In dieser Folge erzählt Karl eine kleine Geschichte der Mars-Atmosphäre. Die Astronomen der Antike sahen beim Mars zunächst nicht mehr als einen rötlichen Wandelstern, der in Schleifen übers Firmament läuft. Und während auch die ersten Astronomen der Neuzeit nur wenige Details des Planeten in Erfahrung bringen konnten, so waren sie doch überzeugt: Der Mars ist eine belebte Welt, die der Erde ähneln sollte.

Doch bis ins 20. Jahrhundert hinein wussten Forscherinnen und Forscher lediglich: Die Tage auf dem Mars sind vergleichbar lang wie auf der Erde (24 Stunden und 37 Minuten), der Planet besitzt vermutlich Polkappen und Jahreszeiten. Der italienische Astronom Giovanni Schiaparelli hatte im 19. Jahrhunderte lange Linien beschrieben, die er canali nannte und die folgende Generationen über die Möglichkeit einer marsianischen Zivilisation spekulieren ließen. Doch die Voraussetzung für solches Leben auf dem Mars wäre, dass diese Außerirdischen Luft zum atmen hätten. Die Aufnahmen der NASA-Sonde Mariner 4 aus dem Jahr 1965 bereitete all diesen Mutmaßungen ein abruptes Ende: Auf ihnen erschien der Rote Planet als tote, kalte und tiefgefrorene Welt mit einer extrem dünnen Atmosphäre.

Dass in der kaum vorhandenen Marsluft dennoch etwas passiert, wurde zwar früh erkannt, war aber nie genauer untersucht worden. Marsianische Wolken bestehen aus Eiskristallen und waren eher ein Störfaktor für Kameras, die eigentlich Krater, Canyons oder Flusstäler der festen Oberfläche fotografieren sollten. Erst 2018 gibt ein spanischer Doktorand Anlass, die Marswolken genauer zu untersuchen. Jorge Hérnandez-Bernal findet am Riesenvulkan Arsia Mons eine extrem lange Wolke, die über die letzten Jahrzehnte immer zu einer bestimmten Jahreszeit wiederkehrt.

Diese Entdeckung von Hérnandez-Bernal motiviert schließlich ein Team um Daniela Tirsch vom Institut für Weltraumforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt genauer nachzusehen. Die europäische Raumsonde Mars Express hatte seit 2003 tausende Bilder gemacht. Und damit gelingt etwas, was sich die NASA-Mitarbeitenden aus dem Jahr 1965 kaum hätten vorstellen können: der allererste Wolkenatlas einer außerirdischen Welt.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf Apple Podcasts oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist ein Podcast der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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Quelle: TROPOS 16. September 2024.

16. September 2024 – Frascati/Leipzig. Mit dem Atmosphären-Lidar ATLID ist nun auch das letzte von vier Instrumenten des im Mai gestarteten EarthCARE-Satelliten erfolgreich in Betrieb genommen worden. Die gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumbehörde (ESA) und der japanischen Raumfahrtagentur (JAXA) soll Wolken, Aerosole und Strahlung so genau messen wie nie zuvor. Einen wichtigen Beitrag dazu leisten Forschende des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS), die Algorithmen entwickelt haben, die u.a. die Aerosol- und Wolkenschichtung aus den Messungen des jetzt in Betrieb gegangenen Gerätes ableiten.

Zur Präzision des neue Klimasatelliten trägt auch eine groß angelegte Messkampagne bei, an der sich rund 50 Bodenstationen des europäischen Netzwerks ACTRIS beteiligen und die vom TROPOS in Leipzig koordiniert wird.

Atmosphären-Lidar komplettiert den neuen Klima-Satelliten
Ausgestattet mit vier hochmodernen Instrumenten – einem Wolkenprofilradar, einem Atmosphären-Lidar, einem Breitbandradiometer und einem abbildenden Spektrometer – soll EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) gleichzeitig eine Reihe verschiedener Messungen durchführen. Zusammen werden diese Messungen dazu beitragen, besser zu verstehen, wie Wolken und Aerosole die einfallende Sonnenenergie zurück ins All reflektieren und wie sie die von der Erde emittierte Wärmestrahlung einfangen. Diese Informationen sind wichtig, um zu verstehen, wie sich der Klimawandel auf die Energiebilanz der Erde auswirkt und um vorherzusagen, wie schnell Wolken und Aerosole ihre zurzeit kühlende Wirkung in Zukunft verlieren könnten.

EarthCARE wurde am 29. Mai 2024 in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht. Nur einen Monat später lieferte der Satellit die ersten Bilder des Wolkenradars, kurz darauf folgten die ersten Bilder des Breitbandradiometers, des abbildenden Spektrometers und im August schließlich auch des Atmosphären-Lidars. Dieses hochmoderne Instrument nimmt detaillierte vertikale Profile von Aerosolen und Wolken in der Atmosphäre in verschiedenen Regionen der Erde auf. Aerosole sind winzige Partikel und Tröpfchen aus natürlichen Quellen wie Staub und Seesalz sowie von menschlichen Aktivitäten wie Industrieemissionen oder Holzverbrennungen. Lidar steht für Licht-Radar: Der Laser sendet kurze Impulse von UV-Licht aus, die wie bei einem Radar von Objekten reflektiert und in einem hochempfindlichen Empfänger analysiert werden. Durch die Laufzeit kann die Entfernung, durch die Signalstärke die Konzentration und durch die Polarisation kann die Art der Aerosole bestimmt werden. So wird es möglich, die Verteilung und Eigenschaften von Aerosolen und Wolken zu messen, einschließlich ihrer Höhe, Dicke, optischen und physikalischen Eigenschaften. Dabei ist die Zusammenarbeit mit den anderen drei Instrumenten des Satelliten entscheidend, um die Rolle von Aerosolen und Wolken im Energiehaushalt der Erde zu verstehen. Damit diese Berechnungen über die verschiedenen Geräte hinweg funktionieren, wurde extra ein neues Aerosolklassifizierungsmodell „(Hybrid End-To-End Aerosol Classification“, kurz: HETEAC) als Grundlage für die Aerosoltypisierung entwickelt. Insbesondere das Atmosphären-Lidar ATLID wird auch einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Luftqualitätsprognosen liefern. Ulla Wandinger, die jahrelang zu der Entwicklung von ATLID beigetragen hat, ist begeistert von den ersten Messungen: “Die Fülle der Daten und der detailgenaue Blick in die Strukturen der Atmosphäre sind absolut beeindruckend.“ EarthCARE könnte also die Forschung zu Aerosolen und Wolken und den Wechselwirkungen zwischen ihnen und damit auch die Klimaforschung einen deutlichen Schritt voranbringen.

