Forschungssatelliten

Blindflug für die Klimaforscher?

Von Ulrich Schaper
 - 16:44
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Wenn man so möchte, entscheidet sich das geologische Schicksal unseres Planeten an den Polen. Natürlich nur im übertragenen Sinne. Die Datenreihen aber, die dokumentieren, in welcher Art und in welchem Umfang sich die Eisdecke an den beiden Enden der Welt verändert, gehören zu den stärksten Beweismitteln bei der Analyse der globalen Erwärmung. Der weltweite Anstieg der Mitteltemperatur hat direkten Einfluss auf die Eismassen dieser Welt. Schmelzen diese, hat das gravierende Folgen für das Erdsystem im Ganzen.

Ausgerechnet bei der Erforschung der Polarregionen droht der Wissenschaft nun ein blinder Fleck. Der Grund: Der Cryosat-2-Satellit, der derzeit zuverlässig Daten liefert, könnte jeden Augenblick seinen Dienst verweigern. Die Mission der europäischen Raumfahrtagentur Esa, die 2010 gestartet wurde, war ursprünglich nur auf drei Jahre ausgelegt; allein weil sich der Satellit immer noch in einem guten Zustand befindet, ist die Mission bis 2017 verlängert worden. Gar bis 2025 soll das Bodensegment, also die Station, die die Cryosat-2-Daten empfängt und bündelt, vorgehalten werden. Und dann? Zwar gibt es einige Vorstudien, eine Nachfolgemission aber, die zeitnah vergleichbare Messergebnisse liefern könnte, ist noch nicht gesichert. Angelika Humbert vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven (AWI) beobachtet die Entwicklung daher mit Sorge. „Die Vorstudien und Planungen sind fertig – aber noch gibt es keinen Startschuss. Selbst wenn sich die Esa augenblicklich für eine Nachfolgemission entschließen könnte, wenn die Finanzierung gesichert ist und wenn dann alles ohne Verzögerung verlaufen würde, könnte der nächste Satellit erst 2021 ins All gehen.“ Vier lange Jahre wären das, die den Klimawissenschaftlern eine schmerzhafte Datenlücke bescheren würden.

Die Vereinigten Staaten hatten bereits vor der Amtsübernahme Donald Trumps als Präsident angekündigt, sich lieber den Mars anzuschauen, als sich mit der Erde zu beschäftigen. Zwar ist mit der IceSat-2-Mission für 2018 eine Mission geplant, die ähnliche Daten wie Cryosat-2 liefern würde. Aber seine Lebensdauer würde die Lücke nicht schließen. Die bei der Nasa zuständige Abteilung für Erdforschung soll nach der Neuausrichtung durch die Trump-Regierung künftig keine weitere finanzielle Unterstützung mehr erhalten. Die derzeit sechzehn Missionen zur Erderkundung werden aller Voraussicht nach keine Verlängerung bekommen. Damit fehlen bald Daten zu Eis, Wolken, Wasser, Temperatur und anderen wichtigen Klimaparametern.

„Die Europäer täten gut daran, sich nicht zu sehr auf die Nasa zu verlassen“, mahnt Humbert vor dem Hintergrund der aktuellen politischen Lage. Laut dem UN-Sekretariat für Outer Space Affairs UNOOSA sind derzeit 4635 Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn; 1903 von ihnen sind aktiv. Ein Großteil davon wird für Telekommunikation, Fernsehen, Radio und digitale Datenübertragung genutzt, aber eben auch für die Erdbeobachtung.

Das amerikanische Militär begann mit der satellitengestützten Erderkundung im Jahr 1959. Unter dem Eindruck des Kalten Krieges spielten zum damaligen Zeitpunkt vornehmlich geostrategische Informationen eine Rolle. Heute hingegen sind die Daten von Cryosat-2, TerraSAR-X, IceSat & Co. längst unverzichtbar geworden, um die Messreihen der Atmosphäre, der Landflächen, der Eiszonen und Ozeane sowie der Biosphäre zu einem Bild zu verdichten. Der Blick von außen ist unverzichtbarer Bestandteil der globalen Umwelt- und Klimamodelle geworden. Noch nie gab es eine derart umfangreiche und aktuelle Datenbasis; eine Lücke kann sich die Klimatologie vor dem Hintergrund der aktuellen Dynamik nicht erlauben – schon gar nicht bei der Überwachung der Eiskörper.

