei als schwebende Mobilfunkstation in Höhen von 16 bis 20 Kilometern über dem Erdboden. Damit das Netz funktioniert, mussten sie die Windrichtung durch Ändern der Höhe automatisch korrigieren. Dadurch entstand ein umfangreicher Datensatz zu den Windgeschwindigkeiten in diesen Atmosphärenschichten, welcher einen Teil der Lücke an Winddaten in dieser Höhe im globalen Beobachtungssystem schließt. Das Loon-Projekt wurde 2021 aus wirtschaftlichen Gründen eingestellt, für die Atmosphärenforschung jedoch bleibt ein höchst interessanter Datensatz zurück.

„Unsere Analyse bestätigt, dass der Satellit Aeolus in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre nahezu fehlerfreie Windmessungen liefert. Das aktuelle Wettermodell des ECWMF unterschätzt dagegen die Windgeschwindigkeit dort systematisch um ca. 1 Meter pro Sekunde, was durch die Daten von Aeolus und Loon nachgewiesen werden konnte. Diese Ergebnisse sind wichtig, um dynamische Prozesse in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre besser zu verstehen und um die Wettermodelle weiter zu verbessern“, unterstreicht Dr. Sebastian Bley vom TROPOS, der für die Studie bei der ESA im italienischen Frascati gearbeitet hat. Eine weitere Empfehlung der Forschenden ist es, mehr vertikale Messungen durchzuführen, um mehr Windinformationen in den atmosphärischen Schichten liefern zu können. Das könnte die Genauigkeit kommender Windsatelliten weiter verbessern. Neben der Windgeschwindigkeit liefert Aeolus auch Informationen über Aerosole und Wolken, allerdings nur über einen Teil des zurückgestreuten Lichts. „Wir hoffen, dass von künftigen Windmissionen auch die Depolarisation gemessen werden kann, also die Drehung des Lichts bei Reflexion. Das wäre ein Meilenstein, weil der Satellit dann auch mehr Informationen über Aerosole liefern könnte“, erklärt Bley.

Aeolus wurde als Explorer-Mission mit einer erwarteten Lebenszeit von 3 Jahren entwickelt, um die Technologie eines Doppler-Wind-Lidars im All zu testen. Die Erwartungen wurden jedoch übertroffen, Aeolus liefert nun seit bereits über 4 Jahren wertvolle Daten. Die Winddaten werden inzwischen in den Wettervorhersagen von mehreren Wetterdiensten in ganz Europa wie z.B. dem Deutschen Wetterdienst (DWD) genutzt und konnten durch ihren positiven Einfluss auf die Wettervorhersagequalität überzeugen. Das weitere Vorgehen für die Nachfolgemission Aeolus-2 wurde kürzlich auf der ESA-Ministerkonferenz beschlossen und wird von ESA und EUMETSAT gemeinsam entwickelt.

Im September hatten Forschende aus den USA probehalber Aeolus-Daten in das Hurrikane-Modell (HWRF) der US-Wetter- und Ozeanografiebehörde NOAA integriert, um tropische Stürme besser vorherzusagen. Ihr Fazit: Die Nutzung von Aeolus-Winddaten sei dort am wirksamsten, wo es keine Aufklärungsflüge in die Hurrikane gibt und könnte deshalb die größten positiven Auswirkungen auf die Vorhersage tropischer Wirbelstürme im Pazifik und im Indischen Ozean haben.

Mit diesen beiden neuen Studien aus den Tropen steigen die Chancen, dass Aeolus-Daten auch außerhalb von Europa genutzt werden und eine Nachfolgemission die Wettervorhersagen verbessern könnte.

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• ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission – ESA Earth Explorer) auf VEGA

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 25. November 2022.

25. November 2022 – Mit Hilfe von Messdaten der amerikanischen Wettersatelliten GOES hat ein Forscherteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) einen wichtigen Schritt getan, der Sonne eines ihrer hartnäckigsten Geheimnisse zu entlocken: Wie gelingt es unserem Stern, den Sonnenwind ins All zu schleudern? Die Messdaten erlauben einen einzigartigen Blick auf eine Schlüsselregion in der Sonnenkorona, zu der Forschende bisher kaum Zugang hatten. Dort hat das Team erstmals ein dynamisches Netz langgezogener, verwobener Plasmastrukturen sichtbar gemacht. Zusammen mit Daten anderer Raumsonden und umfangreichen Computersimulationen zeigt sich ein klares Bild: Dort, wo die langen Fäden des koronalen Netzes wechselwirken, entlädt sich magnetische Energie – und Teilchen entweichen ins All. Das Team, zu dem auch Forscher des Southwest Research Institute (Boulder, USA), der Predictive Science Inc. (San Diego, USA) und dem Goddard Space Flight Center der NASA (Greenbelt, USA) gehören, berichtet von seinen Ergebnissen in der heutigen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Astronomy.

Die Wettersatelliten GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites) der Wetter- und Ozeanographiebehörde (NOAA) der USA haben traditionell anderes als die Sonne im Sinn. Seit 1974 kreist das Satellitensystem in einer Höhe von etwa 36.000 Kilometern um unseren Planeten und liefert ununterbrochen erdbezogene Daten etwa zur Wetter- und Sturmvorhersage. Im Laufe der Jahre wurde die ursprüngliche Konfiguration um neuere Satelliten erweitert. Die drei jüngsten Mitglieder der Satellitenfamilie, die derzeit in Betrieb sind, sind zusätzlich mit Instrumenten ausgestattet, die zur Vorhersage des Weltraumwetters auf die Sonne schauen. Sie können die ultraviolette Strahlung aus der Korona unseres Sterns abbilden.

Eine besondere Messkampagne fand im August und September 2018 statt. Ihr Ziel war es, die ausgedehnte Sonnenkorona abzubilden. Mehr als einen Monat lang schaute das GOES-Sonneninstrument Solar Ultraviolet Imager (SUVI) nicht nur so wie sonst direkt auf die Sonne, sondern fing auch Aufnahmen ein, die seitlich versetzt waren. „Wir hatten die seltene Gelegenheit, das Instrument auf ungewöhnliche Weise einzusetzen und so eine Region zu beobachten, die noch nicht wirklich erforscht wurde“, sagt Dr. Dan Seaton vom Southwest Research Institute, der während der Beobachtungskampagne als leitender Wissenschaftler für SUVI tätig war. „Wir wussten nicht einmal, ob es funktionieren würde, aber wir wussten, dass wir wichtige Entdeckungen machen würden, wenn es funktioniert.

Durch Zusammensetzen der Bilder aus den verschiedenen Blickwinkeln ließ sich das Sichtfeld des Instrumentes deutlich vergrößern und so erstmals die komplette mittlere Korona, eine Schicht der Sonnenatmosphäre, die 350.000 Kilometer (also etwa einen halben Sonnenradius) oberhalb der sichtbaren Sonnenoberfläche beginnt, im ultravioletten Licht abbilden.

Andere Raumsonden, welche die Sonne untersuchen und Daten aus der Korona sammeln, wie etwa die NASA-Sonde Solar Dynamics Observatory (SDO) oder das Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) von NASA und ESA, blicken in tiefer- oder höherliegende Schichten. „In der mittleren Korona hatte die Sonnenforschung bisher eine Art blinden Fleck. Die GOES-Daten sorgen hier für eine deutliche Verbesserung“, so Dr. Pradeep Chitta vom MPS, Erstautor der neuen Studie. In der mittleren Korona vermuten Forscherinnen und Forscher Prozesse, die den Sonnenwind antreiben und modulieren.

Mit Überschallgeschwindigkeit durchs All
Der Sonnenwind ist eines der raumgreifendsten Merkmale unseres Sterns. Der Strom aus geladenen Teilchen, den die Sonne ins All schleudert, strömt bis an den Rand unseres Sonnensystems und erzeugt so die Heliosphäre, eine Blase dünnen Plasmas, das den Einflussbereich der Sonne markiert. Je nach Geschwindigkeit wird der Sonnenwind in eine schnelle und langsame Komponente unterteilt. Der so genannte schnelle Sonnenwind, der Geschwindigkeiten von mehr als 500 Kilometern pro Sekunde erreicht, stammt aus dem Inneren der koronalen Löcher. Das sind Regionen, die in der ultravioletten Strahlung aus der Korona dunkel erscheinen. Wo der langsame Sonnenwind seinen Ursprung nimmt, ist unklarer. Doch selbst diese langsameren Teilchen rasen mit Überschallgeschwindigkeiten von 300 bis 500 Kilometern pro Sekunde durchs All.

Diese langsame Komponente des Sonnenwindes wirft noch immer viele Fragen auf. Mehr als eine Million Grad heißes Plasma aus der Korona muss der Sonne entkommen, um den langsamen Sonnenwind zu bilden. Welcher Mechanismus ist hier am Werk? Zudem ist der langsame Sonnenwind nicht homogen, sondern offenbart zumindest teilweise eine strahlenartige Feinstruktur. Wo und wie entsteht sie? Diesen Fragen geht die neue Studie nach.

Ein Blick in die mittlere Korona
In den GOES-Daten zeigt sich in Äquatornähe eine Region, die das besondere Interesse der Forscherinnen und Forscher weckte: zwei koronale Löcher, von denen der Sonnenwind ungehindert fortströmt, in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Bereich hoher Magnetfeldstärke. Wechselwirkungen zwischen Systemen wie diesen gelten als mögliche Ausgangspunkte für den langsamen Sonnenwind. Oberhalb dieser Region durchziehen langgezogene, radial nach außen weisende Plasmastrukturen die mittlere Korona. Als koronales Netz bezeichnet das Autorenteam das Phänomen, das mit Hilfe der GOES-Satelliten jetzt erstmals direkt abgebildet wird. Das Netz ist ständig in Bewegung: Seine langgezogenen Strukturen kreuzen einander und gruppieren sich um.

Eine ähnliche Architektur des Sonnenplasmas kennen Forscherinnen und Forscher seit Langem aus der äußeren Korona. Aufnahmen aus diesem Bereich im sichtbaren Licht liefert seit Jahrzehnten der Koronograph LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) an Bord der Raumsonde SOHO, die im vergangenen Jahr ihr 25-jähriges Dienstjubiläum feierte. Die strahlenartigen Ströme in der äußeren Korona deuten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler als Feinstruktur des langsamen Sonnenwindes, der in der äußeren Korona seine Reise ins All beginnt. Wie die neue Studie nun eindrucksvoll zeigt, herrscht diese Feinstruktur bereits in der mittleren Korona vor.