Die ersten Bilder vom August zeigen die Vielfalt von Aerosolen und Wolken in der Erdatmosphäre: Zu sehen sind z.B. ein Profil von Polaren Stratosphärenwolken (PSC) über der Antarktis, die eine wichtige Rolle bei der Ozonlochentstehung spielen, oder der Tropensturm Debby über dem Golf von Mexiko und Rauchfahnen aus Waldbränden in Kanada. Simonetta Cheli, Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme der ESA, sagte: „Nach den ersten Bildern der anderen drei Instrumente von EarthCARE können wir jetzt auch sehen, wie gut das Atmosphären-Lidar ATLID funktioniert. Nachdem das Instrument seine routinemäßige Dekontamination und Kalibrierung durchlaufen hat, kommen dessen Profile in der Qualität wie wir es erwartet hatten. Das Atmosphären-Lidar bringt uns völlig neue Einblicke in die vertikale Verteilung von Wolken und Aerosolen und ermöglicht uns zusammen mit den anderen Instrumenten ein neues wissenschaftliches Verständnis zur Energiebilanz der Erde zu gewinnen.“

Umfangreiche Messkampagnen im Atlantik und in Europa
Damit die Daten der neuen Geräte optimal genutzt und interpretiert werden können, ist es wichtig, diese mit Messungen vom Boden und aus der Luft in verschiedensten Situationen zu vergleichen. Deshalb finden derzeit eine Reihe aufwendiger internationaler Messkampagnen statt:

So fliegt das deutsche Forschungsflugzeug HALO von Cabo Verde im Atlantik, von Barbados in der Karibik und von Oberpfaffenhofen in Deutschland aus bis November mehrmals unter der Flugbahn von EarthCARE. Die Validierungsmission HALO-PERCUSION wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) geleitet. Daran beteiligt sind eine Reihe von Partnern wie z.B. die Universität Leipzig. PERCUSION ist eines von mehreren Teilprojekten des vom MPI-M koordinierten Forschungsprojekts ORCESTRA (Organized Convection and EarthCare Studies over the Tropical Atlantic). Ein weiteres Teilprojekt ist CLARINET (CLoud and Aerosol Remote sensing for EarThcare), bei dem Forschende des TROPOS die neue ACTRIS-Fernerkundungsstation des Cabo Verde Atmospheric Observatory (CVAO) am Ocean Science Center in Mindelo (OSCM) nutzen, um die EarthCARE-Daten im tropischen Atlantik zu validieren und mit Langzeitmessungen zu vergleichen.

Eine wichtige Rolle bei der Kalibrierung der Daten des EarthCARE-Satelliten spielen die Bodenstationen der europäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS: Sie wurden in den letzten Jahren auf- und ausgebaut, um Aerosolpartikel und Wolken mit Fernerkundungsgeräten wie Lidar und Radar zu untersuchen. Rund 50 Stationen in Europa und Übersee beteiligen sich an der Messkampagne atmo4ACTRIS. Dieses dichte Netz bietet den großen Vorteil, dass EarthCARE praktisch täglich über mindestens eine der Stationen fliegt, denn der erdnahe Orbit sorgt dafür, dass der Satellit unseren Planeten streifenweise „abfliegt“ und nur aller 25 Tage wieder über derselben Stelle der Erde ist. Eine einzelne Bodenstation reicht daher zum Kalibrieren nicht aus. „Wir haben die Messkampagne im Rahmen des Infrastrukturprojekts ATMO-ACCESS bereits Ende letzten Jahres mit simulierten Überflügen zwei Monate lang geprobt, um uns auf die komplexe Aufgabe vorzubereiten. Das war sehr hilfreich, denn die ACTRIS-Stationen arbeiten zwar alle nach denselben Standards, aber haben zum Teil sehr unterschiedliches Vorwissen bezüglich der Validierung von Satellitendaten. Daher sind wir alle sehr gespannt darauf, die ersten Daten von EarthCARE mit den Bodenstationen zu vergleichen“, berichtet Dr. Holger Baars vom TROPOS, der die Kampagne von Leipzig aus koordiniert. Aus Deutschland werden neben den TROPOS-Stationen in Leipzig und Melpitz auch Stationen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) in Hohenpeißenberg und Lindenberg, der Universität zu Köln (UzK) in Kooperation mit dem Forschungszentrums Jülich (FZJ), des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Leipzig mitmachen. Deutsche Partner liefern außerdem wichtige Daten aus Übersee: Das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) steuert in Kooperation mit der UzK Beobachtungsdaten aus Ny-Ålesund in der Arktis bei und TROPOS liefert mit Cabo Verde im Atlantik, Limassol in Zypern und Duschanbe in Tadschikistan Daten von drei Stationen im Staubgürtel der Erde.

Diese Aktivität wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Integrierenden Aktivität ATMO-ACCESS unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101008004 finanziert.

Quelle:
ESA (EarthCARE profiles atmospheric particles in detail, 21/08/2024)
https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/FutureEO/EarthCARE/EarthCARE_profiles_atmospheric_particles_in_detail

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• EarthCARE auf Falcon 9

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Quelle: Universität Bayreuth 23. August 2024.

23. August 2024 – Die Bergwälder in Afrika stehen durch die zunehmende Entwaldung durch den Menschen deutlich unter Stress. „Am Kilimandscharo in Tansania wurden seit 1880 bereits über 50 Prozent der Waldfläche vernichtet“, erläutert Dr. Andreas Hemp von der Universität Bayreuth, Ko-Autor der Studie, der seit 35 Jahren am Kilimandscharo lebt und forscht. Mit Kollegen und Kolleginnen hat er jetzt herausgefunden: Der Klimawandel setzt dem noch eins drauf.

Unter Leitung von Marburger Geograph*innen wurde herausgefunden, dass die durchschnittliche Lufttemperatur in Gebieten, die stark gerodet wurden, steigt und die umgebenden Wolken mehr als 230 Meter höher liegen. In Bergregionen wie am Kilimandscharo können die Wälder dadurch deutlich weniger Wasser aus den Wolken „auskämmen“. „Das hat weitreichende Konsequenzen für den Wasserhaushalt und die Biodiversität in Afrika“, erläutert Dr. Dirk Zeuss vom Fachbereich Geographie der Philipps-Universität Marburg die Ergebnisse einer Studie mit internationaler Forschungsbeteiligung.

Die tropischen Bergwälder sind einzigartig in ihrer Biodiversität und ihren sogenannten Ökosystemdienstleistungen. Zu letzteren gehört beispielsweise die Produktion von Frischwasser für die Natur und auch den Menschen. Anhand von Satellitendaten hat das Marburger Forschungsteam berechnet, dass in den Jahren 2003 bis 2022 etwa 18 Prozent der Bergwälder Afrikas verloren gingen. Gründe dafür sind unter anderem die kleinbäuerliche Landwirtschaft und der Holzeinschlag. Infolge des Waldverlusts ändern sich auch weitere Umweltbedingungen, fanden die Forschenden durch das Zusammenführen verschiedenster Umweltdatensätze heraus. So stieg die Lufttemperatur um etwa 1,4 Grad Celsius und die untere Wolkenkante rückte 236 Meter nach oben. „Diese Verschiebung in Temperatur und Wolkenbildung kommt dabei eindeutig nicht durch den ohnehin schon vorhandenen Klimawandel, sondern durch den Verlust der Bergwälder“, interpretiert Dr. Dirk Zeuss die Ergebnisse. Zu diesen trug der Bayreuther Forscher Andreas Hemp maßgeblich bei: Er ist Projektleiter in der DFG-Forschungsgruppe „The role of nature for human well-being in the Kilimanjaro Social-Ecological System (Kili-SES)“ an der Universität Bayreuth. Hemp hat seit 1996 ein meteorologisches Netzwerk am Kilimanjaro aufgebaut, dessen Daten maßgeblich für die hier vorliegenden Forschungsergebnisse waren. Er war mit logistischer und wissenschaftlicher Unterstützung an den Messungen für die aktuelle Studie beteiligt.

