Quelle: ESA/Applications/ObservingTheEarth/Copernicus/Sentinel-1, 26. November 2025

Die bahnbrechende Copernicus-Sentinel-1-Mission hat Anfang November ihren neuesten Satelliten in die Umlaufbahn gebracht: Sentinel-1D wurde am 4. November an Bord einer Ariane-6-Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana aus gestartet.
Nach Erreichen der Umlaufbahn wurden der Satellit und seine Instrumente – er ist mit einem 12 m langen Synthetic Aperture Radar (SAR) ausgestattet – eingeschaltet und waren zwei Tage nach dem Start bereit, während eines Überflugs über die Antarktis und Südamerika Bilder aufzunehmen. In der Nacht vom 6. November (europäischer Zeit) wurden die ersten Bilder über der Antarktischen Halbinsel, Feuerland und dem Thwaites-Gletscher aufgenommen. Etwa sechs Stunden später, am Morgen des 7. November, nahm Sentinel-1D auch Bilder über Bremen in Deutschland auf. Die Daten wurden dann vom Satelliten an die Bodenstation in Matera (Italien) übertragen, die Teil des Copernicus-Bodensegments ist. All dies geschah innerhalb von 50 Stunden nach dem Start, was wahrscheinlich die kürzeste Zeit vom Start bis zur Datenlieferung für einen radarbasierten Erdbeobachtungssatelliten ist.

Laut Nuno Miranda, Sentinel-1-Missionsmanager der ESA, weisen die Bilder eine für eine „First Light“-Erfassung beispiellose Datenqualität auf. Sie ähneln stark den vor kurzem von Sentinel-1C aufgenommenen Bildern, was laut Nuno für die Inbetriebnahmephase sehr vielversprechend ist. Er merkte an: „Diese Bilder wurden innerhalb außergewöhnlich kurzer Zeit heruntergeladen und verarbeitet. Einige von uns erinnern sich daran, dass Sentinel-1B nach seinem Start innerhalb von zwei Stunden nach der Aktivierung seine ersten Radarbilder lieferte. Sentinel-1D hat dies in noch kürzerer Zeit geschafft und damit unserer Meinung nach einen neuen Rekord für Weltraumradare aufgestellt. Diese bemerkenswerte Leistung spiegelt das Engagement und die außergewöhnliche Vorbereitung aller beteiligten Teams wider.“
Radarinstrumente können die Erdoberfläche durch Wolken und Niederschläge hindurch abbilden, unabhängig vom Sonnenlicht, wodurch sie sich besonders gut für die Überwachung der Polarregionen eignen. Die Satelliten Sentinel-1C und -1D sind außerdem mit einem Instrument für das automatische Identifikationssystem (AIS) ausgestattet, wodurch die Fähigkeit der Mission zur Erkennung von Schiffen und Meeresverschmutzung verbessert wird. Das AIS von Sentinel-1D wurde ebenfalls aktiviert, als der Satellit über die Antarktis flog, um die Anwesenheit von Schiffen in diesen extremen Gebieten zu erfassen.

Erste Bilder zeigen die Fragilität der Gletscher

Die Antarktische Halbinsel ist Teil der größeren Halbinsel der Westantarktis und ragt 1300 km weit hinein. Es handelt sich um eine Eisdecke, die auf einer Reihe von Felseninseln ruht und deren Spitze nur 1000 km von der Südspitze Südamerikas entfernt ist. Die Eisdecke der Antarktischen Halbinsel ist eine der kleinsten Eisdecken der Antarktis, aber möglicherweise die am stärksten vom Klimawandel bedrohte, da ihre Gletscher klein sind und sich in einer Region befinden, die sich rapide erwärmt. Beobachtbare Veränderungen wie einstürzende Schelfeise, dünner werdende und schneller fließende Gletscher sind wichtige Indikatoren für den Klimawandel in der Region.
Dieses Bild ist in Schwarz-Weiß gehalten und zeigt den Kontrast zwischen dem Ozean und der eisigen Landschaft der Halbinsel.

Feuerland ist eine Inselgruppe vor der Südspitze des südamerikanischen Kontinents. Es umfasst Gebiete sowohl in Argentinien im Osten als auch in Chile im Westen und ist durch die Magellanstraße vom Festland getrennt. Der südlichste Punkt Feuerlands ist Kap Hoorn.
Die hellen Kontrastfarben in diesem Bild entstehen durch die Verwendung mehrerer Arten von Radarwellen, die als Polarisationen bezeichnet werden. In diesem Bild werden das Meer und die schneebedeckten Gipfel in Blautönen dargestellt, während das Land gelb erscheint.

Der Thwaites-Gletscher und der benachbarte Pine-Island-Gletscher befinden sich westlich der Antarktischen Halbinsel. Beide sind anfällig für den Klimawandel. Thwaites ist einer der instabilsten Gletscher der Antarktis und von einem raschen Rückgang bedroht. Die Details auf diesem Bild von Sentinel-1D erinnern uns an die Fragilität der Gletscher in der Antarktis. Da 2025 das Internationale Jahr der Gletschererhaltung der Vereinten Nationen ist, ist es an der Zeit, dieses Bild zu sehen, das am 6. November 2025 aufgenommen wurde.
Dieses Bild verwendet ebenfalls mehrere Radarpolarisierungen, um verbesserte Daten über die Landschaft zu erfassen. In diesem Bild ist das Meereis im Wasser in violetten oder purpurfarbenen Tönen zu sehen, während der Gletscher weiß erscheint.
Die Veröffentlichung dieser Bilder folgt auch auf die 30. Konferenz der Vertragsparteien (COP30), auf der die Folgen des Klimawandels und die erforderlichen Maßnahmen zu dessen Eindämmung diskutiert wurden. Der Klimastatusbericht der Weltorganisation für Meteorologie für die COP30 stellt fest, dass die Gletscher von Oktober 2023 bis September 2024 die größte Eismenge seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1950 verloren haben. Dem Bericht zufolge entspricht dies einem Anstieg des globalen mittleren Meeresspiegels um 1,2 mm. Der Bericht stellt außerdem fest, dass die Ausdehnung des antarktischen Meereises am 24. Februar 2025 den drittniedrigsten Stand seit Beginn der Satellitenaufzeichnungen im Jahr 1978 erreichte, wobei der niedrigste Stand im Jahr 2023 verzeichnet wurde.
Simonetta Cheli, Direktorin der Erdbeobachtungsprogramme der ESA, sagte: „Das ist eine großartige Leistung, und ich freue mich sehr über diese Ergebnisse von Sentinel-1D. Damit rücken die Daten, die wir von unseren innovativen Missionen erhalten, wirklich in den Mittelpunkt – Daten, auf die wir als Gesellschaft angewiesen sind, wenn wir weiterhin über den Klimawandel diskutieren und Maßnahmen dagegen ergreifen, und Daten, die wir für Anwendungen zum Verständnis und zur Erforschung unseres Planeten benötigen.
Das Sentinel-1-Team hat hervorragende Arbeit geleistet, und ich möchte allen Mitarbeitern der ESA sowie unseren Partnern in der Raumfahrtindustrie und den europäischen Institutionen für ihre hochwertige Arbeit danken. Es ist eine Ehre, diese Mission für das Erdbeobachtungsprogramm Copernicus durchzuführen, und wir danken der Kommission für ihre Unterstützung und Zusammenarbeit. Wir freuen uns auch darauf, die Sentinel-Missionen der Zukunft weiterzuentwickeln, um die Kapazitäten und das Potenzial von Copernicus für Europa weiter auszubauen.“

Der Projektleiter von Sentinel-1 bei der ESA, Ramón Torres, brachte den Stolz des gesamten Teams zum Ausdruck: „Die Veröffentlichung der ersten Bilder von Sentinel-1D ist für uns alle ein unglaublich emotionaler Meilenstein. Das Gefühl der Ehrfurcht und Erfüllung geht über die Aufregung des Starts selbst hinaus, denn diese atemberaubenden Bilder des SAR-Instruments lassen unsere harte Arbeit lebendig werden. Es sind nicht nur Bilder – sie sind der Beweis dafür, dass unsere Vision Wirklichkeit geworden ist, und unterstreichen, wie bahnbrechend diese Mission wirklich ist. Die Tatsache, dass diese atemberaubenden Bilder auch den einwandfreien Zustand und die fehlerfreie Funktion des Satelliten bestätigen, erfüllt uns mit Erleichterung und Freude. Und dass wir all dies in erstaunlich kurzer Zeit erreicht haben – nur etwas mehr als zwei Tage nach dem Start – macht diesen Moment für unser Team noch unvergesslicher.“

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• Sentinel-1D auf Ariane-62

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Quelle: Rheinmetall 11. September 2024.

11. September 2024 – Rheinmetall und der finnische Satellitenhersteller ICEYE weiten ihre Zusammenarbeit aus. Dazu haben beide Unternehmen eine entsprechende Kooperationsvereinbarung unterzeichnet.

In diesem Zuge sichert sich Rheinmetall exklusiv die Rechte zur Vermarktung der SAR-Satelliten (Synthetisches Apertur Radar) an militärische und staatliche Endkunden im deutschen wie im ungarischen Markt.

Im Juni 2024 hatte der Düsseldorfer Technologiekonzern bereits seine Beteiligung an der weltgrößten Flotte von Radar-Aufklärungssatelliten bekannt gegeben. Auf diesem Wege will Rheinmetall weltraumbasierte Aufklärungsdaten auf dem taktischen Gefechtsfeld nutzbar machen.

„Die Domäne Weltraum ist ein integraler Bestandteil der Verteidigungsstrategie und hat für unsere Kunden große Relevanz“, sagte Armin Papperger, Vorstandsvorsitzender der Rheinmetall AG. „Wir sind überzeugt, dass wir mit unseren kombinierten Fähigkeiten innovative Ansätze entwickeln können und in Zukunft maßgeschneiderte Lösungen für unsere militärischen Kunden bieten.“

SAR-Satelliten bieten gegenüber herkömmlichen Satelliten den Vorteil, dass sie unabhängig von Wetterbedingungen oder Tageszeit hochauflösende Bilder erzeugen können. Diese sind sehr detailliert und machen sogar kleinste Objekte auf der Erdoberfläche identifizierbar. Dies kann für die Streitkräfte entscheidende Vorteile bei Überwachung, Zielerfassung, Aufklärung oder die eigene Positionierung auf dem Gefechtsfeld bringen.

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• ICEYE Satelliten

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Quelle: Fraunhofer FHR 22. August 2024.

22. August 2024 – Durch Nutzung der Bewegung von Erde und Mond wurde mit der 34 Meter großen Antenne der TIRA-Anlage eine deutlich größere, virtuelle Antenne erzeugt und somit eine hohe Auflösung für die Abbildung erreicht. Mit diesem Verfahren zur Erzeugung einer synthetischen Antennenapertur (SAR, engl. Synthetic Aperture Radar) konnte eine zusammenhängende Abbildung der gesamten sichtbaren Mondoberfläche erzielt werden.