Einfluss des solaren Magnetfeldes
Um das Phänomen besser zu verstehen, wertete das Forscherteam auch Daten weiterer Raumsonden aus: Der NASA-Sonnenspäher Solar Dynamics Observatory (SDO) ermöglichte den zeitgleichen Blick auf die Oberfläche der Sonne; die Raumsonde STEREO-A, die seit 2006 der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne vorauseilt, bot eine Perspektive von der Seite.

Mit modernen Berechnungsmethoden, die Beobachtungsdaten von der Sonne einbeziehen, können Forscherinnen und Forscher mit Hilfe von Supercomputern realistische 3D-Modelle des schwer fassbaren Magnetfelds in der Sonnenkorona erstellen. In dieser Studie verwendete das Team ein modernes magnetohydrodynamisches (MHD) Modell, um das Magnetfeld und den Plasmazustand der Korona für diesen Zeitraum zu simulieren. „Dies hat uns geholfen, die faszinierende Dynamik, die wir in der mittleren Korona beobachtet haben, mit den vorherrschenden Theorien über die Entstehung des Sonnenwindes zu verbinden“, sagt Dr. Cooper Downs von Predictive Science Inc., der die Computersimulationen durchgeführt hat.

Wie die Rechnungen nahelegen, folgen die Plasmastrukturen des koronalen Netzes dem Verlauf der Magnetfeldlinien. „Wir gehen davon aus, dass sich die Architektur des Magnetfeldes auf den langsamen Sonnenwind überträgt und eine wichtige Rolle bei der Beschleunigung der Sonnenwindteilchen ins All spielt“, so Chitta. Demnach fließt das heiße Sonnenplasma in der mittleren Korona entlang der offenen Magnetfeldlinien des koronalen Netzes. Wo sich die Feldlinien kreuzen und wechselwirken, wird Energie frei.

Viel spricht dafür, dass die Forscherinnen und Forscher einem grundsätzlichen Phänomen auf der Spur sind. „In Phasen hoher Sonnenaktivität treten in Äquatornähe koronale Löcher häufig in unmittelbarer Nachbarschaft zu Gebieten hoher Magnetfeldstärke auf“, so Chitta. „Das koronale Netz, das wir beobachtet haben, dürfte deshalb kein Einzelfall sein“, fügt er hinzu.

Weitere und detaillierte Erkenntnisse erhofft sich das Team von künftigen Sonnenmissionen. Einige von ihnen wie etwa die für 2024 geplante ESA-Mission Proba-3 sind mit Instrumenten ausgerüstet, die speziell die mittlere Korona ins Visier nehmen. Das MPS ist an der Verarbeitung und Auswertung der Daten beteiligt. Zusammen mit Messdaten von bereits aktiven Sonden wie der Parker Solar Probe der NASA und dem Solar Orbiter der ESA, die die Verbindungslinie zwischen Sonne und Erde verlassen, wird so ein besseres Verständnis der dreidimensionalen Struktur des koronalen Netzes möglich.

Originalpublikation:
L.P. Chitta, D.B. Seaton, C. Downs, C.E. DeForest, A.K. Higginson:
Direct observations of a complex coronal web driving highly structured slow solar wind,
Nature Astronomy, 24. November 2022, https://www.nature.com/articles/s41550-022-01834-5

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• Unsere Sonne

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Quelle: TROPOS, Tilo Arnhold 6. September 2022.

Leipzig. Die Waldbrände 2019/20 in Australien transportierten soviel Rauch in die Atmosphäre wie nie zuvor auf der ganzen Welt beobachtet wurde. Im sogenannten Black Summer kamen dabei dreimal so viele Partikel in hohe Luftschichten wie beim bisherigen Rekord, den kanadischen Waldbränden im Sommer 2017. Zwei Analysen unter Leitung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) zeigen jetzt die Klimawirkung dieser gewaltigen Brände auf: Rauchpartikel mit einer Gesamtmasse von rund einer Million Tonnen verteilten sich über die Südhemisphäre und beeinflussten etwa eineinhalb Jahre lang das Klima, in dem sie die Atmosphäre oben erwärmten und unten kühlten. Dabei wurde das Sonnenlicht von den Subtropen bis zur Antarktis noch stärker getrübt als 1991 beim Ausbruch des Vulkans Pinatubo. Der Rauch hat wahrscheinlich auch zum Rekord-Ozonloch über der Antarktis 2020 beigetragen und bildete einen Wirbel mit über 1000 Kilometer Durchmesser, der mehrere Wochen über die Südhalbkugel zog und als erster Nachweis gilt, dass der Rauch der Waldbrände auch die Höhenwinde in der Stratosphäre verändern kann. Da solche extremen Brände durch den Klimawandel voraussichtlich immer häufiger werden, sei es sehr wichtig, den Rauch und seine Auswirkungen auf den Energiehaushalt der Erde in den Klimaszenarien zu berücksichtigen, schreiben die Forschenden im Fachjournal Atmospheric Chemistry and Physics (ACP).

Rekord-Waldbrände in Australien
Zwischen September 2019 und Januar 2020 brannte fast doppelt so viel Fläche wie bei jedem anderen extremen Feuer in Australien, das bisher dokumentiert wurde. Die Brände erreichten ihren Höhepunkt zwischen dem 29. Dezember 2019 und dem 4. Januar 2020. In der wissenschaftlichen Literatur werden sie deshalb inzwischen als „Australian New Year Super Outbreak“ (ANYSO) betitelt und umgangssprachlich „Schwarzer Sommer“ (Black Summer bushfires) genannt. Durch die große Hitze bildeten sich dabei auch 38 Feuerwolken (Pyrocumulonimbus, kurz PyroCb), die den Rauch mit der zehnfachen Geschwindigkeit eines Fahrstuhles in große Höhen transportierten. Mehr als die Hälfte dieser Feuerwolken haben die Rauchpartikel direkt bis zu einer Höhe von 14 bis 16 Kilometern in die untere Stratosphäre transportiert. Wie bei einem Vulkanausbruch gilt auch für Waldbrände: Je höher die Partikel gelangen, umso weiter verteilen sie sich und umso länger wirken sie auf das Klima. Partikel in den unteren Atmosphärenschichten werden durch Niederschläge meist schnell wieder ausgewaschen und haben deshalb kaum Auswirkungen auf das Klima.

Durch die Waldbrände im Südosten Australiens gelangten um den Jahreswechsel 2019/20 über eine Million Tonnen an Rauchpartikeln in die Atmosphäre. Das ist etwa viermal so viel wie bei den Waldbränden in den Jahren zuvor. Die Rauchpartikel verteilten sich durch die Höhenwinde innerhalb von wenigen Tagen in den mittleren Breiten der Südhemisphäre und enthalten unter anderem auch Ruß-Aerosol. Diese dunklen Teilchen nehmen Sonnenenergie auf und zählen zu den am stärksten wärmenden kurzlebigen Klimatreibern. Der Rauch aus solchen extremen Waldbränden ist in den Aerosol-Klimamodellen jedoch bisher noch nicht ausreichend abgebildet. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des TROPOS hat daher die Black-Summer-Waldbrände analysiert, um die Auswirkungen solcher Ereignisse auf das Klima besser zu verstehen.

Viele Messungen in der Südhemisphäre ergeben ein Puzzlebild
Für ihre Studie nutzen die Forschenden Satellitendaten zur optischen Dicke von Aerosolschichten (AVHRR der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und des Weltraum-Lidars CALIOP). Die Trübung der Atmosphäre verglichen sie mit den Sonnen-Photometer-Messungen des internationalen AERONET-Netzwerks, das u.a. Stationen betreibt in Punta Arenas (Chile), Amsterdam Island (Indischer Ozean), Marambio (vor der Antarktischen Halbinsel), Vechernaya Hill (Ostantarktis) und am Südpol. Entscheidend waren aber die Langzeitbeobachtungen, die mit zwei bodengestützten Raman-Lidaren in Punta Arenas (Chile) und Río Grande (Argentinien) an der südlichsten Spitze Südamerikas, durchgeführt wurden. Diese Messungen können als repräsentativ für den südlichen Teil der Südhemisphäre angesehen werden und ermöglichten auch Vergleiche mit anderen extremen Waldbränden in der Nordhemisphäre. Beide Messungen hatten ursprünglich andere wissenschaftliche Ziele: Die Lidar-Beobachtungen in Punta Arenas fanden im Rahmen der DACAPO-PESO-Kampagne (Dynamics, Aerosol, Cloud And Precipitation Observations in the Pristine Environment of the Southern Ocean) von November 2018 bis November 2021 statt. Das Hauptziel dieser Messkampagne von Universität Magallanes (UMAG), TROPOS und der Universität Leipzig war die Untersuchung von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungsprozessen unter den sauberen Bedingungen der Südhemisphäre. Die Lidar-Beobachtungen in Río Grande waren Teil der HALO-Mission SOUTHTRAC-GW (Southern Hemisphere Transport, Dynamics, and Chemistry–Gravity Waves), bei der ein großes internationales Team unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) im September 2019 atmosphärische Schwerewellen in Südamerika mit dem Forschungsflugzeug HALO untersucht hat. Dabei kam auch das Compact Rayleigh Autonomous Lidar (CORAL) des DLR zum Einsatz, das wichtige Daten zu den optischen Eigenschaften des Rauchs zwischen 15 und 30 Kilometern Höhe lieferte. Die Vielzahl der Daten machte es möglich, ein neues Phänomen zu beobachten, die Waldbrände mit bisherigen Rekord-Waldbränden in Nordamerika zu vergleichen und auch Zusammenhänge zum Ozonloch herzustellen.

Ein einzigartiger Rauch-Wirbel
Lidarmessungen des TROPOS aus den vorigen Jahren ermöglichten es, die Waldbrände in Australien mit zwei anderen großen Bränden zu vergleichen: Die rekordverdächtigen Waldbrände in Kanada (Pacific Northwest Event, PNE) im August 2017 hatten im Vergleich nur rund ein Drittel an Aerosolmasse in die obere Stratosphäre transportiert. Fünf Brandwolken über British Columbia sorgten damals dafür, dass dieser Rauch bis zum Januar 2018 über Europa schwebte. Extrem starke Brände gab es auch im Juli/August 2019 in Sibirien nördlich und nordöstlich des Baikalsees (SIberian Lake Baikal Event, SILBE), bei denen keine Feuerwolken beobachtet wurden. Der Rauch stieg deshalb wahrscheinlich per Sonneneinstrahlung langsam innerhalb einer Woche in große Höhen auf. Durch die Lidarmessungen auf dem Forschungseisbrecher Polarstern konnte der Rauch dieser Brände während der internationalen MOSAiC-Expedition zwischen Oktober 2019 und Mai 2020 in der Region um den Nordpol beobachtet werden.