„Das bedeutet, dass von Menschen gemachte Eingriffe wie das Abholzen den Klimawandel verschärfen“, erläutert der Marburger Forscher Dr. Temesgen Abera. „Wir müssen also sehr viel stärker die Bergwälder in den Blick nehmen und vor Abholzung schützen, da sie Biodiversität, Frischwasserproduktion und viele andere Ökosystemleistungen in den Tropen bedroht.“ Abera ist derzeit Forschungsstipendiat der Alexander von Humboldt-Stiftung an der Uni Marburg.

Zur Publikation trugen Forschungsgruppen unter Marburger Leitung von der Universität in Helsinki, Finnland, dem finnischen Meteorologischen Institut in Helsinki, der Universität Bayreuth, der Universität in Addis Abeba, Äthiopien, der Wuhan-Universität, China, und der North-West-Universität in Südafrika bei.

Originalpublikation:
Abera, T.A., Heiskanen, J., Maeda, E.E. et al. Deforestation amplifies climate change effects on warming and cloud level rise in African montane forests. Nat Commun 15, 6992 (2024). doi.org/10.1038/s41467-024-51324-7
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51324-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-024-51324-7.pdf

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• Klimawandel

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Quelle: Airbus Defence and Space 5. August 2024.

Toulouse, 5. August 2024 – Airbus wurde von der französischen Raumfahrtbehörde (CNES) ausgewählt, zwei Mikrowellenradiometer der neuen Generation als Teil des französischen Beitrags zum Atmosphärenbeobachtungssystem (AOS) zu entwickeln und zu bauen. Die Mission selbst heißt C²OMODO (Convective Core Observations through MicrOwave Derivatives in the trOpics). Ziel von AOS, einer Kooperation zwischen den Vereinigten Staaten, Kanada, Japan, Italien und Frankreich, ist die Optimierung der Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Aerosolen, Wolken, atmosphärischer Konvektion und Niederschlag. Es umfasst sechs Satelliten sowie suborbitale Plattformen in der Luft und an Land und wird wichtige Daten für verbesserte Vorhersagen von Wetter, Luftqualität und Klima liefern.

„Die Arbeit an Klimamissionen ist für uns bei Airbus von großer Bedeutung. Nur wenige Wochen nach dem Start der europäisch-japanischen EarthCARE-Mission ist es ein wichtiger Schritt, an einer weiteren Klimamission teilzunehmen, diesmal unter der Leitung der NASA und mit internationalen Partnern“, sagte Alain Fauré, Leiter von Space Systems bei Airbus. „Ich möchte der französischen Raumfahrtagentur CNES für die Unterstützung der europäischen Industrie danken: Mit diesem Vertrag unterstreicht Airbus seine Rolle bei der Erforschung von Wolken, Wetter und Klima.“

C²OMODO wird zum ersten Mal einen globalen Überblick über vertikale Luftbewegungen und Niederschlagseigenschaften in konvektiven Stürmen liefern. Dies wird zwei entscheidende Verbesserungen ermöglichen: ein besseres Verständnis der Entstehung von Starkniederschlägen und die Darstellung dieser Prozesse in Computer-Wettermodellen, was zu einer verbesserten globalen Wettervorhersage führen wird.

Die in Toulouse, Frankreich, entwickelten und gebauten C²OMODO-Hochfrequenz-Mikrowellenradiometer werden auf zwei AOS-Satelliten montiert, die in einer geneigten Umlaufbahn im Tandembetrieb arbeiten: AOS-Storm unter der Leitung der USA und Precipitation Measuring Mission (PMM) unter der Leitung von Japan.

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• Neue Verträge

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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: Universität Leipzig 20. Juni 2024.

20. Juni 2024 – Eine Forschergruppe um Prof. Dr. Johannes Quaas von der Universität Leipzig sowie Hao Luo und Prof. Yong Han von der Sun-Yat-sen Universität in China hat herausgefunden, dass die Wolkendecke zunehmend asymmetrische Veränderungen zeigt: Sie nimmt tagsüber stärker ab als nachts. Diese Asymmetrie führt dazu, dass die kühlende Wirkung der Wolken tagsüber abnimmt und die wärmende Wirkung nachts zunimmt, was die globale Erwärmung verstärkt. Ihre neuen Erkenntnisse haben die Forschenden gerade in dem renommierten Fachjournal „Science Advances“ veröffentlicht.

Wolken: Mehr als nur Wettergeschehen
Tagsüber reflektieren Wolken das Sonnenlicht zurück in den Weltraum und kühlen dadurch die Erdoberfläche. Nachts hingegen wirken sie wie eine Decke, die die Wärme zurückhält. Dadurch bleibt die Erdoberfläche warm. „Aus diesem Grund haben Wolken einen entscheidenden Einfluss auf das Klima auf der Erde“, sagt der Meteorologe Quaas.

In ihrer Untersuchung nutzten die Wissenschaftler:innen Satellitenbeobachtungen sowie Daten aus der sechsten Phase des Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6), das umfassende Klimamodelle und Szenarien zur Verfügung stellt. Diese Modelle decken historische Daten von 1970 bis 2014 sowie Projektionen bis zum Jahr 2100 ab.

„Da die Wolkendecke im globalen Maßstab tagsüber stärker abnimmt als nachts, führt das am Tag zu einer Verringerung des kurzwelligen Albedoeffekts und zu einer Verstärkung des langwelligen Treibhauseffekts in der Nacht“, erklärt Hao Luo, der Erstautor der Studie.

Klimamodelle und ihre Bedeutung
Klimamodelle sind unerlässlich, um die komplexen Prozesse und Wechselwirkungen innerhalb des Klimasystems zu verstehen und vorherzusagen. Sie helfen Wissenschaftler:innen, mögliche zukünftige Szenarien zu entwickeln und die Auswirkungen verschiedener Faktoren wie Treibhausgase, Aerosole und Wolken auf das Klima zu analysieren.

Johannes Quaas von der Universität Leipzig betont: „Die Asymmetrie der Änderung der Wolkenbedeckung ist ein wichtiger Faktor, der hier neu entdeckt wurde. Unsere Studie zeigt, dass diese Asymmetrie zu einer positiven Rückkopplung führt, die die globale Erwärmung verstärkt.“ Wolken, so der Forscher, ändern sich demnach durch den Klimawandel. Insgesamt gebe es etwas weniger Wolken, was eine zusätzliche Erwärmung der Erde bedeute.