Ein neues Zielverfolgungsradar für die TIRA-Anlage
Die stetige Verbesserung der Fähigkeiten der Großradaranlage TIRA (Tracking and Imaging Radar) ist ein zentraler und wichtiger Anteil der Forschung beim Fraunhofer FHR. Bei der Weiterentwicklung der Signalverarbeitungssysteme des Zielverfolgungsradars wird konsequent das Konzept des Software-defined Radar verfolgt, um ein flexibles und zukunftsfähiges Forschungsinstrument zur Weltraumlageerfassung mit Radar zu schaffen.

Die Signalabtastung und die Signalerzeugung erfolgen dabei direkt im Mikrowellenbereich im L-Band bei 22 Zentimetern Wellenlänge, nahe am analogen Frontend der Antenne. Die weitergehende Verarbeitung der digitalisierten Signale findet in Echtzeit auf Grafikprozessoren mittels in Software definierter Verfahren statt. Dies ermöglicht eine flexible Implementierung innovativer Methoden und deren wissenschaftliche Nutzung.

In den letzten Wochen wurde mit der erfolgreichen Durchführung verschiedener Experimente ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung erreicht und ein Nachweis zur Eignung des vom Fraunhofer FHR entwickelten Gesamtsystemkonzepts erbracht.

Das erste Licht für das neue System
Beim ersten Experiment mit diesem neuen Instrument, dem sogenannten First Light oder ersten Licht, wurde zur Untersuchung der Systemstabilität eine Vermessung des Mondes durchgeführt. Dazu wurde der Mond durch den leistungsstarken Sender des TIRA mit der Antennenkeule der Cassegrain-Antenne beleuchtet und die von der Mondoberfläche reflektierten Echos wurden nach circa 2,6 Sekunden empfangen. Die Breite der Antennenkeule entspricht hierbei in etwa dem scheinbaren Durchmesser des Mondes.

Da der Mond für die Keule der Antenne wie ein einzelner Punkt erscheint und nicht aufgelöst von ihr wird, wurde insbesondere die Eigendrehung von Mond und Erde genutzt, um über einen Zeitraum von etwa 30 Minuten sozusagen virtuell eine viel größere Antenne, die sogenannte synthetische Apertur, aufzuspannen. In der Abbildung rechts ist diese synthetische Apertur (grün) mit der relativen Bewegung des TIRA (rot) zur Mondoberfläche dargestellt.

Zusammen mit der Entfernungsmessung des Radarsystems ergibt sich somit eine Abbildung der Mondoberfläche mit einer Auflösung im Bereich von 20 Metern. Die Reflexionen von der nördlichen und südlichen Oberfläche des Mondes überlagern sich dabei, da sie jeweils gleiche Entfernungen aufweisen. Diese beiden so entstehenden Bilder wurden mit dem Monopulssystem des Zielverfolgungsradars, das eine nachträgliche Formung der Antennenkeule ermöglicht, wieder getrennt. Bei dem Monopulssystem handelt es sich um eine Erregerantennengruppe in der Brennebene des Cassegrain-Reflektorsystems, die bei der Zielverfolgung zur präzisen Messung der Zielrichtung dient.

In den erzeugten SAR-Bildern der Mondhalbkugeln verläuft die synthetische Apertur horizontal, über die Vertikale von oben nach unten verläuft die Entfernung zum Radarsystem.

Aufgaben und Weiterentwicklung der Großradaranlage TIRA
Auf dem Wachtberg am Rhein südlich von Bonn betreibt das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR für das Bundesministerium der Verteidigung (BMVg) und die Bundesrepublik Deutschland die europaweit einzigartige Großradaranlage TIRA (Tracking and Imaging Radar) als Experimentalsensor zur Weltraumbeobachtung.

Durch die zunehmende Nutzung des Weltraums für militärische und zivile Anwendungen mit hoher Dichte auch immer kleinerer Satelliten ergeben sich neue Forschungsthemen bei der Frage, wie die nationale Infrastruktur durch Bildung eines umfassenden Weltraumlagebildes mittels Radar geschützt werden kann.

Zur Beantwortung dieser Frage entwickelt der Bereich Radar zur Weltraumlageerfassung (RWL) am Fraunhofer FHR die Großradaranlage TIRA regelmäßig weiter. Nachdem in den vergangenen Jahren die Antriebssysteme der in Azimut und Elevation vollbeweglichen Cassegrain-Antenne, die Sendeanlage des Zielverfolgungsradars sowie das die Gesamtanlage schützende Radom vollständig erneuert wurden, sind die Radarinstrumente zur Zielverfolgung und Zielabbildung Gegenstand der aktuellen Entwicklungsarbeiten.

Das hier im Fokus stehende empfindliche Puls-Doppler-Zielverfolgungsradar des TIRA im L‑Band wird mit seinem Monopulssystem bei der Beantwortung von Forschungsfragen zur Detektion, Diskriminierung, präzisen Bahnverfolgung und Bahnbestimmung von Satelliten und Raumfahrtrückständen im erdnahen (LEO) bis zum geostationären Orbit (GEO) bei Objektdurchmessern von wenigen Zentimetern eingesetzt. Dabei ermöglicht die hochdynamische Antenne eine lückenlose Zielverfolgung sichtbarer Bahnabschnitte.

Die gewonnenen Daten und Erkenntnisse aus den Beobachtungen von TIRA sind u.a. Grundlage für Kollisionsvorhersagen, der Analyse von Fragmentationsereignissen und Wiedereintrittsprognosen. Ein aktuelles Beispiel ist die Bahnvermessung und Radarabbildung des ISS-Batteriepacks während seines Wiedereintritts im März 2024. Auch bei der Planung und Durchführung von Missionen zur In-Orbit-Verbringung von Satelliten und der aktiven Beseitigung von Raumfahrtrückständen finden die aus den erhobenen Daten gezogenen Schlüsse Anwendung. Damit entsteht ein wichtiger Beitrag für die Sicherheit unserer nationalen Infrastruktur im Weltraum, in Zusammenarbeit mit Partnern wie dem ressortgemeinsamen Weltraumlagezentrum der Bundeswehr (WRLageZ), dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Europäischen Weltraumagentur (ESA).

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• Fraunhofer FHR

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Quelle: ESA 21. August 2024.

21. August 2024 – Die engste Annäherung an den Mond erfolgte am 19. August um 23:15 Uhr MESZ und führte Juice etwas mehr als 24 Stunden später, um 23:56 Uhr MESZ am 20. August, zur bisher engsten Annäherung an die Erde.

Als Juice gerade einmal 6840 km über Südostasien und dem Pazifik flog, nahm es mit seinen Überwachungskameras an Bord eine Reihe von Bildern auf und sammelte wissenschaftliche Daten mit acht seiner zehn Instrumente.

„Der Vorbeiflug mit Schwerkraftunterstützung war einwandfrei, alles verlief reibungslos, und wir waren begeistert, dass Juice der Erde so nahe kam“, sagt Ignacio Tanco, Raumfahrzeug-Betriebsleiter für die Mission.

Zweck des Vorbeiflugs war es, die Flugbahn von Juice im Weltraum umzulenken, indem die Schwerkraft zunächst des Mondes und dann der Erde genutzt wurden, um die Geschwindigkeit und Richtung des Raumfahrzeugs zu ändern.

Der Vorbeiflug am Mond erhöhte die Geschwindigkeit von Juice um 0,9 km/s relativ zur Sonne und lenkte Juice in Richtung Erde. Der Vorbeiflug an der Erde reduzierte die Geschwindigkeit von Juice um 4,8 km/s relativ zur Sonne und lenkte Juice auf eine neue Flugbahn in Richtung Venus.

Insgesamt wurde Juice durch den Vorbeiflug am Mond und an der Erde um einen Winkel von 100 °, im Vergleich zur Flugbahn vor diesem Vorbeiflug, umgelenkt.

Der von Natur aus riskante Vorbeiflug erforderte eine hochpräzise Echtzeitnavigation, spart der Mission dadurch aber rund 100-150 kg Treibstoff. Im Monat vor dem Vorbeiflug gaben die Betreiber der Raumsonde Juice leichte Anstöße, um sie auf genau die richtige Anflugbahn zu bringen. Danach verfolgten sie Juice zwischen dem 17. und 22. August rund um die Uhr.

Dank eines einwandfreien Ariane-5-Starts im April 2023 hat Juice etwas mehr Treibstoff in den Tanks, um dem Jupiter-Mond Ganymed näher zu kommen als ursprünglich geplant. Der Erfolg des Vorbeiflugs am Mond und an der Erde hat diesen wissenschaftlichen Bonus gesichert.

„Dank der sehr präzisen Navigation durch das Flugdynamik-Team von ESA ist es uns gelungen, nur einen winzigen Bruchteil des Treibstoffs zu verwenden, der für diesen Vorbeiflug reserviert war. Dadurch haben wir mehr Reserven für unerwartete Ereignisse oder um die Wissenschaftsmission zu verlängern, sobald wir Jupiter erreicht haben“, ergänzt Ignacio.

Ein erster Vorgeschmack auf die Wissenschaft im Weltraum
Während das Hauptziel darin bestand, die Flugbahn von Juice zu ändern, bot der Vorbeiflug an Mond und Erde auch eine Gelegenheit, die wissenschaftlichen Instrumente von Juice im Weltraum zu testen: alle zehn Insturmente wurden während des Vorbeiflugs am Mond eingeschaltet, und acht während des Vorbeiflugs an der Erde.

Geplant ist, in den nächsten Wochen Bilder und Spektren zu veröffentlichen, die von einigen der Juice-Instrumente aufgenommen wurden, sobald diese von der Raumsonde heruntergeladen und von den Instrumentenwissenschaftlern ausgewertet wurden. Dazu gehören auch hochauflösende Bilder vom Mond und der Erde, die von Juice ’s wissenschaftlicher Kamera JANUS aufgenommen wurden.

„Der Zeitpunkt und Ort dieses doppelten Vorbeiflugs ermöglicht es uns, das Verhalten der Juice-Instrumente gründlich zu studieren“, erklärt Claire Vallat, Juice-Operationswissenschaftlerin.

„Das alles passierte früh genug auf Juice’s Reise, dass wir die Daten nutzen können, um die Instrumente auf die Ankunft am Jupiter vorzubereiten. Und angesichts dessen, wie gut wir die physikalischen Eigenschaften der Erde, des Mondes und der umgebenden Weltraumumgebung kennen, ist es auch der ideale Ort, um zu verstehen, wie die Instrumente auf ein reales Ziel reagieren.“

Nächster Schritt: Venus
Dieser Vorbeiflug am Mond und an der Erde reduzierte tatsächlich die Energie von Juice und leitete sie in Richtung eines Treffens mit dem Planeten Venus im August 2025 um. Der Vorbeiflug an Venus wird Juice wieder in Richtung Erde bringen; die Sonde wird im September 2026 und im Januar 2029 wieder an unserem Heimatplaneten vorbeifliegen und zwei weitere Boosts gewinnen, bevor sie im Juli 2031 am Jupiter ankommt.