Der Rauch der Kanadischen Waldbrände (PNE) 2017 umfasste rund 0,3 Millionen Tonnen Material, bildete eine etwa 1 bis 4 Kilometer dicke Schicht, stieg bis in 20 Kilometern Höhe auf und schwebte etwa 8 Monate in der Atmosphäre. Der Rauch der Sibirischen Waldbrände (SILBE) 2019 bildete eine etwa 7 bis 10 Kilometer dicke Schicht, stieg bis in 18 Kilometern Höhe auf und schwebte etwa 5 Monate in der Atmosphäre. Der Rauch der Australischen Waldbrände (ANYSO) 2019/20 umfasste rund 1 Million Tonnen Material, bildete eine etwa 10 bis 14 Kilometer dicke Schicht, stieg bis in 24 Kilometern Höhe auf und schwebte etwa 20 Monate in der Atmosphäre. „Die Australischen Waldbrände 2019/20 sind definitiv die Waldbrände mit den bisher größten Auswirkungen auf die Atmosphäre und das globale Klima. Die Dimensionen sind mit dem Ausbruch des Pinatubo auf den Philippinen 1991 vergleichbar. Damals gelangten die Partikel bis in 25 Kilometern Höhe und schwebten etwa 14 Monate in der Atmosphäre. Lediglich die Größe der Partikel unterscheidet sich deutlich: Die Aschepartikel des Vulkans waren mit einem Durchmesser von rund 1 Mikrometer etwa doppelt so groß wie die Rauchpartikel der Australischen Waldbrände“, berichtet Albert Ansmann vom TROPOS.

Rauch als Katalysator für das Ozonloch?
2020/21 wurden drei Ereignisse mit einem rekordverdächtigen Ozonabbau beobachtet: Im März/April 2020 bildete sich ein extrem starkes Ozonloch über der zentralen Arktis und im September bis November 2020 und 2021 jeweils ein ebenfalls extremes Ozonloch über der Antarktis. Bei allen drei Ereignissen schwebte ungewöhnlich viel Rauch in der Atmosphäre der Polargebiete, wie die Lidarmessungen belegen. Aus Sicht der Forschenden ein klares Indiz für Zusammenhänge, denn sie beobachteten eine deutliche Übereinstimmung zwischen der Schicht mit dem stärksten Ozonabbau über den Stationen der Ozonsonden (14-25 km Höhe), der Schicht mit einer erhöhten Partikeloberflächenkonzentration über Punta Arenas (10-24 km Höhe) und dem Höhenbereich, in dem die CALIOP-Satellitendaten Polare Stratosphärenwolken nachgewiesen hat (hauptsächlich über der Antarktis in 13-26 km Höhe). „Von den Polare Stratosphärenwolken (PSC) ist bekannt, dass an ihren Oberflächen chemische Prozesse ablaufen, die den Ozonabbau beschleunigen. Deshalb vermuten wir stark, dass der Rauch zu diesen hohen Wolken geführt hat und diese Wolken wiederum zum starken Ozonabbau. Für die Menschen in und um die Polargebiete wäre dies keine gute Nachricht. Sollte der Klimawandel wie erwartet zu immer häufigeren und stärkeren Waldbränden führen, dann würden sich die Ozonlöcher über Arktis und Antarktis ausbreiten und mit ihnen auch das Hautkrebsrisiko“, erläutert Kevin Ohneiser vom TROPOS.

Kühlende Wirkung wie bei einem großen Vulkanausbruch
Die Daten wurden auch für eine Simulation mit dem globalen modernen Aerosol-Klimamodell ECHAM6.3-HAM2.3 genutzt. Dieses Modell verwendet ein Aerosol-Mikrophysik-Modell, um die Entwicklung von unterschiedlicher Aerosoltypen vorherzusagen. Dadurch kann deren Einfluss auf die Strahlungsbilanz der Atmosphäre berechnet werden: Die Modellierung ergab eine Wärmewirkung in der oberen Atmosphäre (TOA) von +0,5 Watt pro Quadratmeter in der Südhemisphäre und +0,25 Watt pro Quadratmeter global. An der Erdoberfläche (Boden der Atmosphäre, BOA) wurde der solare Strahlungsantrieb bei klarem Himmel auf etwa -0,75 Watt pro Quadratmeter geschätzt. Dies entspricht der Kühlwirkung, die durch einen großen Vulkanausbruch verursacht wird. „Wir waren überrascht, wie stark die Waldbrände im Südosten Australiens die oberen Luftschichten der Südhemisphäre getrübt und damit die Strahlungsbilanz verändert haben. Diese Veränderungen beeinflussten das Klima auf der Südhalbkugel eineinhalb Jahre lang. Zurückzuführen sind sie aber im Wesentlichen auf lediglich vier Tage mit Rauch aus Pyrokonvektion“, betont Dr. Bernd Heinold vom TROPOS.

Waldbrände werden wichtiger für Klimamodelle
Die Auswirkungen des Aerosols von Waldbränden auf die Energiebilanz wurde bei Bränden mit derart hochreichenden Brandwolken in den Modellen wahrscheinlich bisher unterschätzt, da die vertikale Rauchverteilung für die Strahlungswirkung entscheidend ist, es aber bisher wenig Wissen dazu gab. „Solche Verbesserungen sind für jede Schätzung der Energiebilanz und des Klimazustands der Erde von wesentlicher Bedeutung. Daher wird es immer wichtiger, Klimamodelle in die Lage zu versetzen, besser mit der Auswirkung von Waldbränden auf die Atmosphäre umzugehen, da diese als Reaktion auf die anthropogene Klimaerwärmung voraussichtlich weltweit an Häufigkeit und Schwere zunehmen werden“, erklärt Prof. Ina Tegen vom TROPOS. „Das erhöhte Risiko schwerer Waldbrände steht im Zusammenhang mit extremer Trockenheit. Häufigere und intensivere Wetterextreme erhöhen auch die Wahrscheinlichkeit, dass sich diese sehr hoch reichenden Feuerwolken künftig häufiger bilden werden.“ Rekord-Brände wie 2019/20 in Australien könnten sich in den kommenden Jahren in anderen Regionen der Erde wiederholen und das globale Klima immer stärker beeinflussen.

Publikationen:
Ohneiser, K., Ansmann, A., Kaifler, B., Chudnovsky, A., Barja, B., Knopf, D. A., Kaifler, N., Baars, H., Seifert, P., Villanueva, D., Jimenez, C., Radenz, M., Engelmann, R., Veselovskii, I., and Zamorano, F.: Australian wildfire smoke in the stratosphere: the decay phase in 2020/2021 and impact on ozone depletion, Atmos. Chem. Phys., 22, 7417–7442, doi.org/10.5194/acp-22-7417-2022, https://acp.copernicus.org/articles/22/7417/2022/.

Heinold, B., Baars, H., Barja, B., Christensen, M., Kubin, A., iser, K., Schepanski, K., Schutgens, N., Senf, F., Schrödner, R., Villanueva, D., and Tegen, I.: Important role of stratospheric injection height for the distribution and radiative forcing of smoke aerosol from the 2019–2020 Australian wildfires, Atmos. Chem. Phys., 22, 9969–9985, doi.org/10.5194/acp-22-9969-2022, https://acp.copernicus.org/articles/22/9969/2022/.

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• Klimawandel

Der Beitrag Rauch von Waldbränden in Australien beeinflusste über 1,5 Jahre Klima und Höhenwinde der Südhalbkugel erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Kirsten Müller und Ingo Muntenaar.

Ronald Garan wurde am 30. Oktober 1961 in Yonkers, U.S. Bundesstaat New York geboren.

Nach seinem Schulabschluss erzielte er 1994 einen Master in Luftfahrt an der Embry-Riddle Aeronautical University. 1996 hat er noch einen weiteren Masterabschluss in Luft- und Raumfahrttechnik an der University of Florida gemacht.

Nach dem Besuch der Pilotengrundausbildung auf der Vance Air Force Base in Oklahoma erwarb er 1985 seinen Pilotenschein. Danach absolvierte er seine weitere fliegerische Ausbildung auf der Luke Air Force Base in Arizona zum Flugzeugführer einer F-16. Als erfahrener F-16 Pilot diente Garan dann im Zeitraum 1986 bis 1988 im 496. taktischen Jagdgeschwader auf dem Luftwaffenstützpunkt Hahn in der Bundesrepublik Deutschland. Von August 1990 bis März 1991 war er zur Unterstützung der Operationen Desert Shield/Desert Storm in Südwestasien im Einsatz, wo er Kampfeinsätze in der F-16 flog. 1991 wurde Garan an die USAF Weapons School versetzt, wo er als Ausbilderpilot, verantwortlicher Luftfahrzeugführer und stellvertretender operativer Diensthabender der F-16 Weapons School diente.

Im Jahr 1994 wurde er als Entwicklungstestpilot und leitender F-16-Pilot der 39. Flugerprobungsstaffel, Eglin Air Force Base, Florida, zugewiesen. Nach dem Besuch der Testpilotenschule der Marine auf der Patuxent River Naval Air Station, Maryland, von Januar bis Dezember 1997, leistete er dann wieder Dienst bei der 39. Flugerprobungsstaffel, Eglin Air Force Base als Direktor der gemeinsamen Erprobungsstelle für Boden-Luft-Raketensysteme. Er hat über 5.000 Flugstunden in mehr als 30 verschiedenen Flugzeugen absolviert. Während seiner Zeit als Einsatzoffizier der 40. Flugerprobungsstaffel wurde er im Juli 2000 für das Astronautenprogramm der NASA als Pilot ausgewählt und begann im August 2000 seine Astronautenausbildung. Garan schied am 1. Juni 2009 aus der US-Luftwaffe aus.

Im April 2006 nahm er als Aquanaut an der gemeinsamen NASA-NOAA-Mission NEEMO 9 (NASA Extreme Environment Mission Operations) teil, einer Forschungsmission in Aquarius, dem einzigen Unterwasserforschungslabor der Welt. Während dieser 18-tägigen Mission entwickelte die sechsköpfige Besatzung von NEEMO 9 Verfahren zur Erforschung der Mondoberfläche und telemedizinische Technologieanwendungen zur Unterstützung zukünftiger Verfahren für die Erforschung des Weltraums.