Die Mechanismen hinter der Asymmetrie
Diese tägliche Asymmetrie der Wolkenbedeckung lässt sich auf verschiedene Faktoren zurückführen. Eine Hauptursache ist die zunehmende Stabilität in der unteren Troposphäre, die durch steigende Treibhausgaskonzentrationen verursacht wird. Diese Stabilität führt dazu, dass sich Wolken tagsüber weniger leicht bilden können, während sie nachts stabil bleiben oder sogar zunehmen.

Yong Han, Co-Autor der Studie, erläutert: „Die Veränderung der Wolkendecke ist nicht gleichmäßig über den Tag verteilt. Tagsüber, wenn die Sonneneinstrahlung am stärksten ist, haben wir eine größere Abnahme der Wolken beobachtet. Nachts, wenn die Erdoberfläche normalerweise abkühlt, hält die Wolkendecke die Wärme zurück und verstärkt dadurch den Treibhauseffekt.“

Ein Blick in die Zukunft
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Reduktion von Treibhausgasen noch dringlicher ist, da die Wolkenbedeckung nicht nur einfach auf die Erwärmung reagiert, sondern diese über den neuen Effekt noch weiter verstärkt“, warnt Johannes Quaas. Weitere Studien sind nach Ansicht der Wissenschaftler:innen notwendig, um Änderungen der Wolkenbedeckung besser zu verstehen. Auch Änderungen beispielsweise von Vegetation und ihrer Biodiversität stehen im Fokus der an der Universität Leipzig laufenden Studien, ebenso wie die Rolle der abnehmenden Luftverschmutzung.

Originalpublikation:
„Diurnally asymmetric cloud cover trends amplify greenhouse warming“, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado5179

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• Klimawandel

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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

Der Beitrag Von Airbus gebauter ESA-JAXA-Klimasatellit erfolgreich gestartet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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: Airbus Defence and Space 9. März 2024.

München, 9. März 2024 – Der von Airbus gebaute Satellit EarthCARE (Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer) hat München verlassen und ist nun an Bord eines Flugzeugs auf dem Weg zu seinem Startplatz in Vandenberg, Kalifornien. EarthCARE soll im Mai mit einer Falcon 9-Rakete gestartet werden.

EarthCARE ist die komplexeste Earth-Explorer-Mission im Rahmen des FutureEO-Programms der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Diese neue Satellitenmission wird die Ungewissheit über die Rolle, die Wolken und Aerosole (winzige atmosphärische Partikel) bei der Erwärmung und Abkühlung der Erdatmosphäre spielen, quantifizieren und verringern und so zu einem besseren Verständnis des Klimawandels beitragen. Die Sonde wurde unter Beteiligung von Experten aus 15 europäischen Ländern sowie aus Japan und Kanada entwickelt, gebaut und getestet.

Marc Steckling, Leiter des Bereichs Erdbeobachtung, Wissenschaft und Exploration bei Airbus, sagte: „Da sich das Weltklima immer schneller verändert, brauchen Wissenschaftler immer ausgefeiltere Weltrauminstrumente, um bessere Analysen zu ermöglichen. EarthCARE wird dazu beitragen, die Lücken zu schließen, indem es noch nie dagewesene Messungen liefert, so dass Meteorologen und Klimatologen besser verstehen können, wie Energie in der Atmosphäre übertragen wird.“

EarthCARE ist ein gemeinsames Projekt der ESA und der japanischen Raumfahrtagentur (JAXA). Es wird untersucht, welche Rolle Wolken und Aerosole bei der Reflexion der Sonnenstrahlung in den Weltraum und beim Einfangen der von der Erdoberfläche emittierten Infrarotstrahlung spielen.

EarthCARE wird vertikale Profile natürlicher und vom Menschen verursachter Aerosole erstellen, die Verteilung von Wassertröpfchen und Eiskristallen sowie deren Transport in Wolken registrieren 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.

EarthCARE wird von mehr als 200 Forschungsinstituten in aller Welt unterstützt. Die Wissenschaftler werden die Daten nutzen können, um die Genauigkeit von Wolkenentwicklungsmodellen, ihr Verhalten, ihre Zusammensetzung und ihre Wechselwirkung mit Aerosolen zu verbessern.

Das Atmosphären-Lidar ATLID ist eines von vier Instrumenten auf dem EarthCARE-Satelliten, das vertikale Profile von Aerosolen und dünnen Wolken liefert. ATLID ist nach dem Windsensor Aeolus das zweite europäische weltraumgestützte Ultraviolett-Lidar und macht Airbus zu einem weltweiten Spezialisten für weltraumgestützte Lidars.

Neben ATLID umfasst der Satellit auch ein von der ESA in Zusammenarbeit mit der europäischen Industrie entwickeltes Breitband-Radiometer, ein von der Airbus-Tochter SSTL entwickeltes Multispektralbildgerät und ein von der JAXA entwickeltes Wolkenprofil-Radar. 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 zu optimieren.

Airbus Defence and Space in Friedrichshafen (Deutschland) ist Hauptauftragnehmer für die Entwicklung und den Bau des 2 Tonnen schweren Satelliten, während Airbus Defence and Space in Toulouse (Frankreich) das Atmospheric Lidar ATLID liefert.

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• EarthCARE (ESA Earth Explorer 6) auf Falcon 9

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Quelle: DLR 1. Februar 2024.

1. Februar 2024 – Ob Dürre und Hitze in Südeuropa oder extreme Starkregenereignisse in Deutschland – die Sonneneinstrahlung ist die maßgebliche Größe für das Klimageschehen und die Wetterdynamik auf unserer Erde, denn sie treibt die Zirkulation in der Atmosphäre an. Diese Strahlung ist in der Lufthülle allerdings sehr unterschiedlich verteilt und tritt dort zudem noch in Wechselwirkung mit Wolken, Spurengasen und Aerosolen – Schwebeteilchen aus kleinsten festen und flüssigen Partikeln. Um in naher Zukunft noch genauere Vorhersagen machen zu können, müssen wir die bisher noch nicht so gut bestimmbaren Parameter zu Aerosolen und Wolken global besser kennen und deren Wechselwirkungen in der Erdatmosphäre entschlüsseln. Dadurch und mit der Messung der Strahlungsdichte kennen wir den Strahlungshaushalt unseres Heimatplaneten wesentlich genauer, als wir das heute tun. Die Europäische Weltraumorganisation ESA will daher gemeinsam mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA voraussichtlich im Mai 2024 ihre bislang größte und komplexeste Earth-Explorer-Erdbeobachtungsmission starten. Die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist wesentlich in die EarthCARE-Mission (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) eingebunden – einer Mission im Rahmen des ESA Erdbeobachtungsprogramms FutureEO, in dem Deutschland von Beginn an Programmführer ist und sich bis heute mit mehreren hundert Millionen Euro beteiligt. Zusätzlich werden mehrere Millionen Euro aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm bereitgestellt, um die Nutzung der EarthCARE-Daten während des Betriebs durch deutsche Forscherinnen und Forscher und ein Projektbüro vorzubereiten und den Betrieb durch deutsche Forschungseinrichtungen und Universitäten zu unterstützen. Letztere leisten einen der wesentlichsten Beiträge in Europa zur Validierung und werden durch eine Flugkampagne, mit dem deutschen Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) substantiell unterstützt. Diese Kampagne wird vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre und dem Max-Planck-Institut für Meteorologie koordiniert.