Über Juice
ESA Jupiter-Eismonde-Entdecker, „Juice“, ist die nächste kühne Mission der Menschheit zum äußeren Sonnensystem. Sie wird detaillierte Beobachtungen des Gasriesen Jupiter und seiner drei großen ozeanhaltigen Monde – Ganymed, Kallisto und Europa – durchführen.

Diese ehrgeizige Mission wird diese Monde mit einer leistungsstarken Suite von Fernerfassung, geophysikalischen und in-situ-Instrumenten charakterisieren, um mehr über diese faszinierenden Ziele als potenzielle Lebensräume für vergangenes oder gegenwärtiges Leben zu erfahren.

Juice wird die komplexe Magnet -, Strahlen- und Plasmaumgebung des Jupiters und deren Zusammenspiel mit den Monden genauestens beobachten und dabei das Jupitersystem als Archetyp für Gasriesensysteme im gesamten Universum untersuchen.

Juice startete im April 2023 mit einer Ariane 5 vom Europäischen Weltraumbahnhof in Kourou. Sie hat eine achtjährige Reise mit Vorbeiflügen an der Erde und an Venus, um zum Jupiter zu gelangen. Sie wird 35 Vorbeiflüge an den drei großen Monden machen, während sie den Jupiter umkreist, bevor sie ihre Umlaufbahn zu Ganymed ändert.

Juice ist eine Mission unter ESA Führung mit Beiträgen von NASA, JAXA und der israelischen Raumfahrtagentur. Es ist die erste Großmission im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Universität Augsburg 6. August 2024.

6. August 2024 – Etwa 80 bis 120 Kilometer über der Erdoberfläche wird die Luft so dünn, dass dieser Höhenbereich oft als Grenze zum Weltraum bezeichnet wird. Dennoch hat diese Atmosphärenschicht eine enorme Bedeutung – einerseits für den Flug von Satelliten und andererseits für das Erdklima. Die Universitäten Augsburg und Bern sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wollen diesen Grenzbereich nun genauer untersuchen. Die DFG und die SNSF fördern das auf den Namen GIGAWATT getaufte Projekt mit insgesamt 1,2 Millionen Euro.

Das GIGAWATT-Projekt nimmt eine bestimmte Sorte von Strömungen genauer unter die Lupe, die sogenannten atmosphärischen Schwerewellen. Diese entstehen häufig in den unteren Luftschichten und pflanzen sich von dort bis in über 100 Kilometer Höhe fort – ähnlich wie Meereswellen, nur dass sie nicht nur horizontal, sondern vor allem auch vertikal verlaufen. Im Grenzbereich zwischen Atmosphäre und All brechen die Schwerewellen und verursachen dabei chaotische Verwirbelungen.

Dieser Vorgang ist es, der die Forschenden vor allem interessiert. Denn das Schicksal der Schwerewellen hat Auswirkungen auf unser Klima. „Die Wellen stellen gewissermaßen die Weichen für die großen erdumspannenden Strömungssysteme“, erklärt Michael Bittner, Professor für Atmosphärenfernerkundung an der Universität Augsburg. „Darunter sind beispielsweise die hochliegenden Windsysteme, die den Luftaustausch zwischen den Polen der Erde steuern. In Klimamodellen wird die Wirkung von Schwerewellen bislang aber nur sehr ungenau abgebildet.“

Ein Grund: Zwar ist die Ausbreitung und Brechung der Wellen physikalisch gut verstanden. Die Gleichungssysteme, die diese Prozesse beschreiben, sind aber so komplex, dass sie sich auch mit den schnellsten Supercomputern nicht lösen lassen. Forschende behelfen sich daher mit Näherungen, sogenannten Parametrisierungen, um den Werdegang der Wellen zu modellieren. „Damit diese Modelle ein realistisches Ergebnis liefern, muss man sie aber mit möglichst exakten Ausgangsdaten füttern“, erläutert Bittners Mitarbeiter Dr. Patrick Hannawald.

Radarsysteme und optische Kameras in den Alpen
Soll heißen: Man muss wissen, wo sich die Wellen aktuell befinden und wie sie sich verhalten, um ihren Verlauf in die Zukunft extrapolieren zu können. Und je genauer man das weiß, desto besser wird das Ergebnis. Doch bislang ist es nur sehr schwer möglich, die Wellen in der Grenzschicht zwischen Atmosphäre und All aufzuspüren. Genau hier setzt das neue Projekt an: Die beteiligten Arbeitsgruppen möchten die Schwerewellen mit verschiedenen Methoden exakter sichtbar machen. „Dazu werden wir zusammen mit unseren Projektpartnern in den deutschen und schweizer Alpen Radarsysteme installieren und zugleich optische Kameras aufbauen“, sagt Hannawald. „Damit lassen sich dann sogenannte tomografische Messungen durchführen.“

Mit diesem Ansatz lassen sich die Wellenfronten in ihrer dreidimensionalen Ausdehnung sichtbar machen. Die Beteiligten nutzen dazu ein Phänomen, das als Airglow bekannt ist: Die Moleküle in der oberen Atmosphäre werden durch die energiereiche Strahlung der Sonne angeregt, so dass sie permanent schwach leuchten. Vom Weltall aus ist dieses Glühen mit bloßem Auge zu sehen. Mit den Kameras soll das auch vom Boden möglich werden. Bereiche mit einem höheren Luftdruck – die Wellenberge, wenn man so will – leuchten dabei besonders stark. „Aus den Intensitätsmustern lässt sich daher auf den Verlauf der Wellen schließen“, erklärt der Augsburger Wissenschaftler.

So werden in den Aufnahmen oft charakteristische Strukturen sichtbar, ähnlich wie Rippeln in einem Sandstrand bei Ebbe. Wenn die Wellen brechen, hinterlassen sie zudem in den Fotos eine Art „Gischtspur“. Diese Ergebnisse sind nicht nur für die Klimaforschung relevant, sondern auch für einen ganz anderen Bereich. „Momentan nimmt die Zahl der Satelliten im erdnahen Orbit rasant zu“, sagt Prof. Bittner. „Dort etabliert sich gerade ein neues Industriegebiet. Die Flugkörper haben aber nur eine begrenze Lebensdauer – irgendwann fliegen sie immer niedriger und niedriger und stürzen schließlich ab.“

Wenn sie bei diesem Prozess mit einer Geschwindigkeit von mehreren Kilometern pro Sekunde in die oberste Atmosphärenschicht eintauchen, werden sie erheblich abgebremst. „Gerade in den Bereichen, in denen die Schwerewellen brechen, werden die Satelliten so stark durchgeschüttelt wie ein Auto auf einer Piste mit Schlaglöchern“, verdeutlicht Bittner. Das ist einer der Gründe, warum die Bahn der High-Tech-Flugkörper sich bislang nicht gut vorhersagen lässt.

Die GIGAWATT-Ergebnisse könnten auch hier Fortschritte ermöglichen. Vielleicht wird es auf ihrer Basis irgendwann möglich sein, Satelliten am Ende ihrer Lebenszeit gezielt so abstürzen zu lassen, dass die Trümmer im Meer landen – und nicht über bewohntem Gebiet niedergehen.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Swiss National Science Foundation (SNSF) fördern das GIGAWATT-Projekt in den kommenden drei Jahren mit insgesamt 1,2 Millionen Euro.

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• Planet Erde

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Quelle: ESA 15. Juli 2024.

15. Juli 2024 – Es ist eine doppelte Weltpremiere. Der erste Vorbeiflug an Mond und Erde sowie das erste Doppelmanöver zur Schwerkraftumlenkung. Dabei werden die Geschwindigkeit und Richtung von Juice geändert, um ihren Kurs durch den Weltraum zu modifizieren, doch es ist ein gewagtes Unterfangen; der kleinste Fehler könnte Juice vom Kurs abbringen und das Ende der Mission bedeuten.

Nach dem Start von Juice im April 2023 ist dieser Vorbeiflug an Mond und Erde der erste Schritt im „Walzer“ der Sonde durch das Sonnensystem auf ihrer Reise zum Jupiter.
Während des Vorbeiflugs wird die Anziehungskraft der Erde die Bahn von Juice durch den Weltraum krümmen, sie sozusagen „abbremsen“ und auf den Kurs für einen Vorbeiflug an der Venus im August 2025 umleiten. Von diesem Moment an werden die Energieschübe beginnen, Juice wird von der Venus und dann zweimal von der Erde beschleunigt – das Weltraum-Äquivalent zum Trinken von drei Espressi hintereinander.

Wozu braucht man das alles?
Jupiter ist im Durchschnitt „nur“ 800 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Ohne eine riesige Rakete zur Verfügung würde der direkte Transport von Juice zum Riesenplaneten 60 000 kg Treibstoff an Bord erfordern, ein Ding der Unmöglichkeit. Darüber hinaus müsste Juice eine enorme zusätzliche Menge an Treibstoff mitführen, um sich selbst genug abzubremsen, damit sie nach ihrer Ankunft in eine Umlaufbahn um den Jupiter gelangen kann, anstatt einfach vorbeizuschnellen und ins Weltall hinauszutreiben.

Juice nimmt also die „touristische“ Route durchs Sonnensystem und nutzt die Schwerkraft anderer Planeten, um ihre Bahn durch den Weltraum sorgfältig anzupassen und sicherzustellen, dass sie mit der richtigen Geschwindigkeit und Richtung am Jupiter ankommt. Diese unglaublich komplexe, sich ständig weiterentwickelnde Route hat das engagierte Missionsanalyse-Team von Juice in den letzten 20 Jahren sorgfältig geplant.

Es erscheint kontraintuitiv, dass die Verlangsamung von Juice durch den Mond-Erde-Vorbeiflug an diesem Punkt der Reise effizienter ist als eine Beschleunigung durch den Vorbeiflug. Hätten wir diesen Vorbeiflug genutzt, um Juice einen Schub in Richtung Mars zu geben, hätten wir jedoch lange auf den nächsten planetaren Vorbeiflug warten müssen. Dieses erste „Brems“- Manöver ist also eine Möglichkeit, eine Abkürzung durch das innere Sonnensystem zu nehmen.

Wie funktioniert das Ganze?
Das Flugkontrollteam der Mission hat die Flugbahn von Juice bereits angepasst, um sicherzustellen, dass sie zuerst den Mond erreicht, dann einen Tag später die Erde und zwar genau zur richtigen Zeit, mit der richtigen Geschwindigkeit und in der richtigen Richtung. Obwohl alle zuversichtlich sind, dass das Manöver erfolgreich sein wird, ist es eine große Herausforderung, vor der bisher noch keine andere Weltraummission stand.