Das Meereis der Arktis gilt als kritisches Element des weltweiten Klimageschehens. Veränderungen, die frühzeitig entdeckt werden, können ein Fingerzeig für die weitere Erdsystemanalyse sein. Während die Meereisausdehnung bis ins Jahr 2000 noch sechs bis sieben Millionen Quadratkilometer betrug, lag sie im Frühjahr dieses Jahres bei rund 4,7 Millionen Quadratkilometern. Die Nordostpassage ist für den Schiffsverkehr seit einigen Jahren schon ohne Unterstützung von Eisbrechern ohne Schwierigkeiten zu befahren. Auch die Veränderungen der Massenbilanz sind dramatisch: Laut IPCC-Bericht hat die durchschnittliche Eisdicke allein zwischen 2000 und 2012 um durchschnittlich etwa 0,6 Meter abgenommen. 2012 waren zudem erstmals Schmelzprozesse auf dem kompletten grönländischen Eisschild zu beobachten. So betrug der Eisverlust in Grönland zwischen 1992 und 2001 lediglich 34 Gigatonnen pro Jahr. Allein in den Jahren zwischen 2002 und 2011 erhöhte sich der Verlust um das Sechsfache auf 215 Gigatonnen pro Jahr. Zusammengenommen, ist der Massenverlust für einen Meeresspiegelanstieg von rund 0,45 Millimeter pro Jahr verantwortlich. Weitere Einflussfaktoren sind hydrologische Prozesse und die Ausdehnung des Wasserkörpers.

Insgesamt gibt es drei Messverfahren, mit denen die Veränderung der Eisschilde gemessen wird. Neben der Massenbilanz durch Cryosat-2 gibt es eine satellitengestützte Untersuchung des Schwerefeldes durch das deutsch-amerikanische Programm Grace. Vor Ort wird zudem per Input-Output-Methode gemessen: Wie viel Neuschnee fällt? Wie viel fließt am Rand des Eiskörpers ins Meer ab? Elementarer Bestandteil für das Gesamtbild aber sind die Daten aus der Cryosat-2-Mission.

Im Jahr 2005 schickte die Esa den ersten Cryosat-Satelliten ins All. Kurz nach seinem Start stürzte er ab. Zwar wurde nur wenige Monate später eine Ersatzmission beschlossen, diese wurde aber erst fünf Jahre später realisiert. „Daran sieht man, von welchen Zeiträumen wir hier sprechen“, sagt Humbert. „Cryosat-2 hat seine Lebenszeit eigentlich schon überschritten, es kann von heute auf morgen passieren, dass die Technik einen Infarkt leidet. Dann stehen wir auf Jahre ohne Daten da.“

Der Cryosat-2-Satellit, arbeitet per georeferenziertem Radarecho, er sendet Mikrowellen zur Erde, die von der Eisoberfläche reflektiert und an die Messinstrumente des Satelliten zurückgesandt werden. Er tastet die Eismassen in einem 1600 Meter breiten Streifen ab und produziert dabei Daten zur Bestimmung der Oberflächenhöhe von Eisschilden und Meereis. Im Gegensatz zu optischen Sensoren, die auf vielen Wettersatelliten oder auf den Sentinel-2-Satelliten installiert sind, liefern die passiven Mikrowelleninstrumente des Cryosat-2 unabhängig von Beleuchtung und Wetterverhältnissen zuverlässig Daten. Wenn bei der optischen Messung eine Wolke davor hängt und wenn Polarnacht ist, bleibt es dunkel; die Radarsatelliten dagegen liefern auch dann Informationen, wenn die vorherrschenden Bedingungen in den Polarregionen schlecht sind. „Und das ist häufig der Fall“, erklärt Humbert. Grundsätzlich herrscht bei Forschern und Behörden Einigkeit, dass man einen Cryosat-Satelliten benötigt. Ein entsprechender Antrag für eine Folgemission ist bereits gestellt. Möglicherweise aber müssen sich die Glaziologen noch eine Weile gedulden: Derzeit wird über ein Projekt diskutiert, das einen vollständig neuen und extrem geschärften Blickwinkel auf die Pole und Gletscher ermöglichen würde und das unter Umständen priorisiert wird. Mit dem Satellitenprojekt Tandem-L hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) einen Antrag für eine ganz neuartige Mission gestellt.

Im Formationsflug liefern zwei Satelliten im Tandemflug Daten, mit denen sich sogar dynamische Prozesse abbilden lassen. „Das Projekt ist eine Mission, die für viele Forscher und auch viele kommerzielle Anwendungen sinnvoll wäre“, sagt Humbert. Die Europäer hätten damit die einmalige Chance, die führende Rolle in der Erdbeobachtung zu übernehmen. Man könne bei Vulkanausbrüchen sehen, wie sich die Flanke vorher ändert, bei Flutereignissen könne man Flutgebiete lokalisieren, Waldhöhen messen und über die Rauhigkeit der Wasseroberfläche sogar Ozeanströmungen beobachten. Die inneren Strukturen von ganz Grönland und der Antarktis seien so zum allerersten Mal zu messen. „Es ändert aber nichts daran, dass wir auch einen Cryosat-Satelliten brauchen“, sagt Humbert. Im Vergleich zur Tandem-L-Mission, die rund 660 Millionen Euro kosten wird, wäre eine weitere Cryosat-Mission mit 150 bis 170 Millionen Euro vergleichsweise günstig. „Die eine kann die andere nicht ersetzen.“ Im Sinne der Klimaforschung sei es absolut notwendig, mit einer breiten und umfassenden hochauflösenden Datenbasis zu arbeiten. „Es geht bei all den Informationen vor allem um eines: nachzuvollziehen und zu verstehen, wie die erdsystemischen Prozesse miteinander interagieren.“

Quelle: F.A.Z.
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