„Die europäisch-japanische Erdbeobachtungsmission EarthCARE wird unser Verständnis zu Klima- und Wetterphänomenen maßgeblich vorantreiben. Dass dieser größte und komplexeste Earth-Explorer-Satellit im Erdbeobachtungsprogramm der ESA in Deutschland gebaut wurde und deutsche Firmen und Wissenschaftseinrichtungen zudem weitere wichtige Bestandteile dieser Mission beisteuern können, zeigt die Spitzenposition, die Deutschland in der internationalen Erdbeobachtung inne hat“, betont Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Generaldirektor der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, am 1. Februar 2024 anlässlich des Verabschiedungsevents beim deutschen Hauptauftragnehmer Airbus in Friedrichshafen. Der 17,2 Meter lange (inklusive 11 Meter Solarpanele), 2,5 Meter breite, 3,5 Meter hohe und rund 2.200 Kilogramm schwere EarthCARE-Satellit geht nun via Flugzeug auf die Reise nach Vandenberg (Kalifornien, USA), wo er an Bord einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtkonzerns SpaceX in seinen Zielorbit in 393 Kilometer Höhe gebracht werden soll.

Vier Instrumente liefern ein einzigartiges Bild zu den Vorgängen in der Erdatmosphäre
Auf EarthCARE sind vier sich gegenseitig ergänzende Instrumente untergebracht. Durch die Aussendung von Lichtimpulsen eines Lasers und die Analyse der reflektierten Signale wird mit dem Atmosphären-Lidar ATLID, an dem auch das deutsche Unternehmen Tesat aus Backnang beteiligt ist, ein vertikales Profil in der Erdatmosphäre von Aerosolen und Wolken einschließlich ihrer Eigenschaften wie Höhe, Dichte und Aerosoltyp erstellt. Die bisher nie erreichte Genauigkeit dieser Information wird entscheidend die Verbesserung der Vorhersagen aus Klimamodellen voranbringen und das Verständnis der Rolle von Aerosolen und Wolken in der Energiebilanz unserer Erde vertiefen. Mit dem von der JAXA bereitgestellten Wolkenprofilradar CPR (Cloud Profiling Radar) kann EarthCARE das „Innenleben“ von Wolken beobachten und detaillierte Einblicke in deren vertikale Struktur und Geschwindigkeit, Partikelgrößenverteilung und Wassergehalt liefern, um zum Beispiel der Bildung und Auflösung von Wolken auf die Spur zu kommen. Während das Atmosphären-Lidar und das Wolkenradar Profile der Atmosphäre in einem eher dünnen „Vorhang“ direkt unter dem Satelliten erstellen, misst der Multi-Spektral-Imager MSI von EarthCARE in einem viel größeren Sichtfeld. Das Instrument nimmt hochauflösende Bilder in mehreren Spektralbändern des sichtbaren und infraroten Lichtspektrums auf. So können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zwischen verschiedenen Arten von Wolken, Aerosolen und der Erdoberfläche unterscheiden und zudem zusätzliche Informationen über die optischen Eigenschaften von Wolken und Aerosolen erhalten, um mehr über ihre Zusammensetzung und Verteilung zu erfahren.

Durch die Zusammenführung der Lidar-, Radar- und Multispektraldaten werden dreidimensionale Informationen über Wolken und Aerosole verfügbar sein. Das vierte Instrument an Bord ist das Breitbandradiometer BBR (Broad-Band Radiometer), das die reflektierte Strahlung in der Atmosphäre aus drei Richtungen vermisst. „So kann die Menge der reflektierten Sonnenstrahlung und der von der Erde ausgehenden Wärmestrahlung bestimmt werden. Diese Messungen werden mit der aus den kombinierten Beobachtungen der anderen Instrumente berechneten Strahlung kombiniert und damit unser derzeitiges Verständnis der Wechselwirkung zwischen Aerosolen, Wolken und Energiebilanz unseres Planeten entscheidend verbessern“, erklärt Dr. Albrecht von Bargen, der die EarthCARE-Mission bei der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR betreut.

Deutsches Forschungsflugzeug HALO übernimmt Validierungskampagne
Zusammen bieten diese vier leistungsstarken Instrumente einen noch nie dagewesenen Einblick in das „Innenleben“ unserer Erdatmosphäre. „Doch EarthCARE ist nur dann leistungsstark, wenn die Instrumente richtig eingestellt sind. Dafür müssen die Messergebnisse im Weltraum immer wieder mit weiteren Messdaten aus der Luft und vom Boden verglichen werden. Das machen wir unter anderem in einer dreigeteilten Validierungskampagne, für die wir das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) mit vier Instrumenten bestückt haben, die mit denen von EarthCARE vergleichbar sind“, erklärt Dr. Silke Groß, die im DLR-Institut für Physik in der Atmosphäre diese Kampagnen leitet. Im August 2024 beginnen die Messflüge, koordiniert vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre und dem Max-Plack-Institut für Meteorologie zusammen mit dem Leipziger Institut für Meteorologie sowie den Universitäten Hamburg, Köln und München von den Kapverden aus. Dort wird die Validierung durch Bodenmessungen des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) unterstützt. Im September geht es für HALO weiter nach Barbados, wo das Max-Planck-Institut für Meteorologie die Messflügen durch Bodenmessungen begleitet. Anschließend kehrt HALO zum DLR nach Oberpfaffenhofen zurück, wo im Herbst nochmal umfangreiche Flüge über Europa, dem extratropischem Nordatlantik und über die Alpen bis zum Mittelmeer unternommen werden sollen.

Mit den drei Flugzielen verfolgen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterschiedliche Ziele: „Über den Kapverden haben wir eine komplexe Situation unterschiedlicher Aerosole und Wolken, von flacher zu hochreichender Bewölkung, und können besonders gut die Wechselwirkung dieser Schwebeteilchen untersuchen. Bei den Flügen rund um Barbados erwarten wir eine geänderte Wolken- und Aerosolstruktur. Und mit den Flügen von Oberpfaffenhofen aus, untersuchen wir bei Flügen aus den Extratropen, über die Alpen bis in den Mittelmeerraum Aerosole und Wolken, die sich noch einmal deutlich von denen der anderen Flugziele unterscheiden. Dadurch haben wir ein möglichst großes Spektrum abgedeckt“, erklärt Dr. Silke Groß. Bei vielen dieser Flüge wird HALO genau unter dem EarthCARE-Satelliten fliegen, so dass die Messungen vom Satelliten, vom Forschungsflugzeug und von den Bodenstationen exakt vergleichbar sind. An der Flugkampagne sind die Ludwig-Maximilian-Universität München, die Universitäten Köln, Leipzig und Hamburg, das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre und das Max-Planck-Institut für Meteorologie beteiligt sein. Koordiniert werden die Validierungsflüge mit Validierungsaktivitäten der Deutschen Forschungsgemeinschaft, unter anderem vom TROPOS, der Freien Universität Berlin, dem Forschungszentrum Jülich sowie dem Deutsche Wetterdienst. Betrieben wird HALO von der DLR-Einrichtung Flugexperimente.