Der Flugdirektor von Juice, Ignacio Tanco, sagt: „Es ist, als würde man einen sehr schmalen Korridor sehr, sehr schnell durchqueren: auf Maximum zu beschleunigen, während die Fahrbahnkante gerade mal Millimeter entfernt ist.“

Juice wird sowohl dem Mond als auch der Erde extrem nahekommen, sodass bei allen Navigationsmanövern Genauigkeit in Echtzeit erforderlich ist. Vom 17.-22. August steht Juice in ständigem Kontakt mit Bodenstationen auf der ganzen Welt. In jeder Sekunde des Weges, bei Tag und Nacht, werden die Kontrollteams die Daten von Juice sorgfältig überwachen und auch kleinste Anpassungen vornehmen, wenn sie erforderlich sind, um die Sonde auf dem richtigen Kurs zu halten.

Bonus-Wissenschaft!
Als ob es nicht ausreichen würde, Juice um zwei enorme Hürden im All zu lenken, wird die ESA noch dazu zehn wissenschaftliche Instrumente an Bord des Raumfahrzeugs aktivieren, während es an Mond und Erde vorbeizieht.

Der Vorbeiflug an Mond und Erde bietet Instrumententeams eine erstklassige Testumgebung, um erstmals Daten von einer realen Oberfläche im Weltraum zu sammeln und zu analysieren. Für einige Instrumente ist dies die einzige Gelegenheit, während Juices gesamter achtjähriger Reise zum Jupiter bestimmte Messungen vorzunehmen. Sie wird Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen die Möglichkeit geben, ihre Instrumente zu kalibrieren, verbleibende Probleme zu lösen, und wer weiß, sie könnten sogar einige überraschende wissenschaftliche Entdeckungen machen.

Der Vorbeiflug an Mond und Erde ist besonders wichtig für das Radar zur Erforschung eisiger Monde (RIME) an Bord – die RIME-Daten werden durch ein elektronisches Rauschen an Bord gestört.

Der Vorbeiflug am Mond am 19. August ist für das RIME-Team eine von nur wenigen Gelegenheiten vor der Ankunft am Jupiter, um zu überprüfen, wie sich dieses Rauschen auf die Leistung des Instruments auswirkt. Während der nächsten Annäherung an den Mond wird RIME acht Minuten Zeit haben, um alleine zu beobachten, während die anderen Instrumente entweder ausgeschaltet oder in den Ruhemodus versetzt werden. Basierend auf diesen Beobachtungen wird das RIME-Team an einem Algorithmus arbeiten, um das Rauschproblem zu beheben.

Wie können Sie alles mitverfolgen?
Ein paar Glückliche können Juice wahrscheinlich beobachten, während die Sonde direkt über Südostasien und den Pazifik fliegt. Ein leistungsstarkes Fernglas oder ein Teleskop geben Ihnen die beste Chance, das Raumfahrzeug zu sehen. Trajektoriendaten finden Sie hier.

Währenddessen werden die beiden Bordkameras von Juice während des gesamten Vorbeiflugs an Mond und Erde Fotos aufnehmen, die wir über die sozialen Medien und unseren Rocket Science-Blog veröffentlichen werden, sobald sie auf der Erde empfangen werden.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: TROPOS 28. Juni 2024.

JAXA/NICT/ESA. Weniger als einen Monat nach seinem Start hat der EarthCARE-Satellit von ESA und JAXA das erste Bild eines seiner Instrumente geliefert – ein Bild, das zum ersten Mal aus dem Weltraum die innere Struktur und Dynamik von Wolken enthüllt. Die Dynamik, also die vertikalen Bewegungen in Wolken, konnten bisher noch nicht aus dem Weltraum untersucht werden. Dieses erste Bild, das vom Wolkenprofilradar (Cloud Profiling Radar (CPR)) des Satelliten beim Flug über Japan aufgenommen wurde, gibt einen kleinen Einblick in das volle Potenzial des Instruments, das es bietet sobald es vollständig kalibriert sein wird. Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) unterstützt die Kalibrierung dieses Instruments zusammen mit vielen ACTRIS-Partnern in Europa durch Vergleichsmessungen mit Wolkenradaren am Boden.

EarthCARE ist mit vier hochentwickelten Instrumenten ausgestattet, die so konzipiert wurden, dass sie zusammenarbeiten, um neue Erkenntnisse über die Rolle von Wolken und Aerosolen bei der Erwärmung und Abkühlung der Erdatmosphäre zu gewinnen und damit zu einem besseren Verständnis des Klimawandels beizutragen.

EarthCARE wurde am 29. Mai gestartet und hat jetzt das erste Bild des Wolkenprofil-Radargeräts geliefert, das von der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA zur Verfügung gestellt wurde.
Die ersten Daten der drei europäischen Instrumente des Satelliten – des Breitbandradiometers, des atmosphärischen Lidars und des multispektralen Bildgebers – werden in den nächsten Wochen und Monaten erwartet. Die Forschenden am TROPOS sind auf die Inbetriebnahme dieser Instrumente bereits gespannt, weil sie dafür spezielle Software, sogenannte Prozessoren, entwickelt haben.

Takuji Kubota, Missionswissenschaftler der JAXA für das Wolkenprofilradar, sagte: „Wir freuen uns sehr, dieses erste Bild präsentieren zu können, das Details über die innere Struktur der Wolkendynamik über dem Ozean östlich von Japan am 13. Juni zeigt. Dies ist das erste Bild seiner Art – wir haben diese Art von Informationen noch nie aus dem Weltraum gemessen. Es ist alles, was wir uns erhofft haben, und noch mehr. Ich bin überzeugt, dass das Wolkenprofilradar verschiedene wissenschaftliche Entdeckungen bringen wird.“

Das Bild wird in zwei Teilen angezeigt: Auf der linken Seite zeigen die Daten die vertikale Konzentration von Wolkenpartikeln, gemessen als Radarreflexionsvermögen. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich der dichtere Teil der Wolke in ihrem Zentrum befindet, wo es mehr größere Partikel gibt. Auf der rechten Seite sehen wir die Fallgeschwindigkeit der Wolkenpartikel. Die niedrigen Werte in der oberen Schicht weisen auf Eiskristalle und Schneeflocken hin, die in der Schwebe sind oder langsam fallen. In der darunter liegenden Schicht deuten die viel höheren Fallgeschwindigkeitswerte auf Regen hin. Beide Bilder zeigen eine klare Grenze in etwa 5 km Höhe, wo Eis und Schnee schmelzen und Wassertröpfchen bilden, die als Regen fallen. Das Wolkenprofilradar nutzt seine Doppler-Geschwindigkeit, um die vertikale Bewegungsgeschwindigkeit von Eis, Schnee und Regen zu messen.
Diese detaillierten Informationen über die Dichte, die Verteilung nach Größe und die Geschwindigkeit der Partikel ermöglichen es den Wissenschaftlern, die Bestandteile der Wolken zu unterscheiden und so ihre Physik besser zu verstehen. Dank EarthCARE ist dies das erste Mal, dass eine solche Messung aus dem Weltraum durchgeführt wurde. Konventionell konnten diese Daten bisher nur durch Wolkenradar am Boden oder in Flugzeugen gewonnen werden. Mit diesen Methoden können nur begrenzte Gebiete gemessen werden. Mit dem Wolkenprofilradar an Bord des EarthCARE-Satelliten kann die Wolkenstruktur jedoch gleichmäßig über den gesamten Planeten gemessen werden.

Die Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme der ESA, Simonetta Cheli, fügte hinzu: „Dies ist ein fantastisches erstes Ergebnis unserer JAXA-Partner und ein Vorgeschmack darauf, was wir in Zukunft erwarten können, wenn der Satellit und alle seine Instrumente vollständig kalibriert und in Betrieb genommen sind. Wir freuen uns nun auf die ersten Ergebnisse der anderen drei Instrumente von EarthCARE. Der Schlüssel zu dieser Mission liegt darin, dass alle vier Instrumente zusammenarbeiten, um uns ein ganzheitliches Verständnis der hochkomplexen Wechselwirkungen zwischen Wolken, Aerosolen, einfallender Sonnenstrahlung und ausgehender Wärmestrahlung zu vermitteln, damit wir künftige Klimatrends besser vorhersagen können.“

Eine sorgfältige Validierung der Messungen ist erforderlich, um die ehrgeizigen wissenschaftlichen Ziele der EarthCARE-Mission zu erreichen. Eine große Rolle spielt dabei die europäische Forschungsinfrastruktur ACTRIS (Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure). Die ACTRIS-Fernerkundungsstationen sind für diesen Zweck bestens gerüstet: Die Standardausrüstung, bestehend aus einem Hochleistungs-Lidar und einem Sonnen-Photometer für Aerosolmessungen sowie einem Doppler-Radar und einem Mikrowellenradiometer für Wolkenmessungen, ermöglicht zusammen mit dem Qualitätssicherungskonzept von ACTRIS eine detaillierte Überprüfung aller EarthCARE-Aerosol- und Wolkenprodukte. „Arbeitsabläufe für die Beobachtung, die Datenverarbeitung und die Bereitstellung von Daten in nahezu Echtzeit wurden bereits entwickelt und ausgiebig getestet. Für diesen Sommer organisieren wir eine EarthCARE-Validierungskampagne mit über 40 Stationen, die mehrere Monate dauern soll“, blickt Dr. Holger Baars vom TROPOS voraus, der die Kampagne koordiniert. Daran beteiligt sein werden neben den TROPOS-Stationen in Leipzig (Deutschland), Mindelo (Cabo Verde) und Duschanbe (Tadschikistan) auch viele ACTRIS-Stationen in ganz Europa.

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• EarthCARE auf Falcon 9

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Quelle: Rheinmetall 13. Juni 2024.

13. Juni 2024 – Der Düsseldorfer Technologiekonzern Rheinmetall, ein führender Anbieter von innovativen Technologielösungen, erschließt neue Geschäftsfelder in der Dimension Space. Erste konzeptionelle Ansätze sind jetzt auf der „Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung“ – ILA 2024 – in Berlin vorgestellt worden. Darüber hinaus exploriert Rheinmetall verschiedene Bereiche des NewSpace Marktes.

Für Rheinmetall liegt der Fokus in der Domäne Space vor allem auf der Integration und Nutzbarmachung von weltraumbasierten Aufklärungsdaten im taktischen Gefechtsfeld. Um dabei den individuellen Bedürfnissen seiner militärischen Kunden gerecht zu werden, arbeitet der Konzern an maßgeschneiderten Lösungen für taktische Fahrzeuge. Durch die Zusammenarbeit mit ausgewählten Partnerunternehmen werden hochmoderne Technologien und Dienstleistungen aus dem Raumfahrtsektor für den Verteidigungssektor bereitgestellt.

In die aktuelle Strategie von Rheinmetall eingebettet ist ein Investment in das Unternehmen ICEYE, internationaler Marktführer für LEO-SAR Satelliten (SAR: synthetic aperture radar). Ausgeführt wurde die Investition von Rheinmetalls Tochtergesellschaft Rheinmetall Nordic.