Garan arbeitete in der Open Government Initiative der NASA, die sich um die Entwicklung innovativer Kooperationen innerhalb der Regierung, der Industrie und mit Bürgern auf der ganzen Welt bemüht. Zuletzt wechselte er von der NASA zur United States Agency for International Development (USAID), um bei der Implementierung modernster Technologien zur Lösung von Problemen in den Entwicklungsländern zu helfen. Bei der USAID initiierte er das Unity Node Program, ein Gemeinschaftsprojekt, das es humanitären Organisationen auf der ganzen Welt ermöglicht, auf gemeinsame Ziele hinzuarbeiten. Garan verließ die Behörde im September 2013, um diese Arbeit als Privatperson fortzusetzen, internationale Raumfahrtprogramme durch die Initiative Fragile Oasis weiter zu fördern und mehrere sozialunternehmerische Projekte zu starten, die zur Lösung der Herausforderungen unseres Planeten beitragen.

Als Missionsspezialist absolvierte Ron Garan seinen ersten Weltraumeinsatz während des Space Shuttle-Fluges STS-124. Discovery startete am 31. Mai 2008 zum 26. Shuttle-Flug zur Internationalen Raumstation. Nach einer Flugzeit von 13 Tagen, 18 Stunden und 13 Minuten endete die Mission auf der Landebahn am Kennedy Space Center in Florida. Ein Missionsziel war der Tausch eines Besatzungsmitgliedes der Internationalen Raumstation. Gregory Chamitoff als Bordingenieur der Expedition 17 flog mit STS-124 zur ISS und hat Garrett Reisman als Bordingenieur der ISS Expedition 16 abgelöst. Dieser flog als Besatzungsmitglied von STS-124 zur Erde zurück. Als Hauptnutzlast waren in der Nutzlastbucht von Discovery weitere Teile des japanischen Kibo-Moduls (Japanese Experiment Module – Pressurized Module, JEM PM) und der japanische Roboterarm (JEM RMS) verankert. Während dreier Außenbordeinsätze bereiteten Michael Fossum und Ron Garan die neuen Module für das Andocken an der ISS vor und führten Wartungsarbeiten am Drehgelenkmotor einer Solarzellenfläche durch.

Seinen zweiten Raumflug absolvierte Ron Garan als Besatzungsmitglied der Expedition 27/28. Mit Sojus-TMA 21 startete er als zweiter Bordingenieur am 4. April 2011 von der gleichen Startrampe in Baikonur, von der Juri Gagarin fast 50 Jahre zuvor gestartet war. Als Mitglied der Expedition 28 unternahmen Garan und Fossum den letzten Weltraumspaziergang vom angedockten Space Shuttle Atlantis während der Mission STS-135. Ron Garan war es, der die Luke zum Space Shuttle zum letzten Mal schloss. Danach koppelte Atlantis ab, um die letzte Mission eines Space Shuttle abzuschließen.

Die Mission von Sojus-TMA 21 endete am 15. September 2011 in der kasachischen Steppe.

Garan hat als NASA Astronaut 18 Tage auf dem Grund des Ozeans verbracht. Und im Laufe von 2.842 Umkreisungen unseres Planeten hat er 71.075.867 Meilen zurückgelegt, wobei er mehr als 178 Tage im Weltraum verbrachte, davon 27 Stunden und 3 Minuten bei vier Weltraumspaziergängen.

Als Autor hat Ron Garan bisher drei Bücher veröffentlicht. Das erste Buch „The Orbital Perspective: An astronaut‘s view“ erschien 2015. Die beiden anderen Bücher, „Floating in darkness“ und das Kinderbuch „Railroad to the Moon“, erschienen 2021.

Was fragt man einen Astronauten? „Wie geht man im Weltraum auf die Toilette“? Diese Frage hätten wir stellen können, konnten es uns dann aber doch verkneifen. Wir haben uns allerdings für eine andere Aufwärmfrage entschieden. Das Gespräch fand bis auf eine Ausnahme auf Englisch statt. Wir geben dieses Gespräch in der deutschen Übersetzung wieder.

Raumfahrer.net (RN): Wann haben Sie sich entschieden, Astronaut zu werden?

Ron Garan: Am 20. Juli 1969. Das war der Tag, an dem der erste Mensch seinen Fuß auf die Oberfläche des Mondes setzte.

RN: Dann können wir Ihnen die exakte Uhrzeit zu diesem Ereignis nennen.

Ron Garan: Ich war zu dem Zeitpunkt sieben Jahre alt und habe die Mondlandung am Fernseher verfolgt. Und es gibt noch ein weiteres Ereignis, welches für mich mit dem 20. Juli zusammenhängt. Ich erhielt genau am 20. Juli 2000 den Telefonanruf der NASA, in dem man mich einlud am Johnson Space Center in Houston meine Astronautenausbildung bei der NASA zu beginnen.

RN: Sie haben ihre Pilotenausbildung gemacht und sind dann als F-16 Pilot zum Luftwaffenstützpunkt nach Hahn versetzt worden. Eigentlich könnten wir das Gespräch nun auch auf deutsch weiterführen.

Ron Garan: Stimmt, ich war einige Jahre in Deutschland stationiert. Mein Deutsch reicht aber nur, um mich in einer Gaststätte zu verständigen. (Anmerkung: Diesen Gesprächsanteil haben wir in deutscher Sprache gesprochen)

RN: Sie sind als Pilot für das Space Shuttle ausgewählt worden. Sie haben sämtliche Space Shuttle Systeme gelernt und die dazugehörigen Prozeduren. Dann haben Sie unzählige Trainingsflüge und Anflüge mit dem Shuttle Training Aircraft (Anmerkung der Redaktion: eine modifizierte Grumman Gulfstream II, die die Flugeigenschaften des Space Shuttle im Unterschallbereich simuliert) auf der Shuttle Landing Facility des Kennedy Space Center und am White Sands Space Harbor durchgeführt. Dazu kamen noch hunderte Stunden im Simulator, um Aufstiegsszenarien zu erlernen. Sie sind aber niemals als Pilot für eine Space Shuttle Mission nominiert worden.

Ron Garan: Das stimmt. Ich war auf meinem ersten Flug STS-124 als Missionsspezialist nominiert worden. Meine Reise zu dieser Nominierung hatte bereits eineinhalb Jahre früher begonnen. Kent Rominger, der damalige Chefastronaut, hatte an alle diejenigen aus meiner Astronautenklasse, die als Space Shuttle Pilot ausgewählt wurden, eine Nachricht geschickt. Darin fragte er, ob wir uns vorstellen könnten, unseren ersten Raumflug nicht als Pilot, sondern als Missionsspezialist durchzuführen. Ich habe geantwortet, dass ich absolut glücklich wäre, wenn man mich für einen Raumflug nominieren würde. Es wäre mir vollkommen egal, in welcher Position. Es muss die richtige Antwort gewesen sein. Einen Monat später wurde ich für meinen ersten Raumflug als Missionsspezialist ausgewählt. Für den Flug STS-124 war meine Position seitlich versetzt hinter dem Kommandanten Mark Kelly und dem Piloten Ken Ham. So konnte ich meine Erfahrung in Start und Landung mit einbringen.

RN: Als Pilot wären Sie sehr wahrscheinlich nie in den Genuss gekommen auf dieser Mission drei Weltraumausstiege durchzuführen?

Ron Garan: Nun, ich glaube ich hatte in meiner Ausbildung zumindest ein Basistraining im Neutral Buoyancy Tank. Aber genau weiß ich es nicht mehr. Das ist schon zu lange her. Das Training für Außenbordaktvitäten gehört nicht zur Ausbildung für Piloten. Für die tatsächliche Mission hatte ich dann wohl ausgiebiges Training für Außenbordeinsätze.

RN: Als Missionsspezialist waren Sie für diesen Flug doch ein bisschen überqualifiziert, oder?

Ron Garan: Ich hätte jederzeit als Pilot übernehmen können, wenn dem Kommandanten oder dem Piloten etwas passiert wäre.

RN: Vor Ihrer Auswahl zum Astronauten waren Sie F-16 Pilot. Ihr Kommandant des Fluges Sojus-TMA 21, Alexander Samokutjajew, war früher Luftwaffenpilot bei den russischen Streitkräften und hat die Suchoi SU-24 geflogen. Er war stellvertretender Staffelkommandant. Im kalten Krieg hätten Sie auf verschiedenen Seiten möglicherweise gegeneinander gekämpft. War das jemals ein Thema in Ihrer Ausbildung in Russland?

Ron Garan: Das war es nicht. Aber in der Tat war es ein merkwürdiges Gefühl, als ich am Starttag vor unserer Rakete in Baikonur stand. Ein ehemaliger F-16 Pilot, der gerade im früher hochgeheimen Baikonur steht, gleich eine russische Rakete besteigt und mit zwei russischen Kollegen zur Raumstation fliegt.

RN: Wie ist denn der Kontakt zwischen Ihnen?

Ron Garan: Sehr gut. Wir haben uns gut verstanden. Ich wollte damals die russische Kultur erleben. – Ach so, Sie meinen jetzt. Nun, wir haben momentan keinen Kontakt. Gespräche sind gerade sehr schwierig. Die Zusammenarbeit mit den Russen an der ISS geht aber weiter.

RN: Sie schreiben in Ihrem Buch über die orbitale Sichtweise (Anmerkung: siehe Buchtitel „The orbital perspective“). Wie sieht Ihre Vision für eine Asteroidenabwehrmission aus?