Algorithmen aus Deutschland sollen „Datengold“ heben
Die vier Instrumente liefern gemeinsam Informationen für insgesamt 40 verschiedene Datenprodukte – zum Beispiel zur Wolkenbildung und -klassifizierung, zur Zusammensetzung der Aerosolschicht, zum Strahlungshaushalt der Atmosphäre aber auch zu Regen- und Schneeeigenschaften wie der genauen Tropfen- und Flockengröße. Rund die Hälfte der geophysikalischen Parameter aus den Datenprodukten werden direkt aus den Messungen eines einzelnen der vier Instrumente abgeleitet. Bei der anderen Hälfte werden diese Datenprodukte in weiterführenden Algorithmen genutzt, um synergetische geophysikalische Größen abzuleiten. Die Entwicklung dieser Rechenprozesse wurde von der ESA unter anderem mit maßgeblichen Anteilen an das TROPOS und die FU Berlin vergeben und findet damit auch in Deutschland statt. „Die Algorithmenentwicklung ist aus der Erdbeobachtung schon seit Jahren nicht wegzudenken. Sie erlaubt es aus Rohdaten kalibrierte Information bereitzustellen und daraus wiederum geophysikalische Größen mit Hilfe von Rechenvorschriften anhand von physikalischen Zusammenhängen abzuleiten. Ohne Algorithmen ist auch die EarthCARE-Mission nicht vorstellbar. Sie helfen den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern dabei, das Optimum an Information aus den eigentlichen Messungen herauszuholen wie zum Beispiel die von TROPOS zur Verfügung gestellten Algorithmen zur Berechnung der Wolkenobergrenze und Aerosolparametern aus ATLID-Messdaten. Künftig werden wir wie bei anderen Erdbeobachtungsmissionen auch erwarten können, dass KI-basierte Ansätze – natürlich streng anhand der Geophysik evaluiert – verfolgt werden, um vertiefte weiterführende Auswertungen durchzuführen“, erklärt Dr. Albrecht von Bargen. Um diesen Datenschatz und deren Nutzung allen interessierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern und einem erweiterten Kreis in Deutschland weitergehend zu erläutern und zugängig zu machen, wurde bei der Ludwigs-Maximilians-Universität in München ein Projektbüro eingerichtet, dass die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm fördert.

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• EarthCARE (ESA Earth Explorer 6) auf Falcon 9

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Quelle: Technische Universität Wien 8. Januar 2024.

8. Januar 2024 – Feldspat ist ein ganz gewöhnliches, unscheinbares Mineral, das ungefähr die Hälfte der Erdkruste ausmacht – doch in unserer Atmosphäre spielt Feldspat eine überraschend wichtige Rolle. Feines Feldspat-Mehl, das durch die Luft geweht wird, hat nämlich einen entscheidenden Einfluss auf die Bildung von Eiswolken. An Partikeln aus Feldspat können sich Wassermoleküle viel besser anlagern als an anderen Partikeln. So werden winzige Feldspat-Teilchen zu hervorragenden Nukleationskeimen, an denen Wassermoleküle klebenbleiben und gefrieren, sodass schließlich eine Wolke am Himmel entsteht.

Warum gerade Feldspat diese bemerkenswerte Fähigkeit hat, Wasser so effektiv an sich zu binden und dadurch Wolkenbildung zu ermöglichen, war bisher nicht klar. Mit einem hochsensitiven Rasterkraftmikroskop konnte man an der TU Wien nun zeigen: Die ganz spezielle Geometrie der Feldspat-Oberfläche bietet den perfekten Ankerpunkt für OH-Gruppen aus Wasserstoff und Sauerstoff – und dann in weiterer Folge für Wasser.

Bilder mit atomarer Auflösung
„Es gab mehrere Ideen, warum Feldspat ein derart effektiver Nuklationskeim ist“, sagt Prof. Ulrike Diebold vom Institut für Angewandte Physik der TU Wien, die das Projekt leitete. „Es könnte an Kalium-Atomen liegen, die im Feldspat enthalten sind, oder etwa auch an bestimmten Defekten seiner Struktur.“

Um diese Frage zu untersuchen, setzte man ein Rasterkraftmikroskop ein. Punkt für Punkt wird dort die Oberfläche des Kristalls mit einer feinen Spitze abgetastet. Aus der Kraft, die zwischen Spitze und Kristallprobe auftritt, kann man schließen, welche Atome sich an dieser Stelle befinden. So erhält man ein Bild mit atomarer Auflösung.

„Wir brachten also ein Stück Feldspat in die Vakuumkammer des Mikroskops ein und spalteten es in zwei Hälften, um eine unversehrte, saubere Feldspat-Oberfläche zu bekommen“, sagt Giada Franceschi, die Erstautorin der aktuellen Arbeit. „Dabei erlebten wir eine Überraschung: Die Bilder der Oberfläche sahen völlig anders aus, als gängige Theorien das vorhergesagt hatten.“

Eine Hydroxylschicht als optimale Verbindung
Die Ursache dafür war schnell gefunden: Wie sich zeigte, lag es an winzigen Wassereinschlüssen im Gestein. Wenn man den Stein auseinanderbricht, wird ein wenig Wasserdampf frei. Dieser lagert sich an der frisch gespaltenen Oberfläche an. Die Wassermoleküle brechen dabei auseinander und machen OH Gruppen. „Man sieht unter dem Mikroskop also gar nicht die Feldspat-Oberfläche selbst, sondern eine von Hydroxylgruppen bedeckte Oberfläche“, erklärt Giada Franceschi. „Auch in der Natur wird die Feldspat-Oberfläche mit einer solchen Hydroxylschicht bedeckt.“

Aufgrund der Geometrie des Feldspat-Kristalls sind diese Hydroxylgruppen so positioniert, dass sie sich perfekt als Ankerpunkte für Wassermoleküle eignen. So wie Klemmbausteine, die ineinander klicken, können Wassermoleküle an den Hydroxylgruppen andocken. Die Hydroxylschicht bildet somit die perfekte Verbindung zwischen Feldspat und dem Wasser, das sich als Eis anlagert. „Die Bindung wird sehr leicht und sehr schnell hergestellt, und sie ist auch sehr stabil“, sagt Ulrike Diebold. „Um die Hydroxylschicht vom Feldspat wieder zu entfernen, müsste man ihn sehr hoch erhitzen.“ Auch Computersimulationen unterstützten diesen Befund.

Die Ergebnisse liefern Aufschluss darüber, warum Kristalle sich in unserer Atmosphäre besonders gut als wolkenbildende Nukleationskeime eignen – auch angesichts des Klimawandels ist es wichtig, die Physik der Wolkenbildung noch besser zu verstehen. Und manchmal – so zeigt das Forschungsprojekt an der TU Wien – muss man dafür tief in die Welt der Atome blicken.