„Die Domäne Weltraum ist ein integraler Bestandteil der Verteidigungsstrategie und hat für unsere Kunden große Relevanz.“, so Armin Papperger, Vorstandsvorsitzender der Rheinmetall AG. „Wir sind überzeugt, dass wir mit unseren kombinierten Fähigkeiten innovative Ansätze entwickeln können und in Zukunft maßgeschneiderte Lösungen für unsere militärischen Kunden bieten.“

Über Rheinmetall:
Die Rheinmetall AG mit Sitz in Düsseldorf ist ein Technologiekonzern, der rund 30.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an 167 Standorten weltweit beschäftigt. Das Unternehmen erzielte 2023 einen Umsatz von 7,2 Mrd. EUR. Rheinmetall ist ein führendes internationales Systemhaus der Verteidigungsindustrie und zugleich Treiber zukunftsweisender technologischer und industrieller Innovationen auf den zivilen Märkten. Die Ausrichtung auf Nachhaltigkeit ist integraler Bestandteil der Rheinmetall-Strategie.

Über ICEYE:
Das mit seinem Hauptsitz in Finnland beheimatete Unternehmen ICEYE bietet Fähigkeiten zur permanenten Erdbeobachtung, um Veränderungen an jedem Ort der Erde schneller und genauer zu erkennen und darauf zu reagieren. ICEYE verfügt über die weltweit größte SAR-Satellitenkonstellation (synthetic aperture radar) und liefert objektive Erkenntnisse und Daten nahezu in Echtzeit, Tag und Nacht und unter schwierigen Umweltbedingungen. Als zuverlässiger Partner von Regierungen und Wirtschaftsunternehmen ermöglicht ICEYE Entscheidungsfindungen, die zur Widerstandsfähigkeit von Gemeinschaften und zur nachhaltigen Entwicklung beitragen. ICEYE ist mit über 700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern international tätig und unterhält Niederlassungen in Finnland, Polen, Spanien, dem Vereinigten Königreich und den USA.

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• ILA Berlin

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Quelle: Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL 4. Juni 2024.

4. Juni 2024 – Francesca Carletti holt mit dem Hammer aus. Immer tiefer treibt sie die Wasserwertsonde in den Schnee, um das Schneewasseräquivalent (SWE, siehe Kasten) zu bestimmen. Dies ist nur ein Teil der vielen Daten, die sie an diesem sonnigen Märztag auf dem Versuchsfeld Weissfluhjoch bei Davos misst. Ihr Ziel: eine Strategie zu entwickeln, die den Beginn und die Menge der Schneeschmelze genauer anzeigt. Angesichts des Klimawandels werde dies immer wichtiger, erklärt die Doktorandin am WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF: «Derzeit wird der Höhepunkt der Schmelze je nach Modell oft für einen zu frühen oder zu späten Zeitpunkt vorhergesagt.»

Genauere Angaben zum Beginn der Schneeschmelze und der zu erwartenden Menge Wasser sind wichtig, um Infrastrukturen zu schützen und menschliche Aktivitäten zu planen. Auch Teile der Wirtschaft profitieren, beispielsweise Stromerzeuger und der Agrarsektor. «Es hilft zudem bei der Hochwasserwarnung und ebenso, die Bedingungen für Nassschneelawinen zu ermitteln», ergänzt die Wissenschafterin.

Um ihr Ziel zu erreichen, graben Carletti und ihre Kollegen Löcher und messen darin die Eigenschaften des Schnees. Ist der Schnee trocken, genügt ein solches Profil pro Woche. Ist er nass, graben und messen sie bis zu dreimal pro Woche. An diesem Tag im März halfen Francesca zwei Mitarbeitende aus anderen Forschungsgruppen des SLF. Zu dritt verbrachten sie zwei Stunden damit, zweieinhalb Meter tief zu graben. Dabei bewegten sie fast zwei Tonnen Schnee – und müssen diese Massen wieder in das Loch werfen, wenn Carletti fertig gemessen hat.

Sie geht einem Phänomen nach zwischen der Feuchtigkeit des Schnees und den Radarwellen, die dieser an den Satelliten Sentinel-1 reflektiert. Der Satellit sendet Radarwellen aus seiner Umlaufbahn zur Erdoberfläche und misst, wie viel davon zurückkommt. Etwa zweimal alle fünf Tage überfliegt er das Versuchsfeld Weissfluhjoch. Schon länger ist ein direkter Zusammenhang bekannt: Wird der Schnee nass, nimmt die Intensität der reflektierten Wellen ab. Noch vergleichsweise neu ist die Theorie, dass sie ihren tiefsten Punkt genau dann erreicht, wenn der Gehalt an flüssigem Wasser im Schnee (Liquid Water Content, LWC, siehe Kasten) am höchsten ist. Das Wasser beginnt dann, in Bäche, Flüsse und Seen abzufliessen. «Wir wollen diesen Zusammenhang nachweisen», erklärt Carletti. Gelingt ihr das, könnten die Satellitendaten in Zukunft dazu dienen, Wasserressourcen einzuschätzen, nicht nur für die Schweiz, sondern weltweit. Beispielsweise können Betreiber von Wasserkraftwerken auf Basis dieser Daten besser planen, wann sie ihre Rückhaltebecken auffüllen.

Noch steht Carletti allerdings regelmässig in einem tiefen Schneeloch, klettert eine Leiter hoch und runter, steckt mehr als ein Dutzend Thermometer in die Schneewand. Mit einer Präzisionswaage bestimmt sie die Dichte des Schnees und wie sich diese vom oberen Rand ihres Lochs bis zum Boden verändert. Für den LWC verwendet sie eine spezielle Sonde, die Techniker am SLF entwickelt haben und die sie in regelmässigen, vertikalen Abständen in die Schneewand einführt.

Der Winter 2023/24 ist bereits die zweite Saison, in der sie misst – und sie ist zuversichtlich, dass sie den Zusammenhang zwischen Satellitendaten und Prozessen bei der Schneeschmelze nachweisen kann: «Bis jetzt habe ich gute Ergebnisse, was die Übereinstimmung angeht.»

Was ist … das Schneewasseräquivalent (SWE)?
Eine Schneedecke besteht aus zahlreichen Schichten mehr oder weniger stark zusammengepressten (dichten) Schnees. Das Schneewasseräquivalent gibt an, wie hoch eine Wasserschicht nach dem Schmelzen der Schneedecke wäre, angegeben in Millimeter. Jeder Millimeter entspricht einem Liter Wasser pro Quadratmeter Schneedecke. Ein Zentimeter Neuschnee mit einer typischen Dichte von hundert Kilogramm pro Kubikmeter kg/m³ ergibt einen Millimeter Wasser. Ein Beispiel: Mitte April 2024 betrug die mittlere Dichte der Schneedecke auf dem Versuchsfeld Weissfluhjoch 416 Kilogramm pro Kubikmeter, was bei einer Schneehöhe von 2,7 Metern einem Wasserwert von rund 1100 Millimetern beziehungsweise 1100 Liter Wasser pro Quadratmeter entspricht.

Was ist … der Wassergehalt (Liquid Water Content, LWC)?
Schnee besteht aus festem Wasser. In einer Schneedecke kann jedoch gleichzeitig sowohl gefrorenes, festes als auch flüssiges Wasser vorkommen. Der Flüssigwassergehalt (Englisch: Liquid Water Content, kurz LWC) gibt den prozentualen Anteil des flüssigen Wassers in einer Schneedecke an. Bei null Prozent ist der Schnee trocken, eine feuchte Schneedecke kommt auf Werte von bis zu vier Prozent, Nassschnee hat einen Wert um die 20 Prozent.

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• Planet Erde

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Quelle: Airbus Defence and Space 29. Mai 2024.

Friedrichshafen, 29. Mai 2024 – Der von Airbus gebaute Klimasatellit EarthCARE ist erfolgreich vom Militärstützpunkt Vandenberg in Kalifornien gestartet. EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) ist ein Gemeinschaftsprojekt der europäischen und japanischen Raumfahrtagenturen (ESA und JAXA). Der Satellit wird untersuchen, welche Rolle Wolken und Aerosole (winzige atmosphärische Partikel) bei der Reflexion der Sonnenstrahlung in den Weltraum (d. h. bei der Abkühlung der Atmosphäre) und beim Einfangen der von der Erdoberfläche ausgesandten Infrarotstrahlung (d. h. bei der Aufheizung der Atmosphäre) spielen.

„EarthCARE ist die größte und komplexeste Earth Explorer-Sonde der ESA – eine Leuchtturmmission, deren Daten dazu beitragen werden, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Klima- und numerischen Wettervorhersagemodellen zu verbessern“, sagte Alain Fauré, Leiter von Space Systems bei Airbus. „Die internationale Zusammenarbeit war entscheidend, denn mehr als 200 Forschungsinstitute und 45 Unternehmen in ganz Europa arbeiteten für den Bau dieses Raumfahrzeugs Hand in Hand.“

EarthCARE wird vertikale Profile natürlicher und vom Menschen verursachter Aerosole erstellen, die Verteilung von Wassertröpfchen und Eiskristallen sowie deren Transport in Wolken erfassen und wesentliche Beiträge zur Verbesserung der Modellierung der Klimaerwärmung und der Wettervorhersage liefern. Aerosole beeinflussen den Lebenszyklus von Wolken und tragen somit indirekt dazu bei, wie sie Strahlung abgeben – ihre Messung wird ein besseres Verständnis des Energiehaushalts der Erde ermöglichen.

Instrumentelle Zusammenarbeit: eine Mission, zwei Agenturen, vier Instrumente
Die Sonde wurde unter Beteiligung von Experten aus 15 europäischen Ländern sowie aus Japan und Kanada unter der Leitung von Airbus in Friedrichshafen entwickelt, gebaut und getestet.

Das von Airbus gebaute Atmosphären-Lidar ATLID ist eines der vier Instrumente auf dem EarthCARE-Satelliten und liefert vertikale Profile von Aerosolen und dünnen Wolken. ATLID ist nach Aeolus das zweite weltraumgestützte Ultraviolett-Lidar aus Europa und macht Airbus zu einem weltweiten Spezialisten für weltraumgestützte Lidare.

Der Satellit umfasst auch ein Breitband-Radiometer, das von der ESA mit Hilfe der europäischen Industrie entwickelt wurde, sowie einen Multi-Spectral Imager von der Airbus-Tochter Surrey Satellite Technology Limited und ein Wolkenprofil-Radar der von der JAXA entwickelt wurde.

Diese einzigartige Kombination von Instrumenten wird es den Wissenschaftlern zum ersten Mal ermöglichen, die Rolle von Wolken und Aerosolen auf den Strahlungshaushalt der Erde mit einem integrierten Satellitensystem direkt zu bewerten und so die derzeitigen Unsicherheiten zu verringern.