Ron Garan: Während unseres dritten Weltraumspaziergangs bei STS-124 hatten wir die Aufgabe, einen leeren Stickstofftank gegen einen gefüllten Stickstofftank zu tauschen. Das Gewicht des Tanks stellte nicht das Problem dar. Es war eher die Größe des Tanks. Die Aufgabe bestand daher darin, den voluminösen Tank von einem Punkt der Raumstation zu einem anderen zu bewegen, ohne andere externe Ausrüstung zu beschädigen. Dies machten wir dann mit dem Canadarm2. Karen (Nyberg) und Aki (Hoshide) bedienten den Roboterarm der ISS, während ich meine Schuhe in der Fußhalterung am Ende des Roboterarms eingerastet hatte. Mit beiden Händen hielt ich den sperrigen Tank und dann wurde ich in einem „Windshield Wiper“ (Anmerkung der Redaktion: Scheibenwischer) genannten Flugmanöver in einem hohen Bogen von einem Ende der Raumstation zum anderen Ende gehoben. Im Scheitelpunkt des Bogens war ich ca. 30 m über der Raumstation. Dieses Flugmanöver fand im Erdschatten statt. Es war ein bisschen unheimlich, über die Lichter der Raumstation in die Dunkelheit aufzusteigen. Ich löste eine Hand von dem Griff des leeren Tanks und knipste meine Helmlichter aus. Nachdem sich meine Augen an die Dunkelheit gewöhnt hatten, konnte ich eine unglaubliche Aussicht genießen. Ich sah die Milchstraße. Ich konnte in die Unendlichkeit schauen. Nachdem ich den leeren Tank auf der anderen Seite des Bogens an Mike (Fossum) übergeben hatte und gegen den vollen Tank getauscht hatte, führten wir den „Windshield Wiper“ in die entgegengesetzte Richtung aus. Nur diesmal fand das Flugmanöver auf der Tagseite unserer Umlaufbahn statt. Im Scheitelpunkt des Bogens angekommen, sah ich die Raumstation 30 m unter mir, vor dem Hintergrund unseres blauen Planeten, der sich 240 Meilen (ca. 440 km) darunter befand.

Ich wunderte mich einfach nur, wie es sein konnte, dass viele Nationen, von denen einige nicht die besten Freunde waren, einen Weg gefunden haben, ihre Differenzen beiseite zu legen und so etwas Erstaunliches wie die ISS erreicht haben.

Als ich dort oben auf unseren Planeten herunterschaute, habe ich mich gefragt, wie die Welt aussehen würde, und mit wie vielen Problemen wir weniger konfrontiert wären, wenn wir bei unseren Interaktionen auf der Erde das gleiche Maß an Kooperation und Zusammenarbeit erreichen könnten.

Daher ist die Initiative „Asteroid Day“ ein wunderbares Beispiel dafür, wie Menschen aus allen Regionen der Welt mit ihren unterschiedlichen Stärken und Erfahrungen ihr Wissen zusammen bringen, um unseren Planeten vor der kosmischen Bedrohung zu beschützen.

RN: Vielen Dank, Colonel Garan, für das interessante Gespräch.

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• Asteroid Day

Der Beitrag Asteroid Day 2022: Raumfahrer.net trifft Ron Garan erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: 18SPCS, NASA, NOAA, Raumfahrer.net, USAF.

Nach über den Kurznachrichtendienst verbreiteten Angaben der 18. Weltraumüberwachungs-Staffel (18 Space Control Squadron, 18SPCS) des US-amerikanischen Militärs wurden gegen 7:11 Uhr UTC am 10. März 2021 in der Umgebung von NOAA 17 vorher nicht katalogisierte Objekte beobachtet. Dafür dass der alte Satellit mit einem anderen Objekt kollidiert sein könnte, gibt es laut 18SPCS keine Hinweise. Sie bezeichnet das Ereignis als Auseinanderbrechen bzw. Zerleger (breakup) und spricht von 16 damit in Zusammenhang stehenden Objekten.

NOAA 17, der früher von der US-amerikanischen Wetterbehörde NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) genutzt wurde, bewegt sich aktuell auf einem Orbit mit einem der Erde nächstliegenden Bahnpunkt von rund 807 und einem von der Erde am weitesten entfernten Bahnpunkt von etwa 824 Kilometern.

NOAA 17 kreist seit seinem Start von der Luftwaffenbasis Vandenberg (VAFB) in Kalifornien am 24. Juni 2002 um die Erde. Seine Primärmission beendete das von Lockheed Martin gebaute Raumfahrzeug, dessen nominale Auslegungsbetriebsdauer nur drei Jahre betrug, 2005 und stand anschließend als weiter Beobachtungsdaten lieferndes Backup zur Verfügung. Es basiert auf dem Satellitenbus Advanced TIROS-N.

Der Hauptkörper des einsatzbereiten Satelliten hatte eine Länge von rund 4,2 Metern und einen Durchmesser von etwa 188 Zentimetern. Der Solarzellenausleger des Satelliten maß 2,73 auf 6,14 Meter und besaß eine Fläche von rund 16,76 m². Die Startmasse des Raumfahrzeugs betrug ~2231,7 Kilogramm, davon waren 756,7 Kilogramm Treibstoffe.

Fest verbunden mit dem Satelliten blieb nach dem Erreichen des Arbeitsorbits ein Apogäums-Feststoffmotor (apogee kick motor, AKM), so wie es konstruktiv vorgesehen war. Das von ATK gebaute Aggregat war vom Typ Star 37XFP und lieferte einen Nennschub von maximal 42,38 kN während einer nominellen Gesamtbrenndauer von 51 Sekunden.

Bis zu seiner endgültigen Außerdienststellung 2013 hatte NOAA 17 über 55.000 Erdumrundungen absolviert und dabei wertvolle Beobachtungsdaten, zum Beispiel zu im Entstehen befindlichen Wirbel- und Schneestürmen und sich ausbreitenden Feuern, geliefert.

Darüber hinaus war der Satellit mit Sende- und Empfangseinrichtungen für das internationale Such- und Rettungssystem COSPAS-SARSAT ausgerüstet. COSPAS ist ein russisches Akronym, es steht für „Cosmitscheskaja Sistema Poiska Awarinitsch Sudow“ und bedeutet sinngemäß „weltraumgestütztes System für die Suche von Schiffen in Not“; SARSAT steht für „Search and Rescue Satellite-Aided Tracking“, auf Deutsch „Satellitenortungssystem für den Such- und Rettungsdienst“. Mit COSPAS-SARSAT-Transpondern ausgerüstete Satelliten können Signale erfassen, die im Notfall von zum Beispiel an Bord von Schiffen und Flugzeugen installierten oder von Individuen mitgeführten Sendern ausgestrahlt werden.

Bestimmte Baureihen sonnensynchroner Wettersatelliten auf annähernd polaren Umlaufbahnen (Polar-Orbiting Environmental Satellites, POES) von NOAA und dem US-amerikanischen Militär leiden unter konstruktiven Mängeln ihrer Stromversorgungssysteme.

Am 6. Juni 2014 ging der Kontakt zu NOAA 16 verloren. Nachdem man festgestellt hatte, dass der Satellit nicht mehr in ein nützliches Betriebsregime zu versetzen sein würde, erfolgte die offizielle Außerdienststellung am 9. Juni 2014. Am 25. November 2015 wurden in der Umgebung von NOAA 16 eine Anzahl vorher nicht katalogisierter Objekte beobachtet. Ein Akkuplatzer an Bord von NOAA 16 wurde zum damaligen Zeitpunkt nicht ausgeschlossen.

Der US-amerikanische militärische Wettersatellit DMSP F13 hatte am 3. Februar 2015 wegen eines Fehlers in seinem Akkumulatorensystem Trümmerstücke abgestoßen. Wahrscheinlich hat ein abgenutzter Kabelstrang und ein Kurzschluss in einem Akkuladeregler an Bord des Satelliten zur Überladung von Nickel-Cadmium-Akkumulatorenzellen geführt, die schließlich platzten.

Am 15. April 2004 hatte DMSP F11 eine Trümmerwolke verursacht. Verantwortlich dafür ist vermutlich ein in Nachbarschaft zu Akkumulatoren montierter, geplatzter Treibstofftank, der zum Zeitpunkt des Versagens noch rund sechs Kilogramm Hydrazin enthielt.

Eine Schraube, die möglicherweise so fest angezogen war, dass ihr unteres Gewindeende in Verbindung mit darunter befindlichem leitfähigen Material kommen kann, hat im August 1994 in NOAA 13 vermutlich die übermäßige Erwärmung einer Elektronikbox und den Ausfall der Akkuladung verursacht.

NOAA 8 erlitt im Juni 1984 nach Überladung und Überhitzung eine trümmergenerierende Akkumulatorenexplosion. Von NOAA 7 ist bekannt, dass er im August 1997 Teile verlor. NOAA 6 stieß 1995 und 1992 Objekte ab.

NOAA 17 alias NOAA M ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 27.453 und als COSPAR-Objekt 2002-032A.

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• Weltraummüll
• National Oceanic and Atmospheric Administration – NOAA

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Quelle: ESA.

Mit dem 1,2 Tonnen schweren Satelliten Sentinel-6 hob die Rakete Falcon 9 am 21. November um 17:17 Uhr GMT (18:17 Uhr MEZ, 09:17 Uhr PST) von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien, USA, ab. Der Satellit wurde knapp eine Stunde nach dem Start in die Umlaufbahn gebracht, der Kontakt zur Bodenstation in Alaska wurde um 19:49 Uhr MEZ hergestellt.

Der Direktor für Erdbeobachtung der ESA, Josef Aschbacher, sagte dazu: „Ich bin sehr stolz darauf, heute Abend den Start von Copernicus Sentinel-6 erlebt zu haben. Ich weiß, dass er auf dem besten Weg ist, seine Mission zur Fortsetzung der Meeresspiegelmessung zu beginnen. Dies ist so notwendig, um den besorgniserregenden Trend des Meeresanstiegs zu verstehen und zu überwachen. Ich möchte nicht nur den ESA-Teams danken, die so hart gearbeitet haben, um an diesen Punkt zu gelangen, sondern auch der EK, Eumetsat, NASA, NOAA und CNES. Natürlich freuen wir uns sehr auf die weitere fruchtbare Zusammenarbeit zwischen unseren jeweiligen Organisationen.“

Mit Millionen von Menschen, die in Küstengemeinden auf der ganzen Welt leben, steht das Ansteigen der Meere ganz oben auf der Liste der größten Sorgen im Zusammenhang mit dem Klimawandel. Die Überwachung der Meeresspiegelhöhe ist entscheidend für das Verständnis der stattfindenden Veränderungen, damit geeignete politische Maßnahmen zur Eindämmung des Klimawandels durch Beweise belegt und schließlich umgesetzt werden können. Behörden können dadurch Maßnahmen zum Schutz gefährdeter Gemeinden ergreifen.

In den letzten drei Jahrzehnten dienten die französisch-amerikanischen Topex-Poseidon- und Jason-Missionen als Referenzmissionen. In Kombination mit den früheren ERS- und Envisat-Satelliten der ESA sowie den heutigen CryoSat- und Copernicus Sentinel-3-Satelliten haben sie gezeigt, wie der Meeresspiegel jedes Jahr durchschnittlich um 3,2 mm angestiegen ist. Noch alarmierender ist, dass sich dieser Anstieg beschleunigt hat; in den letzten Jahren lag die durchschnittliche Anstiegsrate bei 4,8 mm pro Jahr.