Originalpublikation
G. Franceschi et al., How Water Binds to Microcline Feldspar (001), J. Phys. Chem. Lett. 2024, 15, 15–22.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.3c03235
pdf: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.jpclett.3c03235?download=true

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• Planet Erde

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Quelle: TROPOS 7. September 2023.

Leipzig / Oklahoma City – 7. September 2023 – Erstmals haben deutsche Forschende den Einfluss von Wolken auf kurzfristige Schwankungen der Sonneneinstrahlung in Nordamerika gemessen. Zum Einsatz kam dabei ein weltweit einmaliges Netz von Strahlungssensoren, das am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) konzipiert und gebaut wurde. Es war von Anfang Juni bis Ende August dieses Jahres in der flachen Prärie des mittleren Westens der USA im Einsatz. So genannte Pyranometer haben dabei das eingehende Sonnenlicht an 60 Standorten verteilt über einer Fläche von 6×6 Quadratkilometern im US-Staat Oklahoma sekundengenau erfasst.

Die Leipziger Forschenden haben dazu in der unmittelbaren Umgebung des Southern Great Plains (SGP) Atmospheric Observatory gemessen, dem weltweit größten und umfangreichsten Observatoriums zur Messung der atmosphärischen Strahlung. Die Messkampagne „Small-Scale Variability of Solar Radiation“ (S2VSR) von TROPOS, dem US-Strahlungsmessprogramm ARM und der University of Oklahoma hat erfolgreich wichtige Klimadaten an der Erdoberfläche gesammelt, damit die neuesten Generationen an Wetter- und Umweltsatelliten sowie Photovoltaik-Anlagen effektiver genutzt sowie Wettervorhersagen und Klimamodelle genauer gemacht werden können.

Diese Messungen ergänzen dabei die seit dem Bau des Netzwerks vor 10 Jahren im Rahmen von sechs Feldkampagnen in Deutschland und in der Arktis gewonnenen Datensätze. Von wissenschaftlichem Interesse sind in diesem Fall neben den vorherrschenden meteorologischen Bedingungen auch die umfangreichen Vergleichsmöglichkeiten mit Routinemessungen am Standort des dortigen Observatoriums und im gesamten Bundesstaat Oklahoma, nämlich die umfangreichen atmosphärischen Messungen des ARM-Programms sowie des Oklahoma MESONETs. Das TROPOS-Pyranometer-Messnetz hat diese dabei um Informationen über Schwankungen auf Sekunden- und Dekameterskala ergänzt, die die bisherigen Messungen aufgrund eines zu großen Abstands der Stationen nicht liefern können. Die Daten sollen nun insbesondere als Grundlage für den geplanten Vergleich mit den neusten Satellitenbeobachtungen dienen: einerseits mit dem amerikanischen geostationären GOES-R Satellit, der bereits jetzt Beobachtungen mit 500 m Auflösung im 5-Minutentakt liefert wie die europäischen METEOSAT-Satelliten der dritten Generation ab Ende des Jahres; andererseits mit der europäischen Sentinel-2 Mission, mit Bildern von bis zu 10 Metern räumlicher Auflösung.

Die Feldkampagne profitierte dabei von der logistischen Unterstützung und der sehr guten Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Programm, das auf die Untersuchung der Atmosphäre und ihrer Wechselwirkungen mit der atmosphärischen Strahlung ausgerichtet ist und das Observatorium in Oklahoma seit 1992 betreibt. Ein weiterer wichtiger Partner für die Kampagne und die nun beginnende wissenschaftliche Auswertung ist die School of Meteorology an der Universität von Oklahoma. Sie ist der größte Meteorologie-Fachbereich in den Vereinigten Staaten und traditionell eher für ihre Unwetterforschung bekannt, hat aber in den letzten 8 Jahren einen erheblichen Umschwung zu einem breiteren Atmospärenforschungsprogramm vollzogen. „Die S2VSR-Messkampagne bietet hervorragende Möglichkeiten für unsere Forschungsgruppe CL2EAR (CLouds ClimatE Aerosols Radiation)“, so Prof. Jens Redemann, Director der School of Meteorology. „Durch S2VSR haben unsere Studenten „hands-on“-Training in der Durchführung von Messungen und in der Analyse dieser weltweit einzigartigen Beobachtungen bekommen, die den Schlüssel für viele Fragen in unserem Forschungsgebiet bieten könnte. Wir hoffen auf eine lange und vielfältige Zusammenarbeit mit TROPOS.“

„Während der 12-wöchigen Kampagne wurden zwei Messstationen leider durch Mäharbeiten beschädigt, davon konnte nur eine repariert werden. Im Rahmen der Routinewartung wurden vereinzelt Beeinträchtigungen der Messungen durch verschmutzte oder gekippte Pyranometer festgestellt. Die vorläufige Qualitätssicherung der gewonnenen Daten zeigt jedoch, dass ihre Qualität und Verfügbarkeit auch im Vergleich zu vergangenen Kampagnen sehr hoch ist und die Kampagne somit ein voller Erfolg war. Hier ist insbesondere das hohe Engagement der Studenten der Universität von Oklahoma bei der Wartung zu betonen”, berichtet Dr. Hartwig Deneke vom TROPOS.

Die nun beginnende Auswertung der Beobachtungen der Kampagne „Small-Scale Variability of Solar Radiation“ (S2VSR) soll neuartige Erkenntnisse über die kurzfristige Schwankung des Sonnenlichts an der Erdoberfläche liefern, wie sie vor allem durch Wolken verursacht werden. „Auf diesen Skalen kommt es dabei insbesondere aufgrund der 3-dimensionalen Wolkenstrukturen zu Effekten im atmosphärischen Strahlungstransport, die sowohl von aktuellen Wetter- und Klimamodellen als auch in Satellitenprodukten bisher nur unzureichend berücksichtigt werden. Wir hoffen, dass die gewonnenen Erkenntnisse mittelfristig auch dazu beitragen, Kurzfristvorhersagen des Sonnenlichts zu verbessern für eine optimale Nutzung der mit Photovoltaik erzeugter erneuerbarer Energie“, erklärt Dr. Hartwig Deneke.

Über TROPOS
Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft, die 97 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen.

Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit.

Leibniz-Einrichtungen pflegen enge Kooperationen mit den Hochschulen – u.a. in Form der Leibniz-WissenschaftsCampi, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 20.500 Personen, darunter 11.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.

Der Gesamtetat der Institute liegt bei 2 Milliarden Euro. Finanziert werden sie von Bund und Ländern gemeinsam. Die Grundfinanzierung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) getragen. Das Institut wird mitfinanziert aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.

Konferenzbeitrag
H.M. Deneke, A. Macke, J. Redemann, C. Flynn, M.T. Ritsche, Y.M. Saint-Drenan, J. Witthuhn, O. Ritter, A.K. Heidinger, B. Lamkin, M. Foster, A. Walther, D. Romps, R. Öktem, J. Wiltink, J.F. Meirink, H. Kalesse-Los: The Small-Scale Variability of Solar Radiation (S2VSR) Campaign – Overview and first Results. IUGG General Assembly 2023. IUGG23-4624. (15 Jul 2023).

