Neue Dimension der Erdbeobachtung: Esa-Mission „Earthcare“

Im Kontrollzentrum der Europäischen Raumfahrtbehörde (ESA) in Darmstadt herrscht große Freude, als der ersehnte Kontakt endlich hergestellt wird. Am Mittwochmorgen, den 29. Mai um 1.14 Uhr (MESZ) sendet der Erdbeobachtungssatellit „Earthcare“ (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) die ersten Signale über Südafrika und nimmt die Kommunikation auf. Dies geschieht knapp eine Stunde nach dem erfolgreichen Start in Vandenberg, Kalifornien. Die Spannung weicht Erleichterung und Freude, denn die ESA hat eine neue Mission.

Missionsleiter Björn Frommknecht zeigt sich begeistert: „Wir sind super glücklich, dass so weit alles geklappt hat.“ Auch Missionswissenschaftler Thorsten Fehr ist erleichtert: „Es ist eine fantastische Nacht. Die Rakete hat den Satelliten genau dort hingebracht, wo er hin sollte. Wenn das so perfekt weitergeht, ist das ein Traum.“

Ein perfekter Start und die Mission von Earthcare

Um 0.20 Uhr (MESZ) wurde die Trägerrakete gezündet, wie die Live-Übertragung im ESA-Kontrollzentrum zeigte. Der Orbiter hob anschließend an Bord einer Falcon-9-Rakete von SpaceX ab. Der Satellit wird in einer Umlaufbahn von etwa 400 Kilometern Höhe die Wechselwirkungen von Wolken, Aerosolen und Sonneneinstrahlung untersuchen, um bessere Klimamodelle und Wettervorhersagen zu ermöglichen. Erstmals soll ein 3D-Modell der Atmosphäre im gesamten Höhenprofil erstellt werden können.

ESA-Direktor für Missionsbetrieb, Rolf Densing, erklärte Stunden vor dem Start die kritischen Zwischenschritte: Der Start, das Ausfahren der Solarpanele und die erste Kommunikationsverbindung seien entscheidend. „Das Signal vom Satelliten ist entscheidend, dann haben wir etwas, womit wir arbeiten können,“ sagte Densing. In den nächsten sechs Monaten wird alles geprüft und getestet, bevor es in den Routinebetrieb übergeht. Der Satellit sei noch „wie ein Baby in den frühen Tagen.“

Technische Details und wissenschaftliche Ziele

Laut dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist der Orbiter etwa 17 Meter lang, 2,5 Meter breit und 3,5 Meter hoch, wenn die Solarpanele ausgeklappt sind. Die Instrumente an Bord senden Lichtimpulse und analysieren die reflektierten Signale. Die japanische Raumfahrtbehörde JAXA steuerte ein Radar bei, um das Innenleben von Wolken zu untersuchen. Ein weiteres Instrument macht hochauflösende Bilder im sichtbaren und infraroten Lichtspektrum. Ein viertes Instrument misst die reflektierte Sonnenstrahlung und die von der Erde ausgehende Wärmestrahlung.

Experten sehen in der Mission eine neue Dimension der Erdbeobachtung. Das Wissen über die Erdatmosphäre und ihre Interaktion mit Aerosolen und Wolken ist noch lückenhaft. Diese Lücken sollen nun geschlossen werden. Folgende Ziele hat sich die Esa für die Mission gesetzt:

• Globale Beobachtung der vertikalen Profile von natürlichen und menschengemachten Aerosolen, ihrer Strahlungseigenschaften und ihrer Interaktion mit Wolken.
• Untersuchung der vertikalen Verteilung von flüssigem Wasser und Eis in der Atmosphäre weltweit, einschließlich ihres Transports durch Wolken und ihrer Auswirkungen auf die Strahlung.
• Analyse der Verteilung von Wolken, ihrer Wechselwirkungen mit Niederschlag und der vertikalen Bewegungen innerhalb der Wolken.
• Erstellung von Profilen der atmosphärischen Strahlungserwärmung und -abkühlung durch die Kombination der gemessenen Eigenschaften von Aerosolen und Wolken.

Das soll alles gemessen werden

Die EarthCARE-Mission wird Wolken, Aerosole und Strahlung mit einer hohen Zielgenauigkeit miteinander verknüpfen. Dieses Ziel wird durch die globale Messung der vertikalen Struktur und der horizontalen Verteilung von Wolken- und Aerosolfeldern sowie der ausgehenden Strahlung erreicht. Im Detail wird EarthCARE folgende Aspekte untersuchen:

• Eigenschaften von Aerosolschichten: Vorkommen, Extinktionsprofile, Höhe der Grenzschicht und Unterscheidung der Aerosolarten.
• Eigenschaften von Wolkenfeldern: Grenzen und Mehrschichtstrukturen der Wolken, detaillierte Wolkenbedeckung und Überlappung, Auftreten von flüssigen, eisigen und unterkühlten Schichten, vertikale Profile des Eiswassergehalts und der effektiven Partikelgröße, sowie vertikale Profile von flüssigem Wasser und der effektiven Tröpfchengröße. Zusätzlich werden kleinräumige (<1km) Schwankungen dieser Eigenschaften erfasst.
• Vertikale Geschwindigkeiten: Beschreibung der konvektiven Bewegungen innerhalb der Wolken und der Eissedimentation.
• Nieselregenraten: Schätzungen von Nieselregen und stärkeren Niederschlagsraten.
• Strahlung: Messung der reflektierten Sonnenstrahlung und der emittierten Wärmestrahlung an der oberen Grenze der Atmosphäre.

Das kostet die Mission

Die Gesamtkosten für „Earthcare“ belaufen sich laut Missionswissenschaftler Fehr auf 800 Millionen Euro für die europäische Seite. Die japanische Raumfahrtagentur JAXA steuert rund 52 Millionen Euro für eines der Instrumente bei. Aufgrund seiner Form und Farbe gaben die Japaner dem Orbiter den Spitznamen „weißer Drache,“ da weiße Drachen der Legende nach besonders schnell fliegen können.

Die Mission steht für Deutschlands Weltraumstrategie, betont Walther Pelzer, Direktor der deutschen Raumfahrtagentur beim DLR. „Deutschland macht seit Jahrzehnten Raumfahrt, um das Leben auf der Erde zu verbessern.“ In der Erdbeobachtung sei Deutschland führend, auch innerhalb der ESA. Man könne Infrastruktur in Erdbebengebieten ausmachen oder die Wasserqualität via Satellit untersuchen. Pelzer hofft, dass die Mission neue Erkenntnisse liefert: „Es geht um fundamentale Fragen. Alle Daten werden später frei zugänglich sein. Wir wollen diese Daten.“ (mit Material der dpa)