Copernicus Sentinel-6 Michael Freilich, der sich jetzt in der Umlaufbahn befindet, wird somit in die Fußstapfen seines Vorgängers steigen und den benötigten Datensatz erweitern – ein Datensatz, der den „Goldstandard“ für Klimastudien darstellt. Die Mission besteht aus zwei identischen Satelliten, die nacheinander starten werden. Das heißt, dass in fünf Jahren Copernicus Sentinel-6B starten wird, um wiederum den Datensatz zu erweitern. Somit wird der Fortlauf der Daten bis mindestens 2030 gewährleistet.

Jeder Satellit trägt einen Radarhöhenmesser, welches die Zeit misst, die die Radarimpulse von der Erdoberfläche und zurück zum Satelliten benötigen. Kombiniert mit präzisen Satellitenstandortdaten ergeben die Höhenmessungen die Höhe der Meeresoberfläche.

Zu den weiteren Instrumenten des Satelliten gehört auch ein fortschrittliches Mikrowellenradiometer, das die Wasserdampfmenge in der Atmosphäre erfasst. Diese beeinflusst die Geschwindigkeit der Radarimpulse des Radarhöhenmessers.

Obwohl die Nachfolge des Satelliten bei der Entwicklung der Mission im Mittelpunkt stand, bringt Sentinel-6 zum ersten Mal ein Radar mit synthetischer Apertur in die Reihe der Altimeter-Referenzmissionen. Das Radarinstrument arbeitet in einem kontinuierlichen Stoßbetrieb (Burst-Modus), um sicherzustellen, dass keine Störungen in die Datenreihe eingebracht werden. Somit liefert es sowohl herkömmliche Messungen im niedrig auflösenden Modus als auch die verbesserte Leistung der Radarverarbeitung durch synthetischer Apertur.

Um sicherzustellen, dass die Datenzeitreihe trotz des Wechsels der Instrumententechnologien kontinuierlich ist, verbringt Sentinel-6 Michael Freilich sein erstes Jahr im Orbit nur 30 Sekunden hinter Jason-3.

Sentinel-6 umkreist die Erde in einer Höhe von über 1300 km und erreicht 66°N und 66°S. Sentinel-6 liefert somit ausreichende Messungen, um alle zehn Tage die Höhe der Meeresoberfläche von über 95 Prozent der eisfreien Ozeane zu kartieren.

Obwohl Sentinel-6 zur Familie der Copernicus-Missionen der Europäischen Union gehört, ist seine Durchführung das Ergebnis einer einzigartigen Zusammenarbeit zwischen der Europäischen Kommission, ESA, Eumetsat, NASA und NOAA, mit einem Beitrag der französischen Raumfahrtbehörde CNES.

Timo Pesonen, Generaldirektor für Verteidigungsindustrie und Weltraum bei der Europäischen Kommission, sagte: „Es freut uns sehr, diesen Newcomer in der Copernicus Sentinel-Satellitenflotte der EU aufzunehmen zu können. Copernicus Sentinel-6 Michael Freilich wird es möglich machen, erweiterte Produkte und Informationen über die Ozeane und die Atmosphäre zu liefern und somit das tägliche Leben der Bürger zu verbessern. Die Ankunft dieses Satelliten ist ein weiterer Erfolg für Copernicus, für Europa, und für alle Missionspartner weltweit.“

Die ESA war für die Entwicklung des Radarhöhenmessers Poseidon-4 und die Entwicklung des Satelliten Copernicus Sentinel-6 Michael Freilich als Ganzes verantwortlich. Sie ist auch für die Beschaffung des Copernicus Sentinel-6B im Auftrag der Europäischen Kommission und Eumetsat zuständig.

Die Eigentumsübertragung geht zum Zeitpunkt des Starts an die Europäische Kommission. Die ESA kümmert sich um die frühe Umlaufbahnphase sowie um die Planung der Verifikation im Orbit und unterstützt den von Eumetsat durchgeführten Flugbetrieb.

Eumetsat ist für die Entwicklung des Bodensegments und für den Betrieb nach der Start- und frühen Umlaufbahnphase verantwortlich. Eumetsat verarbeitet die Daten und liefert die Datenprodukte an europäische Nutzer.

Der Generaldirektor von Eumetsat, Alain Ratier, sagte: „Die Daten von Copernicus Sentinel-6 Michael Freilich werden die bisher genauesten sein. Sie werden dazu dienen, ein tieferes Verständnis des globalen Meeresspiegelanstiegs, einem Schlüsselindikator des Klimawandels, zu gewinnen. Die Daten werden auch für Wettervorhersagen verwendet werden, von der Verbesserung der Genauigkeit saisonaler Vorhersagen bis hin zur Vorhersage von Wirbelstürmen und Zyklonen“.

Die NASA trägt die Verantwortung für die Startdienste, die Entwicklung des Mikrowellenradiometers, des Laser-Retroreflektors und des GNSS-Radiookkultationsempfängers. Sie leistet auch Unterstützung für das Bodensegment und trägt zu den Operationen und der Datenverarbeitung in den USA bei. Die NASA und die NOAA teilen sich die Verantwortung für die Verteilung der Datenprodukte an die Benutzer in den USA.

„Mike Freilich trug dazu bei, dass die NASA ein standhafter Partner für Wissenschaftler und Raumfahrtagenturen auf der ganzen Welt war, und seine Liebe zur Ozeanographie und Geowissenschaft half uns, das Verständnis unseres schönen Planeten zu verbessern“, sagte Thomas Zurbuchen, Associate Administrator des NASA-Wissenschaftsdirektorats im Headquater in Washington. „Dieser Satellit, der von unseren europäischen Partnern liebenswürdigerweise nach ihm benannt wurde, wird die kritische Arbeit ausführen, an die Mike so sehr glaubte. Er wird an ein Vermächtnis essentieller Daten über unsere Ozeane anknüpfen und es zum Wohle künftiger Generationen weiterführen.“

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• Sentinel 6A „Michael Freilich“ auf Falcon 9 (B1063.1) von Vandenberg

Der Beitrag ESA: Sentinel-6 Michael Freilich gestartet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Airbus Defence and Space.

Der Copernicus-Satellit Sentinel-6 Michael Freilich wird hochpräzise Messungen der Topographie der Meeresoberfläche durchführen. Der Satellit wird seine Entfernung zur Ozeanoberfläche mit einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern messen und diese Daten für die Kartierung verwenden, wobei der Beobachtungs-Zyklus sich alle 10 Tage wiederholt. Die Mission kann bis zu sieben Jahre dauern.

Neben der Messung des globalen Meeresspiegelanstiegs und der Ozeanzirkulation wird der Satellit auch vertikale Profile von Temperatur und Feuchtigkeit in der Atmosphäre aufzeichnen.

„Die Ergebnisse der Mission werden Regierungen und Institutionen in die Lage versetzen, einen wirksamen Schutz für Küstenregionen aufzubauen. Die Daten werden nicht nur für Katastrophenschutzorganisationen von unschätzbarem Wert sein, sondern auch für Behörden, die sich mit Stadtplanung, der Sicherung von Gebäuden oder der Inbetriebnahme von Deichen befassen. Die Daten werden den Wissenschaftlern auch helfen, Wetterprognosen und Hurrikanvorhersagen weiter zu verbessern“, sagte Philippe Pham, Leiter Earth Observation, Navigation and Science bei Airbus.

Der Satellit befindet sich auf einer 1.336 km hohen, nicht-sonnensynchronen Umlaufbahn mit einer Neigung von 66 Grad, so dass er zu unterschiedlichen Tages- und Nachtzeiten über Orte hinwegfliegt und so Veränderungen messen kann, die wie die Gezeiten während 24 Stunden variieren können.

Der globale Meeresspiegel steigt derzeit als Folge der globalen Erwärmung um durchschnittlich 3,3 Millimeter pro Jahr; dies könnte möglicherweise dramatische Folgen für Länder mit dicht besiedelten Küstengebieten haben.

Die Sentinel-6-Mission ist Teil des Umweltprogramms Copernicus der Europäischen Union. Diese Mission umfasst zwei Satelliten und wurde unter der industriellen Führung von Airbus entwickelt. Obwohl es sich um eine europäische Mission handelt, ist Sentinel-6 ein echtes Beispiel für internationale Zusammenarbeit: Er wurde gemeinsam von ESA, NASA, EUMETSAT und NOAA mit Unterstützung des CNES entwickelt.

Jeder Satellit trägt einen Radar-Höhenmesser, der die Zeit misst, die die Radarimpulse benötigen, um zur Oberfläche und wieder zurück zum Satelliten zu gelangen. Kombiniert mit präzisen Daten der Satellitenposition ergeben die Höhenmessungen die Höhe der Meeresoberfläche.

Das Instrumenten-Paket der Satelliten umfasst auch ein fortschrittliches Mikrowellen-Radiometer, das die Wasserdampfmenge in der Atmosphäre erfasst, die die Geschwindigkeit der Radarimpulse des Höhenmessers beeinflusst.

Der Satellit wiegt etwa 1,5 Tonnen. Die Satelliten werden nun, beginnend mit „Sentinel-6 Michael Freilich“, satellitengestützte Messungen der Ozeanoberflächen vornehmen und damit eine Aufgabe fortsetzen, die erstmals 1992 begonnen wurde. Der zweite Sentinel-6-Satellit wird voraussichtlich im Jahr 2025 folgen.

Über Airbus
Airbus ist ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich Luft- und Raumfahrt sowie den dazugehörigen Dienstleistungen. Der Umsatz betrug € 70 Mrd. im Jahr 2019, die Anzahl der Mitarbeiter rund 135.000. Airbus bietet die umfangreichste Verkehrsflugzeugpalette. Das Unternehmen ist europäischer Marktführer bei Tank-, Kampf-, Transport- und Missionsflugzeugen und eines der größten Raumfahrtunternehmen der Welt. Die zivilen und militärischen Hubschrauber von Airbus zeichnen sich durch hohe Effizienz aus und sind weltweit gefragt.

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• Sentinel 6A „Michael Freilich“ auf Falcon 9 (B1063.1) von Vandenberg

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: USAF.