EarthCARE wird die Erde in einer sonnensynchronen 400-km-Polarumlaufbahn umkreisen und dabei den Äquator am frühen Nachmittag überqueren, um die Tageslichtbedingungen optimal nutzen zu können. Mit einem Gewicht von 2,3 Tonnen und einer Länge von 18 Metern wird EarthCARE nach der Installation des Solarpanels und des CPR-Instruments mindestens drei Jahre lang im Einsatz sein.

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• EarthCARE auf Falcon 9

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Quelle: ESA 29. Mai 2024.

29. Mai 2024 – Der ESA-Satellit EarthCARE, der mit seinen vier hochmodernen Instrumenten unser Verständnis davon revolutionieren soll, wie sich Wolken und Aerosole auf unser Klima auswirken, wurde gestartet.

Nur 10 Minuten nach seiner Reise trennte sich der Satellit von der Rakete und um 01:14 Uhr MESZ empfing die Bodenstation Hartebeesthoek in Südafrika das alles entscheidende Signal, das darauf hinweist, dass sich EarthCARE sicher in einer Umlaufbahn um die Erde befindet.

Da sich die Klimakrise zunehmend verschärft, wird der Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer der ESA, kurz EarthCARE, entscheidende Informationen liefern, um neue Erkenntnisse über die komplexen Wechselwirkungen zwischen Wolken, Aerosolen und Strahlung innerhalb der Erdatmosphäre zu gewinnen.

Diese spannende neue Mission ist ein gemeinsames Unternehmen der ESA und der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und wurde von einem Konsortium aus mehr als 75 Unternehmen unter Airbus als Hauptauftragnehmer entworfen und gebaut.

Simonetta Cheli, ESA-Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme, erklärte: „EarthCARE ist die bisher komplexeste Forschungsmission der ESA. Die Entwicklung und der heutige Start sind der engen Zusammenarbeit mit unseren JAXA-Partnern, die das Radarinstrument zur Wolkenprofilierung des Satelliten beigesteuert haben, und allen beteiligten Teams der Raumfahrtindustrie zu verdanken. Die Mission kommt zu einem kritischen Zeitpunkt, da die Weiterentwicklung unserer wissenschaftlichen Erkenntnisse wichtiger denn je ist, um den Klimawandel zu verstehen und zu bekämpfen, und wir freuen uns sehr auf die ersten Daten.“

Eiichi Tomita, Projektleiter für das Cloud-Profiling-Radar der JAXA, fügte hinzu: „Die Erhöhung der Genauigkeit globaler Klimamodelle durch die Nutzung von EarthCARE-Daten wird es uns ermöglichen, das zukünftige Klima besser vorherzusagen und daher notwendige Entschärfungsmaßnahmen zu ergreifen. JAXA lieferte das Wolkenprofilradar – das weltweit erste Radar, das die Geschwindigkeit der Auf- und Abströmung innerhalb von Wolken messen kann. Wir erwarten, dass diese EarthCARE-Datenprodukte bemerkenswert sind.“

Der Satellit EarthCARE wird nun vom Europäischen Raumflugkontrollzentrum der ESA in Darmstadt aus gesteuert. In den nächsten Monaten werden die Controller die Mission im Rahmen der Inbetriebnahmephase sorgfältig überprüfen und kalibrieren.

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• EarthCARE auf Falcon 9

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Quelle: TROPOS 23. Mai 2024.

Leipzig, 23. Mai 2024. Die Vorbereitungen zum Start des neuen Erdbeobachtungsatelliten EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) Ende Mai laufen auf Hochtouren. Die gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumbehörde (ESA) und der japanischen Raumfahrtagentur (JAXA) soll Wolken, Aerosole und Strahlung so genau messen wie nie zuvor. Möglich wird das durch die Verknüpfung von vier hochmodernen Instrumenten. Einen wichtigen Beitrag dazu leisten drei sogenannte Prozessoren, die das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) zusammen mit Partnern entwickelt hat. Diese Algorithmen sind jetzt in einer Sonderausgabe des Fachjournals „Atmospheric Measurement Techniques“ ausführlich beschrieben worden.

Die neue Software ermöglicht es, Wolkeneigenschaften aus dem passiven Spektrometer (MSI), die Aerosol- und Wolkenschichtung aus dem aktiven, spektral hochauflösenden Lidar (ATLID) sowie synergetische Wolken- und Aerosolprodukte aus beiden Geräten abzuleiten. Damit diese Berechnungen über die verschiedenen Geräte hinweg funktionieren, wurde ein Aerosolklassifizierungsmodell (HETEAC) als Grundlage für die Aerosoltypisierung entwickelt.

EarthCARE wird erstmals ein spektral hochauflösendes Lidar und ein Doppler-Wolkenradar mit passiven Sensoren kombinieren und stellt damit die komplexeste Satellitenmission zur Erforschung von Aerosolen, Wolken und deren Strahlungswirkung dar, die jemals ins All gestartet wurde. Die Entwicklung von EarthCARE hat mehr als 15 Jahre gedauert und rund 800 Millionen Euro gekostet. Für die Wissenschaft bietet der Satellit große Möglichkeiten: Hochmoderne Technologie an Bord liefert eine Vielzahl von Daten, die die Genauigkeit von Klimamodellen verbessern und die numerische Wettervorhersage unterstützen sollen.

Der 17,2 Meter lange, 2,5 Meter breite, 3,5 Meter hohe und rund 2.200 Kilogramm schwere EarthCARE-Satellit wurde beim deutschen Hauptauftragnehmer Airbus in Friedrichshafen montiert, zusammen mit der ESA ausgiebig getestet und anschließend per Flugzeug nach Vandenberg (Kalifornien, USA) transportiert, wo er Ende Mai mit einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtkonzerns SpaceX in seinen Zielorbit in 393 Kilometer Höhe gebracht werden soll.

Der Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer (EarthCARE) ist mit vier Instrumenten ausgestattet: einem Doppler-Wolkenradar, einem Lidar mit hoher spektraler Auflösung, einem abbildenden Spektrometer und einem Breitbandradiometer mit drei verschiedenen Blickrichtungen. Die Instrumente werden synergetische Beobachtungen von Aerosolen, Wolken, Strahlung und deren Wechselwirkungen mit noch nie dagewesener Genauigkeit liefern. Eines der Ziele der Mission ist es, die gemessenen und berechneten Strahlungsflüsse am Oberrand der Atmosphäre für eine 100 Quadratkilometer große Momentaufnahme mit einer Genauigkeit von 10 Watt pro Quadratmeter in Übereinstimmung zu bringen, was das Wissen über den globalen Strahlungsantrieb erheblich verbessern würde.

Die EarthCARE-Daten werden mit Hilfe einer ausgeklügelten Datenkette fast in Echtzeit (Near Real Time) berechnet. Das Lidar liefert vertikale Profile und damit einen Querschnitt der Atmosphäre entlang der Flugstrecke des Satelliten. Daraus leiten die am TROPOS entwickelten Algorithmen die Wolkenoberkante und die Höhe von Aerosolschichten, die z.B. aus Saharastaub oder Rauch großer Waldbrände bestehen können, ab (Wandinger et al., 2023b). Diese Algorithmen werden in der Fachsprache auch Prozessoren genannt und sind das Software-Herz der Datenauswertung. Ergänzend zum Lidar ermöglicht das abbildende Spektrometer die Charakterisierung der Atmosphäre durch ein horizontales, 150 km breites Abbild von Wolken- und Aerosoleigenschaften. Die mikro- und makrophysikalischen Wolkeneigenschaften wie z.B. die optische Dicke der Wolken, der Tropfenradius und die Wolkenhöhe werden mit einem weiteren am TROPOS entwickelten Prozessor bestimmt (Hünerbein et al., 2023, 2024; Docter et al., 2024; Mason et al., 2024). Der dritte am TROPOS entwickelte Prozessor kombiniert die höhenaufgelöste Information vom Lidar mit der horizontalen Information des Spektrometers, um damit ein verbessertes dreidimensionales Bild der Atmosphäre entlang der Flugstrecke des erdumlaufenden Satelliten zu gewinnen (Haarig et al., 2023).

Die Aerosolklassifizierung basiert in allen EarthCARE-Algorithmen auf dem HETEAC-Modell (Hybrid End-to-End Aerosol Classification) (Wandinger et al., 2023a). „Das vom TROPOS zusammen mit Partnern entwickelte Aerosolklassifizierungsmodell HETEAC spielt bei der Verarbeitung der Daten eine zentrale Rolle, weil es dafür sorgt, dass die Geräte sozusagen dieselbe Sprache sprechen und ihre Daten ein einheitliches Gesamtbild ergeben“, erklärt Dr. Ulla Wandinger vom TROPOS, die die Entwicklung dieses Modells geleitet hat. Aber auch in der Auswertung der Lidar- und Spektrometerdaten stecken mehrere Jahrzehnte Know-how an Wolken- und Aerosolbeobachtung vom TROPOS: „Die entwickelten Korrekturmechanismen in unseren Prozessoren werden dafür sorgen, dass sich die Qualität der Wolken- und Aerosoldaten deutlich verbessern wird“, berichtet Dr. Anja Hünerbein, die an der Auswertungssoftware für das passive Spektrometer entscheidend mitgearbeitet hat.

Forschende des TROPOS aus Leipzig haben aber nicht nur an der Software mitgearbeitet, sondern werden auch an der Überprüfung und Kalibrierung der Daten beteiligt sein. Denn eine sorgfältige Validierung der Messungen ist erforderlich, um die ehrgeizigen wissenschaftlichen Ziele der EarthCARE-Mission zu erreichen. Eine große Rolle spielt dabei die europäische Forschungsinfrastruktur ACTRIS (Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure). Die ACTRIS-Fernerkundungsstationen sind für diesen Zweck bestens gerüstet: Die Standardausrüstung, bestehend aus einem Hochleistungs-Lidar und einem Sonnen-Photometer für Aerosolmessungen sowie einem Doppler-Radar und einem Mikrowellenradiometer für Wolkenmessungen, ermöglicht zusammen mit dem Qualitätssicherungskonzept von ACTRIS eine detaillierte Überprüfung aller EarthCARE-Aerosol- und Wolkenprodukte. „Arbeitsabläufe für die Beobachtung, die Datenverarbeitung und die Bereitstellung von Daten in nahezu Echtzeit wurden bereits entwickelt und ausgiebig getestet. Für diesen Sommer organisieren wir eine Kampagne mit über 40 Stationen, die mehrere Monate dauern soll“, blickt Dr. Holger Baars vom TROPOS voraus, der die Kampagne koordiniert. Daran beteiligt sein werden neben den TROPOS-Stationen in Leipzig (Deutschland), Mindelo (Cabo Verde) und Duschanbe (Tadschikistan) auch viele ACTRIS-Stationen in ganz Europa.