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• Planet Erde

Der Beitrag TROPOS-Messkampagne zur kleinskaligen Variabilität des Sonnenlichts erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Im August 1883 ereignet sich zwischen den Inseln Java und Sumatra im heutigen Indonesien eine Katastrophe: Ein Vulkan bricht mit solcher Macht aus, die zuvor nur selten beobachtet worden ist. Der Ausbruch des Krakatau fordert so viele Menschenleben wie nie zuvor in der Geschichte – und er verändert sogar die Atmosphäre nachhaltig. Sulfatpartikel färben über einige Jahre die Sonnenuntergänge weltweit in intensiven Tönen. Aber da ist noch mehr: Aschepartikel und Wasserdampf des Ausbruchs lösen ein neues Phänomen in den oberen Schichten der Atmosphäre aus, das bis heute existiert. Es sind Wolken, die bei Nacht leuchten.

In dieser Folge des AstroGeo Podcasts erzählt Karl von leuchtenden Nachtwolken und wie sie erstmals beobachtet wurden. Vor allem geht es darum, wie genau diese Wolken entstehen können und ob in neuerer Zeit nicht auch andere Faktoren zu ihrer Bildung beitragen. Denn leuchtende Nachtwolken sind nicht nur schön anzusehen – sie sind auch ein deutliches Zeichen dafür, wie rasant wir das Klima der Erde verändern.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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• AstroGeo Podcast
• Himmelsschauspiel

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Quelle: Technische Universität Braunschweig 5. April 2023.

Am 13. April ist der Start der JUICE-Mission zur Erforschung des Planeten Jupiter und seiner Monde geplant. Die Technische Universität Braunschweig ist an der Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) mit einem selbstentwickelten Magnetfeld-Messgerät und einer Kamera-Datenverarbeitungseinheit beteiligt. Mit einem Rahmenprogramm im Haus der Wissenschaft begleitet die TU Braunschweig den vorletzten Start der Trägerrakete Ariane 5 vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana. Die Forschenden interessieren sich insbesondere für die Jupiter-Monde Ganymed, Kallisto und Europa, um die Entwicklung habitabler Welten um den Gasriesen zu untersuchen.

2030 wird der Orbiter im Jupiter-System ankommen. Dann beginnt ein dreieinhalbjähriger Untersuchungszeitraum. Erforscht werden dann Struktur, Zusammensetzung und Dynamik der Jupiter-Atmosphäre. Es folgen Vorbeiflüge am Jupiter-Mond Europa mit den Schwerpunkten Geologie und Zusammensetzung. Ferner werden die innere Struktur, die Oberfläche und die äußerste Schicht der Atmosphäre des Mondes Kallisto genau untersucht.

Wasservorkommen unter der oberflächlichen Kruste erkunden
Die letzte Phase der Mission ist Ganymed gewidmet. Dazu tritt der Orbiter in eine stationäre Umlaufbahn um den Mond ein. In dieser letzten Phase haben Magnetfeldbeobachtungen besonders hohe Priorität, da sie wertvolle Informationen über das Innere des Mondes liefern können. Ziel ist es, Tiefe und Ausdehnung des vermuteten Ozeans zu bestimmen und die Quelle von Ganymeds eigenem Feld und dessen Wechselwirkung mit dem Jupiter-Magnetfeld zu verstehen.

Das Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der TU Braunschweig trägt mit einem Fluxgate-Magnetometer zur Messkampagne bei. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt finanziell gefördert. Im Zusammenspiel mit zwei weiteren Magnetometern werden damit die Magnetfelder im Jupiter-System und insbesondere in der Nähe der Jupiter-Monde gemessen. Das Fluxgate-Magnetometer der TU Braunschweig ist Teil eines Magnetometerpakets (J-MAG), das auf der Raumsonde installiert wurde.

„Das J-MAG-Instrument ist dafür ausgelegt, kleinste induzierte Magnetfelder zu beobachten, die von Ozeanen unterhalb der Mond-Oberflächen herrühren. J-MAG erlaubt dadurch einen Einblick in das Innere der Jupiter-Monde. Des Weiteren ist der Jupiter-Mond Ganymed für J-MAG von besonderem Interesse. Er ist der einzige uns bekannte Mond mit eigenem Magnetfeld. Durch dieses Magnetfeld ist der Ganymed von einer eigenen, kleinen Magnetosphäre umgeben, die sich innerhalb der riesigen Jupiter-Magnetosphäre ausbildet und mit dem Jupiter-Magnetfeld dynamisch interagiert“, sagt Professor Ferdinand Plaschke vom Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik.

J-MAG wird von einem Konsortium europäischer Universitäten und wissenschaftlicher Institute unter der Leitung von Professor Michele Dougherty (Imperial College London) entwickelt. Die Hauptakteure sind dabei das Imperial College London, das Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig und das Institut für Weltraumforschung in Graz.

Das J-MAG-Instrumentenpaket besteht aus einer Hauptelektronikbox, die alle elektronischen Platinen des Instruments enthält, und aus drei Messsensoren: J-MAG-OB, J-MAG-IB und J-MAG-SCA. Hierbei bezeichnet J-MAG-OB ein Außenbord-Fluxgate-Magnetometer, entwickelt vom Imperial College London, und J-MAG-IB ein Binnenbord-Fluxgate-Magnetometer, entwickelt am Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik (IGeP) der TU Braunschweig. Der dritte Sensor, J-MAG-SCA, ist ein skalares Magnetometer eines neuen Typs – ein sogenanntes Coupled-Dark-State-Magnetometer (CDSM) – entwickelt am Institut für Weltraumforschung und an der Technischen Universität in Graz. Alle Komponenten greifen ineinander, so dass ein besonders präziser Messstandard erreicht werden kann.

Optisches Kamerasystem untersucht Mondoberflächen und kartiert Jupiter-Wolken
Am Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze der TU Braunschweig wurde unter Leitung von Professor Harald Michalik die Datenverarbeitungseinheit der JANUS-Kamera gebaut. Sie wurde unter anderem in Italien und Deutschland entwickelt und hat die Aufgabe, die Oberflächen der Jupiter-Monde Ganymed, Kallisto und Europa zu charakterisieren, um damit ihre geologische Aktivität untersuchen zu können. Außerdem können damit Wolkenformationen in der hochstrukturierten Jupiter-Atmosphäre, das Jupiter-Ring-System und kleinere Jupiter-Monde beobachtet und studiert werden.

Das multispektrale Kamerasystem mit 13 Filtern in verschiedenen Wellenlängenbereichen wird eine Auflösung von bis zu 2,4 Meter auf Ganymed und etwa 10 Kilometern auf Jupiter haben. Die Datenverarbeitungseinheit steuert die Kameraelektronik und komprimiert die Bilddaten in Echtzeit, bevor die Bilder in den Datenspeicher des JUICE-Raumfahrzeuges kopiert und von dort mit geringer Datenrate zur Erde gesendet werden.

Zur Veranstaltung
Ort: Aula im Haus der Wissenschaft, Pockelsstraße 11, Braunschweig

Ablauf:

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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