Kommunikation als Einbahnstraße
Die mit der Überwachung und Steuerung des Satelliten befassten Ingenieure und Techniker der staatlichen US-amerikanischen Wetterbehörde (NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration) mussten am 11. Februar 2016 feststellen, dass an den Satelliten gefunkte Kommandos nicht mehr ausgeführt wurden – Raumfahrer.net berichtete. Telemetriedaten mit Informationen über den Zustand des Raumfahrzeugs des militärischen Wettersatellitenprogramms mit der Bezeichnung Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) und seiner Ausrüstung sowie Daten der an Bord befindlichen Instrumente zur Wetterbeobachtung lieferte DMSP F19 jedoch weiter.

Nach jüngsten Informationen der US-Luftwaffe (United States Air Force, USAF) vom 25. Juli 2016 hat sie ihre Bemühungen, den Satelliten wieder unter Kontrolle zu bekommen, zwischenzeitlich eingestellt. Die Arbeitsgruppe zur Untersuchung der Störung an Bord des Satelliten hat ihre Arbeit nach Angaben der USAF abgeschlossen. Eine Reparatur sei nicht möglich, weitere Aktionen hinsichtlich der Steuerbarkeit von DMSP F19 werde es nicht geben.

Lange Lagerung – Kurze Standzeit
Der Erdtrabant basiert wie zahlreiche Vorgänger auf dem Satellitenbus TIROS-N. Es war bereits in den 1990iger Jahren gebaut worden und dann lange von seinem Hersteller Lockheed Martin Space Systems in Denver eingelagert.

Seit dem 3. April 2014 kreist DMSP F19 um die Erde. Die ihm zugedachte Auslegungsbetriebsdauer beträgt fünf Jahre. Bislang empfange man noch taktisch nutzbare Echtzeit-Wetterdaten vom Satelliten, der sich in einer sicheren und stabilen Konfiguration befände, berichtete die USAF. Die Qualität der erfassten und gesendeten Daten nimmt ab, da sich die Ausrichtungsgenauigkeit des Satelliten über die Zeit verschlechtert. Die USAF rechnet damit, dass die aus der Erdumlaufbahn gefunkten Daten von DMSP F19 irgendwann nicht mehr sinnvoll zu nutzen sein werden.

Unzureichende Redundanz
Bei den Untersuchungen der Anomalie wurde schnell festgestellt, dass es ein Problem mit der Stromversorgung im Bereich der Kommandoempfänger an Bord des Satelliten gibt. Eine redundant ausgelegte Elektronikeinheit zur Dekodierung der aus Sicherheitsgründen verschlüsselt an den Satelliten gefunkten Kommandos ist nach Angaben der USAF vollständig ausgefallen. Wegen der nicht mehr funktionierenden Stromversorgung kam die eingebaute Redundanz der Dekodiereinheit nicht zum Tragen.

Weltraumschrott generierende Ereignisse, die im Zusammenhang mit DMSP F19 stehen, sind laut USAF bisher nicht beobachtet worden. Ganz sicher aber wird der Satellit selbst bald als Weltraumschrott enden. Wegen der fehlenden Steuerungsmöglichkeit vom Boden wird sich die Bahn des Satelliten nicht beeinflussen lassen, was bedeutet, dass man ihn nicht aktiv aus seinem ehemaligen Arbeitsorbit herausschicken kann.

Unkontrolliert in ungewisse Zukunft
Bestimmungen über die Vermeidung von Weltraumschrott erfordern die vollständige Abschaltung elektrischer Stromversorgungssysteme, wenn Satelliten außer Dienst gestellt werden. So hofft man Explosionsereignisse zu verhindern, bei denen Weltraumschrott entsteht, welcher eine Gefahr für andere Raumfahrzeuge darstellt. Für DMSP F19 fallen vom Boden aus anzustoßende Passivierungsmaßnahmen, z.B. die Trennung der Solarzellenausleger von den nachladbaren Akkumulatoren oder das Ablassen von übriggebliebenem Resttreibstoff, aus.

Der primäre aktive Teil der DMSP-Konstellation besteht derzeit aus den Raumfahrzeugen DMSP F17 und DMSP F18. DMSP F17 ist seit dem 4. November 2006 im All unterwegs. DMSP F18 wurde am 18. Oktober 2009 in den Weltraum transportiert.

Die im All befindliche DMSP-Konstellation besteht aktuell aus nur noch fünf statt sechs Satelliten. Sie alle haben ihre Auslegungsbetriebsdauer überschritten – zum Teil deutlich. Im Regelfall sollten zwei Satelliten Routineaufgaben wahrnehmen, zwei Satelliten als unmittelbar verfügbare Reserve bereitstehen, und sich zwei weitere bedarfsweise für taktische Aufgaben verwenden lassen.

DMSP F19 alias USA 249 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 39.630 und als COSPAR-Objekt 2014-015A.

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• DMSP F19 auf Atlas V 401

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: JSpOC, Raumfahrer.net .

Breeze-M 38.343 / 2012-026B
Das Gemeinschaftliche Zentrum für Raumfahrtaktivitäten des US-amerikanischen Militärs (Joint Space Operations Center, JSpOC) hat im Rahmen der von ihm betriebenen Weltraumüberwachung ermittelt, dass die russische Raketenoberstufe vom Typ Breeze-M mit den Katalogbezeichnungen NORAD-Nr. 38.343 und COSPAR 2012-026B am 22. Dezember 2015 diverse Fragmente freigesetzt hat.

Aus einer Analyse der Bahndaten von neun katalogisierten Fragmenten schloss das JSPpOC auf den vermutlichen Zeitpunkt des Debris erzeugenden Ereignisses an Bord der von Chrunitschew gebauten Breeze-M. Als Zeitpunkt für das Ereignis nennt das JSpOC den 22. Dezember 2015 16:00 Uhr koordinierter Weltzeit (Universal Time Coordinated, UTC) +/- eine Minute.

Die Raketenoberstufe mit der Baunummer 99.530 befindet sich seit dem 17. Mai 2012 im Weltraum. Sie wurde verwendet, um den kanadischen Kommunikationssatelliten Nimiq 6 für Telesat auf einer 11.986,0 x 35.864,3 km Geotransferbahn mit einer Neigung von rund 10,2 Grad auszusetzen, von der aus der Satellit sich selbstständig zur geplanten Einsatzposition manövrierte.

Die Breeze-M-Oberstufe steuerte sich anschließend unter Nutzung einer gewissen Menge übrig gebliebenen Treibstoffs an Bord auf eine gegenüber dem Absetzorbit etwas veränderte Bahn. Daher konnte die Stufe später auf einer rund 10,7 Grad gegen den Erdäquator geneigten 10.532,4 x 34.453,8 km Bahn beobachtet werden. Aktuell ist die Oberstufe auf einer rund 12 Grad gegen den Erdäquator geneigten Bahn mit einem der Erde nächstliegenden Bahnpunkt im Bereich von 10.420 km und einem erdfernsten Bahnpunkt im Bereich von 34.600 km unterwegs. Auf dieser Bahn benötigt sie rund 814 Minuten für einen Erdumlauf.

Sinnvoll ist es, im Zuge einer sogenannten Passivierung von nicht mehr benötigten Raketenstufen alle Behälter, Leitungen und Gerätschaften, die unter Druck stehende Flüssigkeiten oder Gase enthalten, zum Vakuum hin zu entleeren, um Explosionsereignissen aus dem Wege zu gehen, bei denen Weltraumschrott entsteht, welcher dann eine konkrete Gefahr für andere Raumfahrzeuge darstellt. Bei der Breeze-M, die Nimiq 6 erfolgreich auf den vorgesehenen Absetz-Orbit brachte, hat das möglicherweise nicht oder nicht im notwendigen Maße funktioniert.

NOAA 16 (NOAA L) 26.536 / 2000-055A
Der US-amerikanische, auf einem Satellitenbus namens TIROS-N basierende Wettersatellit NOAA L wurde am 21. September 2000 ins All gebracht und nach seiner Inbetriebnahme auf einem sonnensynchronen, polaren Orbit rund 870 km über der Erdoberfläche in NOAA 16 umgezeichnet.

Nach deutlicher Überschreitung seiner Auslegungsbetriebsdauer von drei Jahren musste das von der Lockheed Martin Space Systems Company (LMSSC) gebaute Raumfahrzeug schließlich am 9. Juni 2014 außer Dienst gestellt werden, was wegen einer schwerwiegenden, aber nicht detailliert beschriebenen Anomalie unausweichlich geworden war.

Das JSpOC berichtete dann Ende November 2015, dass es am 25. November 2015 gegen 8:16 Uhr UTC in der Umgebung von NOAA 16 eine Anzahl vorher nicht katalogisierter Objekte beobachtet hat. Bis 18:30 Uhr UTC des selben Tages erfasste das JSpOC 19 Objekte, die höchstwahrscheinlich von NOAA 16 stammen und teilte mit, dass man mit der Katalogisierung weiterer Objekte rechne.

Am 26. Januar 2016 wurde bekannt, dass 65 Fragmente neu katalogisiert wurden und die Zahl der NOAA 16 zugeordneten Objekte damit auf mittlerweile 200 angestiegen ist. Keines der katalogisierten Objekte ist bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt wieder in die Erdatmosphäre eingetreten.

Maßnahmen zur Vermeidung von Weltraumschrott erfordern unter anderem die vollständige Abschaltung elektrischer Stromversorgungssysteme, wenn Satelliten außer Dienst gestellt werden.

Befindet sich ein Satellit nach Außerdienststellung in freier Drift, können wegen der Umgebungsbedingungen im Weltraum heftige Temperaturwechsel geschehen, Störungen und Ausfälle des Thermalmanagements auftreten, Bauteile versagen und Strahlungsschäden vorkommen. Dabei ist es wünschenswert, wenn an Bord eines solchen Satelliten befindliche Akkumulatoren trotz allem nicht lecken oder bersten.

Eine Reihe US-amerikanischer ziviler und militärischer Wettersatelliten auf Basis des Busesa TIROS-N bergen auch nach Nutzung der ihnen mitgegebenen Passivierungsmöglichkeiten noch das Risiko von entwurfsfehlerinduzierten Akkuexplosionen.

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• Weltraummüll gefährdet Raumfahrt

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Ein Beitrag von Tobias Willerding. Quelle: SpaceX, SpaceNews, Elon Musk.

Start von Jason-3
Heute am 17. Januar 2016 um 19:42:18 MEZ ist eine Falcon 9-Rakete von SpaceX mit dem Erdbeobachtungssatelliten Jason-3 gestartet. Die Stufentrennung erfolgte nach 2 Minuten und 34 Sekunden, kurz darauf zündete die zweite Stufe für ca. 7 Minuten und brachte das Gespann Oberstufe und Satellit in einen Parkorbit. Nach weiteren 46 Minuten erfolgte eine zweite Brennphase der Oberstufe, die den Orbit zirkularisierte. Zum Schluss wurde noch ein Deorbit-Brennvorgang der Oberstufe durchgeführt.