Die umfangreichen Validierungsmaßnahmen von TROPOS und vielen internationalen Forschungsteams dienen dazu, die entwickelten Prozessoren und die damit bestimmten Messgrößen genau zu überprüfen. Erst dann ist wirklich klar, wie gut die Eigenschaften von Aerosolen und Wolken und deren Strahlungswirkung von EarthCARE bestimmt und wie die global gemessenen Daten für ein verbessertes Verständnis der Atmosphäre genutzt werden können. Europas neues „Auge“ im All wird erst mit Hilfe der Bodenstationen richtig scharf und so präzise wie nie zuvor auf die komplizierten Wechselwirkungen zwischen Wolken, Aerosolen und Strahlung schauen können.

Publikationen (TROPOS-Autor:innen fett markiert):
Hogan, R. J., Illingworth, A. J., Kollias, P., Okamoto, H., and Wandinger, U.: Preface to the special issue “EarthCARE Level 2 algorithms and data products”: Editorial in memory of Tobias Wehr, Atmos. Meas. Tech., 17, 3081–3083, https://amt.copernicus.org/articles/17/3081/2024/ , 2024. <Published: 22 May 2024>

Docter, N., Hünerbein, A., Donovan, D. P., Preusker, R., Fischer, J., Meirink, J. F., Stammes, P., and Eisinger, M.: Assessment of the spectral misalignment effect (SMILE) on EarthCARE’s Multi-Spectral Imager aerosol and cloud property retrievals, Atmos. Meas. Tech, 17, 2507-2519, https://amt.copernicus.org/articles/17/2507/2024/ , 2024. <Published: 23 Apr 2024>

Mason, S. L., Barker, H. W., Cole, J. N. S., Docter, N., Donovan, D. P., Hogan, R. J., Hünerbein, A., Kollias, P., Puigdomènech Treserras, B., Qu, Z., Wandinger, U., and van Zadelhoff, G.-J.: An intercomparison of EarthCARE cloud, aerosol, and precipitation retrieval products, Atmos. Meas. Tech, 17, 875-898, https://amt.copernicus.org/articles/17/875/2024/ , 2024. <Published: 01 Feb 2024>

Hünerbein, A., Bley, S., Deneke, H., Meirink, J. F., van Zadelhoff, G.-J., and Walther, A.: Cloud optical and physical properties retrieval from EarthCARE multi-spectral imager: the M-COP products, Atmos. Meas. Tech, 17, 261-276, https://amt.copernicus.org/articles/17/261/2024/ , 2024. <Published: 16 Jan 2024>

Haarig, M., Hünerbein, A., Wandinger, U., Docter, N., Bley, S., Donovan, D., and van Zadelhoff, G.-J.: Cloud top heights and aerosol columnar properties from combined EarthCARE lidar and imager observations: the AM-CTH and AM-ACD products, Atmos. Meas. Tech, 16, 5953-5975, https://amt.copernicus.org/articles/16/5953/2023/ , 2023. < Published: 13 Dec 2023>

Wandinger, U., Haarig, M., Baars, H., Donovan, D., and van Zadelhoff, G.-J.: Cloud top heights and aerosol layer properties from EarthCARE lidar observations: the A-CTH and A-ALD products, Atmos. Meas. Tech, 16, 4031-4052, https://amt.copernicus.org/articles/16/4031/2023/ , 2023. < Published: 07 Sep 2023>

Hünerbein, A., Bley, S., Horn, S., Deneke, H., and Walther, A.: Cloud mask algorithm from the EarthCARE Multi-Spectral Imager: the M-CM products, Atmos. Meas. Tech, 16, 2821-2836, https://amt.copernicus.org/articles/16/2821/2023/ , 2023. <Published: 7 Jun 2023>

Wandinger, U., Floutsi, A. A., Baars, H., Haarig, M., Ansmann, A., Hünerbein, A., Docter, N., Donovan, D., van Zadelhoff, G.-J., Mason, S., and Cole, J.: HETEAC – the Hybrid End-To-End Aerosol Classification model for EarthCARE, Atmos. Meas. Tech, 16, 2485-2510, https://amt.copernicus.org/articles/16/2485/2023/ , 2023. < Published: 25 May 2023>

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• EarthCARE auf Falcon 9

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Quelle: GFZ 11. Mai 2024.

11. Mai 2024 – Der Vergleich mit geologischen Karten, Informationen zu Grundwasserspeichern und Daten der GRACE-Satellitenmission zeigt einen besorgniserregenden Trend: In zahlreichen iranischen Provinzen wächst das Risiko einer irreversiblen Erschöpfung und Schädigung der Grundwasserreservoirs, wobei einige Reservoirs möglicherweise dauerhaft verloren gehen.
Insbesondere in der südostiranischen Provinz Kerman kommt es zu dramatischen Absenkungsraten. „Der Bezirk Rafsanjan in der Provinz Kerman ist Irans Zentrum der Pistazienproduktion, und wir haben dort alarmierende Senkungsraten gemessen, die an einigen Standorten 35 Zentimeter pro Jahr übersteigen“, sagt Mahdi Motagh. Er ist Arbeitsgruppenleiter in der GFZ-Sektion „Fernerkundung und Geoinformatik“ und Professor am Institut für Photogrammetrie und GeoInformation an der Leibniz-Universität Hannover, wo Hauptautor Dr. Mahmud Haghshenas Haghighi Wissenschaftlicher Mitarbeiter ist. Sie nutzten Radar-Interferometrie (Engl. “Interferometric Synthetic Aperture Radar”| InSAR), um die Bodenabsenkungen zu messen. „Anhand von mehr als 6.000 Sentinel-1-Bildern aus dem Zeitraum zwischen 2014 und 2020 haben wir eine Karte der Landabsenkung mit einer bislang einzigartigen Auflösung von 100 Metern für ganz Iran erstellt“, sagt Motagh.

In dem Land mit rund 84 Millionen Menschen zeichnet sich seit Jahren eine Grundwasserkrise ab. Durch die Kombination von Satellitendaten mit verschiedenen geologischen Beobachtungen und hydrogeologischen Messungen wurde für Iran ein nicht nachhaltiger jährlicher Grundwasserverlust von 1,7 Milliarden Kubikmetern (BCM) ermittelt. Das Ausmaß dieses Verlustes stellt eine große Herausforderung dar, da die Wiederauffüllung solcher Grundwasservolumina Hunderte oder sogar Tausende von Jahren dauern könnte, wenn sie überhaupt möglich ist.

Den Autoren zufolge ist der Hauptgrund für diesen enormen Verlust an Grundwasser die nicht nachhaltige Bewässerungslandwirtschaft, die durch das Bevölkerungswachstum und die Industrialisierung des Iran noch verstärkt wird. Mahdi Motagh sagt: „Die nicht-nachhaltige Entnahme von Grundwasser ist leider alltägliche Praxis geworden.“

Landabsenkungen, die ein sichtbares Zeichen für die Verdichtung der Grundwasserleiter sind, treten im ganzen Land auf. Etwa 3,5 Prozent der iranischen Landfläche sind von diesem Problem betroffen, das Millionen von Menschen und wichtige Infrastrukturen wie Flughäfen und Eisenbahnen in Mitleidenschaft zieht. In Provinzen wie Teheran, Isfahan, Kerman und Khorasan Razavi wohnt mehr als ein Viertel der Bevölkerung in Gebieten, die in unterschiedlichem Maße von Bodensenkungen bedroht sind. „Die in Provinzen wie Kerman, Teheran, Alborz, Fars und Khorasan Razavi gemessenen Absenkungsraten von mehreren zehn Zentimetern pro Jahr gehören zu den höchsten der Welt“, sagt Mahmud Haghshenas Haghighi.

Die beiden Autoren betonen: „Diese umfassende Analyse unterstreicht den dringenden Bedarf an sofortigen Maßnahmen und der Umsetzung einer kohärenten Grundwasserpolitik. Eine solche Politik ist für die Bewältigung der iranischen Grundwasserkrise und die Bekämpfung des Wasserdefizits von entscheidender Bedeutung.“

Originalpublikation:
Mahmud Haghshenas Haghighi, Mahdi Motagh, Uncovering the impacts of depleting aquifers: A remote sensing analysis of land subsidence in Iran.Sci. Adv.10, eadk3039(2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk3039
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk3039

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• GRACE-C

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Quelle: ESA 5. April 2024.

5. April 2024 – „Die heutigen Asteroiden sind Kollisionsfragmente der ursprünglichen Bausteine unseres gesamten Sonnensystems. Wenn wir also sehen können, wie das Innere eines Asteroiden strukturiert ist, erhalten wir wertvolle Einblicke in die Entwicklung des Sonnensystems sowie für die planetare Verteidigung“, erklärt Michael Kueppers, Hera-Projektwissenschaftler der ESA. „Ist dieser Asteroid ein fester Monolith oder ein Schutthaufen, der durch seine Schwerkraft zusammengehalten wird? Die Antwort hat praktische Konsequenzen dafür, wie sich annähernde Asteroiden in Zukunft von der Erde abgelenkt werden könnten.“

Der nur 37 x 23 x 10 cm große Juventas CubeSat wird im Auftrag der ESA vom luxemburgischen Unternehmen GomSpace betreut, wobei die Integration der Raumsonde am Hauptsitz von GomSpace in Dänemark stattfand. Das Unternehmen hat sich auf CubeSats spezialisiert – kleine, kostengünstige Satelliten, die aus standardisierten 10 cm-Boxen zusammengebaut werden – obwohl diese in der Regel für den Erdorbit bestimmt sind.

Bauen für den Weltraum
Jan Persson leitet das Juventas-Projekt für GomSpace: „Das ist eine ganz andere Mission im Verlgeich zu den üblichen CubeSats, die wir herstellen und fliegen. Der Weg über die Erdumlaufbahn hinaus und hinaus in den Tiefenraum ist eine seltene Gelegenheit, die eine äußerst genaue Aufmerksamkeit für Details erfordert. Darüber hinaus benötigt Juventas ein ausreichend agiles Navigationssystem, um sich selbst um einen Asteroiden zu fliegen.“

Die ESA Asteroiden-Mission Hera ist Europas Beitrag zu einem internationalen Planetenabwehr- Experiment. Nach dem Einschlag der DART-Mission auf dem Asteroiden Dimorphos, einem Mond des größeren Asteroiden Didymos, im Jahr 2022 – der seine Umlaufbahn um Didymos änderte und eine Wolke von Trümmern Tausende von Kilometern ins All schickte – wird Hera zu Dimorphos zurückkehren, um den von DART hinterlassenen Krater aus nächster Nähe zu vermessen. Die Mission wird außerdem die Masse und Zusammensetzung von Dimorphos sowie die von Didymos messen.

Hera soll im Oktober 2024 starten, an Bord befinden sich zwei CubeSats für Nahaufnahmen des Asteroiden-Paares: Zu Juventas wird die Hyperspektralmission Milani hinzukommen. Das Trio wird über ein innovatives Verbindungssystem zwischen Satelliten rund um die Asteroiden verbunden bleiben.

Kleinstes Radar im Weltraum
Benannt nach dem römischen Namen der Tochter Heras, mag Juventas zwar klein sein, hat aber einen großen technischen Fußabdruck. Das Niederfrequenz-Radarinstrument – das kleinste Radarsystem im Weltraum – wurde vom französischen Institut de Planétologie et d‘ Astrophysique de Grenoble an der Universität Grenoble Alpes und der Technischen Universität Dresden entworfen, wobei die Elektronik von EmTroniX in Luxemburg stammt. Die Radar-Signale werden von einem Quartett von 1,5 m langen Antennen gesendet, die länger sind als die Juventas-Raumsonde selbst und von Astronika in Polen beigesteuert wurden.

„Das Juventas Radar-Instrument (JuRa) ist einzigartig und wird der Wissenschaftsgemeinschaft einen seltenen Einblick in die Entstehung eines Asteroiden geben“, erklärt Jan Persson. „Es wurde hochgradig miniaturisiert, um in die CubeSat-Hülle zu passen. Die größte Herausforderung bestand darin, dass das Instrument im Inneren der Raumsonde viel Wärme erzeugt, worum sich unser Thermaldesignteam bei GomSpace intensiv gekümmert hat.“

Hera-Systemingenieur Franco Perez Lissi fügt hinzu: „Um selbst zu fliegen, hat Juventas außerdem eine Kamera für sichtbares Licht, ein Lidar, Sternsensoren für die Navigation und ein Kaltgas-Antriebssystem sowie die Funkverbindung zwischen Satelliten, um ihre Position und Daten mit Hera zu teilen.“

Für die Radar-Vermessung des kleineren Asteroiden wird Juventas in eine einzigartige “selbststabilisierte Terminator-Umlaufbahn“ um Didymos eintreten. Dazu gehört es, parallel zur Tag-Nacht-Terminator-Linie des Asteroiden zu kreisen und dabei die schwache Gravitation des Asteroiden mit dem schwachen, aber stetigen Druck des Sonnenlichts selbst – dem solaren Strahlungsdruck – auszugleichen.

Tatsächlich ist die Schwerkraft von Didymos so gering, dass Juventas mit einer Geschwindigkeit von nur wenigen Zentimetern pro Sekunde in der Umlaufbahn sein wird, und JuRa wird diese niedrige Geschwindigkeit nutzen, um dasselbe kodierte Signal mehrmals zum Asteroiden zu senden, was das Gesamtsignal des Instruments zum Rauschverhältnis erhöht. Die reflektierten Signale werden dekodiert und auf der Erde in ein 3D-Bild umgewandelt.

Gekommen um zu landen
Sobald Juventas ihre Radar-Beobachtung abgeschlossen hat, wird sie in eine Umlaufbahn um Dimorphos einschwenken, um die nächste Phase ihrer Mission zu beginnen: die Landung auf dem kleineren Asteroiden. Jan Persson bemerkt: „Wir analysieren noch, wie das am besten geht, aber unsere Geschwindigkeit sollte gering genug sein, in der Größenordnung von Zentimetern pro Sekunde, dass Juventas herunterkommt, ohne gleich wieder hoch ins All zu hüpfen. Die Beschleunigungsmesser und Gyroskope an Bord werden in diesem Moment Daten sammeln, um mehr über die Oberflächeneigenschaften zu erfahren. Wenn Juventas endlich zur Ruhe kommt, wollen wir, dass sie in stabiler Konfiguration ist, um die zweite wissenschaftliche Nutzlast der Raumsonde, das GRASS Gravimeter zu betreiben.“

Dieses erste Instrument zur direkten Messung der Schwerkraft auf der Oberfläche eines Asteroiden, das Gravimeter for Small Solar System Objects, GRASS, wurde vom Königlichen Observatorium Belgiens (ROB) mit der spanischen Firma EMXYS entwickelt. Es ist geplant zu erfassen, wie sich die Schwerkraft auf Dimorphos im Laufe seiner Umlaufbahn um Didymos verändert.

Sowohl der Juventas als auch der Milani CubeSat haben sich nun ihrem Hera-Mutterschiff angeschlossen, um im ESTEC-Zentrum der ESA in den Niederlanden, der größten Testanlage für Raumfahrzeuge in Europa, getestet zu werden. Das Trio wird in der elektromagnetischen Maxwell-Testkammer untergebracht, um zu überprüfen, ob die Verbindungen zwischen den Satelliten wie geplant funktionieren.

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• HERA (vormals AIDA)

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Quelle: Technische Universität Wien 5. März 2024.

5. März 2024 – Der Klimawandel verändert den Wasserkreislauf – aber wie? Leider lässt sich das nicht in eine einfache, global gültige Formel pressen. Der Wasserkreislauf ist ein komplexes System, regional können sich ganz unterschiedliche Veränderungen zeigen: In manchen Regionen wird es trockener, in anderen steigt die Regenmenge, Extremwetterereignisse ändern und verschieben sich.

Um dieses komplexe System besser vorhersagbar zu machen, entwickelte ein internationales Pilotprojekt, finanziert von der Europäischen Weltraumbehörde ESA und geleitet vom italienischen National Research Council, nun einen „digitalen Zwilling“ der Hydrosphäre: Der Wasserkreislauf und die relevanten mit ihm verbundenen Phänomene werden physikalisch korrekt am Computer nachgebildet. So lässt sich simulieren, wie eine ganz bestimmte Region auf hydrologische Veränderungen reagiert. Damit sollen nicht nur Katastrophen wie Überschwemmungen sondern auch schleichende Veränderungen im Wasserhaushalt, die z.B. durch höhere Temperaturen verursacht werden, räumlich detaillierter vorhergesagt werden als bisher.

Entscheidend dafür sind Satellitendaten. Ein Team der TU Wien sorgte dafür, dass speziell Radarsatellitendaten über den Wasserkreislauf nun in hervorragender räumlicher Auflösung zur Verfügung stehen – ein wesentliches Schlüsselelement für die Zuverlässigkeit des Vorhersagesystems.

Ein „digitaler Zwilling“ der Erde
Das Konzept des „digitalen Zwillings“ spielt in der Industrie schon lange eine wichtige Rolle: Ein kompliziertes System, zum Beispiel eine Produktionsanlage, wird physikalisch exakt am Computer nachgebildet. Man kann diesem System dann am Computer beliebige Bedingungen vorgeben, und es wird sich genauso verhalten wie auch in der Wirklichkeit. Ähnlich wie beim Flugsimulator, in dem man neuartige Flugmanöver am Computer ausprobieren kann, lässt sich so gefahrlos vorhersagen, was in einer speziellen Situation geschehen wird.

„Genau so ein digitaler Zwilling entsteht nun für das globale Wassersystem“, erklärt Dr. Mariette Vreugdenhil vom Department für Geodäsie und Geoinformation der TU Wien, die den Anteil der TU Wien an dem ESA Projekt geleitet hat. Wenn für große Gebiete, im Idealfall den ganzen Globus, räumlich hochaufgelöste Daten für die Validierung und laufende Verbesserung von Computersimulationen zur Verfügung stehen, dann lässt sich mit höherer Treffsicherheit sagen, welche Effekte sich unter bestimmten Bedingungen zeigen werden – bis hin zu Überflutungen oder Hangrutschungen an einem ganz bestimmten Ort.

Auf die Auflösung kommt es an
Von besonders großer Bedeutung sind dabei Daten über die Bodenfeuchte. Daran forscht man an der TU Wien schon seit Jahren: Man nutzt Messergebnisse von Radarsatelliten, die den Erdboden rund um die Uhr untersuchen. Daraus kann man wichtige Informationen über die Eigenschaften des Bodens herausrechnen und letztlich vorhersagen, ob der Boden in einer bestimmten Gegend angesichts kommender Regenfälle noch weiteres Wasser aufnehmen kann oder nicht.

Entscheidend dafür ist allerdings, dass man die räumlichen Gegebenheiten mit sehr hoher Auflösung kennt. „Hohe Auflösung heißt bei uns etwa: Ein Pixel pro Kilometer“, sagt Prof. Wolfgang Wagner, der Leiter des Forschungsbereichs Fernerkundung der TU Wien. „Man verwendet dafür heute oft künstliche Intelligenz. Die trainiert man mit unterschiedlichen Datensätzen und hofft dann, auf diese Weise die Auflösung zu verbessern. Das ergibt zwar schöne Bilder, aber ob die etwas mit der Wirklichkeit zu tun haben, ist oft eine andere Frage.“ Um die Interpretation der Satellitendaten auf ihre Richtigkeit hin besser überprüfen zu können, hat man sich an der TU Wien für eine andere Strategie entschieden: „Wir verfolgen einen rigorosen Ansatz. Unser Modell arbeitet mit physikalischen Formeln, von denen wir wissen, dass sie stimmen.“ Machine Learning kommt unterstützend zum Einsatz, etwa für die Kalibrierung der Parameter, aber die Berechnung der Daten lässt sich klar nachvollziehen und erklären. So kann man sicherstellen, dass die Berechnung eines hochauflösenden Datensatzes auf bekannten Naturgesetzen beruht und es nicht etwa zu einer AI-Halluzination ohne faktische Basis kommt, wie das bei künstlicher Intelligenz auch manchmal zu beobachten ist.

Von der Po-Region in die ganze Welt
Begonnen hat man damit, die Po-Ebene in Italien abzubilden – eine besonders komplexe Region, wie Projektleiter Luca Brocca erklärt: „Wir haben die Alpen, wir haben Schnee, der schwer zu simulieren ist, besonders in unregelmäßigem und komplexem Gelände wie den Bergen. Dann gibt es das Tal mit all den menschlichen Aktivitäten – Industrie, Bewässerung.“ Aufbauend darauf bildete man den gesamten Mittelmeerraum ab.

Das Modell soll letztendlich auf den ganzen Erdball ausgedehnt werden. Außerdem soll es noch weiter verbessert und verfeinert werden. Wünschenswert wäre am Ende eine multidimensionale Abbildung der Hydrosphäre, in der ausgewählte Prozesse mit einer räumlichen Auflösung in der Größenordnung von zehn Metern erfasst werden können. Das Ziel des Projekts ist ein Computermodell, das rechtzeitig auf Gefahren hinweisen kann und auch dazu dient, die Auswirkungen verschiedener menschlicher Eingriffe auf lokaler Ebene zu erklären, sodass man nachhaltige Entscheidungen treffen kann.

„Diese gemeinsamen Bemühungen von Wissenschaft, Raumfahrtbehörden und Entscheidungsträgern versprechen eine Zukunft, in der ein digitaler Zwilling der Erde für die Hydrologie unschätzbare Erkenntnisse für ein nachhaltiges Wassermanagement und die Widerstandsfähigkeit gegen Katastrophen liefern“, sagt Luca Brocca.

Originalpublikation
L. Brocca et al., A Digital Twin of the terresrial water cycle: a glimpse into the future through high-resolution Earth observations; Front Sci. 5. March 2024.
https://www.frontiersin.org/journals/science/articles/10.3389/fsci.2023.1190191/full
pdf: https://www.frontiersin.org/journals/science/articles/10.3389/fsci.2023.1190191/pdf

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