Der Zielorbit hatte ein Perigäum von 1328 km, ein Apogäum von 1380km und eine Inklination von 66°. Erreicht wurde laut CNES ein Orbit mit einer Abweichung von weniger als 1 km. (Quelle) Kurz nach dem Start gratulierte CNES-Chef Jean-Yves Le Gall allen Beteiligten – außer SpaceX – zum erfolgreichen Start.

Jason-3 ist eine Kooperation von NASA, NOAA und CNES. Der Satellit wurde von Thales Alenia Space gebaut. Jason-3 beobachtet die Ozeane der Erde, er soll sowohl Erhöhungen des Meerespiegels weltweit messen als auch Auskunft über Meeresströmungen geben. Der Satellit hat eine Masse von 553 kg, eine elektrische Leistung von 550 Watt, die durch Solarzellen erzeugt wird und verfügt über kleine Hydrazin-Triebwerke um den Orbit zu halten.

Landung auf der Seeplattform
Bei diesem Start wurde ebenfalls ein Landeversuch auf der Seeplattform (offiziell „autonomous spaceport droneship“, kurz ASDS) mit dem Namen „Just Read the Instructions“, kurz JRtI, durchgeführt. Dazu flog die erste Stufe der Falcon 9 nach der Stufentrennung eine Reihe von Manövern, die sie auf Landekurs auf die Seeplattform brachten.

Um auf der Seeplattform landen zu können verfügt die erste Stufe über einen eigenen Flugcomputer, Landebeine, Kaltgasdüsen für die Steuerung im Vakuum, Gridfins für die Steuerung in der Atmosphäre und eine extra Ladung TEA-TEB (Triethylaluminium-Triethylboran, Zündmittel) um drei Triebwerke mehrmals zu zünden.

Bedaulicherweise löste sich laut Elon Musk ein Landebein nicht aus der Halterung, sodass die Rakete mit nur drei Landebeinen landete. Dies führte zu einem Verlust der Stabilität der Rakete, wodurch diese umkippte und vermutlich explodierte wie bereits beim CRS-6 Landeversuch. Ein Video vom Landeversuch soll noch veröffentlicht werden.

SpaceX testet geborgene Erststufe
Am 15. Januar hat SpaceX einen ca. zweisekündigen Triebwerkstest der im Dezember geborgenen Erststufe der Falcon 9 durchgeführt. Die Erststufe war bei dem Falcon 9-Flug am 22.Dezember nach der Stufentrennung nach Cape Canaveral zurückgeflogen. Nach der Landung auf Landezone 1, ehemals Startkomplex 13, wurde die Stufe in den Hangar auf den Startkomplex 39A transportiert.

Dort erfolgte eine Inspektion der Rakete, die laut Elon Musk ergab, dass dort „kein Schaden“ gefunden wurde. Urpsrünglich sollte die Stufe dann gegen April einen erneuten Triebwerkstest machen. Da durch eine Verzögerung bei SES-9 der Startplatz 40 kurzfristig frei wurde, wurde die Stufe dort auf dem Startplatz aufgerichtet und ein Tag später dort der Triebwerkstest durchgeführt. Der Triebwerkstest zeigt laut Elon Musk gute Ergebnisse, jedoch gab es Schubfluktuationen in Triebwerk Nr. 9. Die Ursache könnten Fremdpartikel im Triebwerk sein, dies muss jedoch erst eine genaue Untersuchung klären.

Update 18. Januar 2016:
Wenige Stunden nach dem Start von Jason 3 und dem fast erfolgreichen Landeversuch auf der Seeplattform wurde durch SpaceX bzw. Elon Musk bereits ein Video vom Aufsetzen der 1. Stufe ins Netz gestellt:

Landeversuch der Erststufe der Falcon 9 1.1 auf der Seeplattform

Wie man erkennen kann klappen die Landebeine aus, jedoch wird eines nicht richtig eingerastet bzw. versagt der Mechanismus. Das sanfte Aufsetzen erfolgte ca. 1,3 m von der Mitte der Landemarkierung.

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• JASON-3 auf Falcon 9

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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 Tobias Willerding. Quelle: SpaceX, NSF, SFN, SpaceNews.

Am 12. Februar 2015 ist das Deep Space Climate Observatory (kurz DSCOVR, klingt wie „discover“ – deutsch: „entdecken“) (deutsch: Weltraumwetterteleskop) mit einer Falcon 9-Rakete ins All transportiert worden. Der Start erfolgte gegen 00:03 MEZ vom Startplatz 40 auf dem US-amerikanischen Luftwaffenstützpunkt Cape Canaveral. 165 Sekunden nach dem Start erfolgte die Stufentrennung zwischen erster und zweiter Stufe. Anschließend flog die zweite Stufe mit DSCOVR weiter Richtung Weltall, während die erste Stufe eine Landung auf dem Meer versuchte – wegen hohen Wellen musste die Seeplattform leider die Heimreise antreten. Ca. 8 Minuten und 40 Sekunden nach dem Start war die Brennphase der ersten Stufe zuende und es folgte eine Freiflugphase von ca. 22 Minuten. Anschließend wurde das Oberstufentriebwerk wiedergezündet und DSCOVR ca. 35 Minuten nach dem Start ausgesetzt. Der Zielorbit der Nutzlast ist 187 km x 1.241.000 km x 37°. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung lagen keine Informationen zur Einschussgenauigkeit vor. Der Start musste zweimal verschoben werden – wegen Problemen mit der Radarverfolgung am Sonntag und wegen starken Höhenwinden am Dienstag.

Deep Space Climate Observatory
Das Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) ist eine gemeinsame Mission von US-Luftwaffe, NASA und NOAA und soll das Weltraumwetter untersuchen. Dafür wird es an dem Lagrangepunkt 1 des Systems Sonne-Erde, also zwischen Erde und Sonne positioniert. Es dauert knapp über 100 Tage bis DSCOVR seinen Zielorbit erreichen wird. Die Sonde wiegt 570 kg und hat eine nominelle Lebensdauer von 5 Jahren, diese kann jedoch vermutlich deutlich ausgedehnt werden.

DSCOVR hat eine lange Geschichte. Ursprünglich wurde die Sonde 1998 von US-Vizepräsident Al Gore vorgeschlagen und bekam den Namen Triana. Die Sonde sollte die Erde in ihrer Ganzheit fotografieren und diese Bilder sollten dann live im Internet öffentlich zugänglich gemacht werden. Dies sollte die Menschen für das Klima sensibilisieren. Jedoch verpasste Triana dann das geplante Startdatum von 2001 mit dem Shuttle und es kam George W. Bush an die Macht. Dieser strich die Mission aus politischen Gründen. Die Sonde wurde in einem Reinraum für mehrere Jahre aufbewahrt und ein neuer Nutzen wollte gefunden werden. Schließlich entschied man sich im Jahre 2011 die Sonde mit einem anderen Fokus doch noch zu starten und änderte den Namen auf DSCOVR, gemäß dem neuen Ziel. Jetzt sollte es um die Erforschung des Weltraumwetters gehen. 2012 wurde SpaceX als Startanbieter von der US-Luftwaffe ausgewählt. SpaceX darf diese Mission auch ohne Zertifizierung für US-Militärnutzlasten fliegen, weil sie ohne strategischen Wert für das US-Militär ist.

Die Weltraumwetterdaten werden der Öffentlichkeit über die Webseite https://www.swpc.noaa.gov/ frei und live zugänglich gemacht. Die Bilder der Erde werden übrigens trotz der geänderten Missionsziele ebenfalls der Öffentlichkeit zugänglich gemacht, allerdings nicht mehr live sondern mit 24 Stunden Verzögerung.

Die Landung im Meer
Nach der Stufentrennung folgte die erste Stufe einer ballistischen Flugbahn bis zum Wiedereintritt in die Atmosphäre. Sie erreichte dabei ein Apogäum von ca. 130 km. Kurz vor dem Wiedereintritt wurden drei Merlin 1D-Haupttriebwerke der Falcon 9 wiedergezündet um Geschwindigkeit abzubauen und eine thermische bzw. strukturelle Überlastung der Raketenstruktur zu verhindern. Anschließend steuerte die Stufe mit sogenannten Gitterflossen (englisch: grid fins) den geplanten Ort der Seeplattform an. Mit diesen Steuerflächen kann die Stufe leicht angewinkelt werden um einen Auftrieb zu erzeugen, der eine laterale Bewegung der Stufe ermöglicht. Eine kurze Zeit vor dem Aufprall wurde dann die Geschwindigkeit ein weiteres Mal durch die Wiederzündung des zentralen Triebwerks der Stufe auf fast null reduziert, die ein sanftes Aufsetzen auf dem Wasser ermöglichte. Leider verhinderte enormer Wellengang von 10 Metern Höhe eine Landung auf der Plattform, sodass diese zurück nach Florida beordert wurde. Die Stufe traf also nur das Wasser.

Die Seeplattform hat eine Größe von 300 Fuß x 170 Fuß (ca. 91 x 52 m), Elon Musk hat sie auf den Namen „just read the instructions“ nach der „culture“-Science-Fiction-Reihe getauft. Die Plattform kann auch in rauer See ihren Standort auf +/- 3 Meter halten. Dafür besitzt sie vier starke Unterwasserpropeller von der Firma Thrustmaster, die zentral gesteuert werden. Die Plattform ist unbemannt und wird vermutlich von einem Begleitschiff aus ferngesteuert. Laut NASASpaceflight.com soll die Plattform später vor allem an der Westküste der US-Küste eingesetzt werden um dort die Zentralstufe der Falcon Heavy zu landen. Die Booster der Falcon Heavy sollen beide zum Startplatz zurückfliegen. Sowohl in Vandenberg als auch am Cape Canaveral entstehenderzeit extra Landeplätze für die zurückkommende(n) Stufe(n). Die Entscheidung zwischen Rückflug zum Startplatz, Landung auf der Seeplattform oder „Wegwerfmodus“ kann dann individuell der Mission angepasst werden. Laut Kommentar während des Starts „Stage One Splashdown“ wurde wohl eine Wasserlandung geschafft. Eine Aussage zur Landegenauigkeit lag zur Veröffentlichung nicht vor.

Themen im Raumcon-Forum:

• Falcon 9/DSCOVR Missionsthema
• Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

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