Der ESA-Satellit EarthCARE hat die ersten Bilder seines Breitbandradiometers gesendet und damit einen Vorgeschmack auf das gegeben, was uns nach seiner vollständigen Inbetriebnahme erwartet. Diese ersten Bilder bieten einen spannenden Einblick in die Feinheiten des Energiehaushalts unseres Planeten – ein empfindliches Gleichgewicht, das unser Klima bestimmt.
Die Energiebilanz der Erde berücksichtigt die Energiemenge, die sie von der Sonne erhält, die Sonnenstrahlung und die Menge an Wärmestrahlung, die die Erde wieder in den Weltraum abgibt.
Dieses Gleichgewicht wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst, darunter Wolken, Aerosole und Treibhausgase, und ist von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung relativ stabiler Temperaturen auf der Erde.
Obwohl allgemein bekannt ist, dass die Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre durch menschliche Aktivitäten steigen, gelangen Aerosole auch durch Industrieanlagen, Verkehr und Landwirtschaft sowie aus natürlichen Quellen in die Atmosphäre.
Da die globalen Temperaturen steigen, ist das Verständnis und die Überwachung der Strahlungsbilanz von entscheidender Bedeutung für die Untersuchung und Lösung klimabezogener Probleme. Aus diesem Grund hat die ESA gemeinsam mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA den Satelliten EarthCARE gebaut.
EarthCARE wurde entwickelt, um verschiedene Aspekte unserer Atmosphäre zu messen und uns dabei zu helfen, zu verstehen, wie Wolken und Aerosole die einfallende Sonnenenergie zurück in den Weltraum reflektieren und wie sie ausgehende Infrarotenergie einfangen.
Diese Informationen sind von entscheidender Bedeutung für das Verständnis des Klimawandels und für die Vorhersage der Geschwindigkeit, mit der Wolken und Aerosole in Zukunft ihren derzeitigen kühlenden Gesamteffekt verlieren könnten.
Bemerkenswert ist, dass EarthCARE, obwohl es erst vor etwas mehr als einem Monat gestartet ist, bereits die ersten Daten von seinem Cloud-Profiling-Radar zurückgesendet hat.
Und nun stellt auch sein Breitbandradiometer seine beeindruckende Leistungsfähigkeit unter Beweis.
Simonetta Cheli, ESA-Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme, sagte: „Natürlich haben wir nie am Potenzial des Breitbandradiometers EarthCARE gezweifelt, aber hier sehen wir schon in einem so frühen Stadium der Mission, dass das Instrument sehr gut funktioniert und hervorragende Daten liefert.“
„Jedes der verschiedenen Instrumente des Satelliten spielt eine äußerst wichtige Rolle – und wenn alle harmonisch zusammenarbeiten und der Satellit in Betrieb genommen wird, verfügen die Wissenschaftsgemeinschaft und die Wettervorhersager über ein leistungsstarkes Werkzeug, mit dem wir unser Verständnis des Energiehaushalts der Erde erweitern, die Klimawissenschaft voranbringen und die Wettervorhersagen verbessern können.“
Das für die Mission entscheidende Breitbandradiometer misst Strahlungsströme an der Oberseite der Erdatmosphäre.
Während der Satellit seine Umlaufbahn entlang reist, ist das Breitbandradiometer insofern einzigartig, als es die Atmosphäre gleichzeitig aus drei Richtungen beobachtet.
Mithilfe dieser Informationen können Wissenschaftler genau messen, wie viel Sonnenenergie in den Weltraum zurückreflektiert wird und wie viel Wärmeenergie gleichzeitig von der Erdoberfläche abgegeben wird.
Die drei verschiedenen Blickwinkel des Breitbandradiometers – einer direkt vom Satelliten aus, einer vor der Flugbahn des Satelliten (nach vorne) und einer hinter der Flugbahn des Satelliten (nach hinten) – sind der Schlüssel zur Erfassung systematischer dreidimensionaler Ansichten sowohl der reflektierten als auch der emittierten Strahlung.
Ein Vergleich mit der Strahlung, die aus den kombinierten Messungen der anderen Instrumente des Satelliten berechnet wird, wird unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Aerosolen, Wolken und Strahlung deutlich verbessern.
Das obige Bild wurde am 18. Juli aufgenommen, nur wenige Stunden nachdem das Breitbandradiometer mit seinen Messungen begonnen hatte. Es zeigt die Helligkeit in der Vorwärtsansicht entlang der Umlaufbahn von EarthCARE über dem westlichen Mittelmeer, etwa einer 1.300 km langen Strecke von Nordspanien bis Algerien.
Die Helligkeit gibt an, wie viel Sonnenenergie in den Weltraum zurückreflektiert wird. Weiße, helle Wolken reflektieren beispielsweise viel Sonnenlicht (rot dargestellt), während das Meer wenig Sonnenlicht zum Satelliten zurückreflektiert und dunkel erscheint (blau dargestellt).
Während die Daten einen deutlichen Übergang zwischen der Küste Spaniens und dem Mittelmeer zeigen, gibt es auf offener See kaum einen Unterschied. Der Wechsel von dunkleren zu helleren Farben über der algerischen Küste ist auf das Vorhandensein von Aerosolen und dünnen Wolken zurückzuführen.
Das Bild unten zoomt auf das Atlasgebirge, wo Gewitterwolken 10 km in die Atmosphäre ragen. Die drei verschiedenen Blickwinkel des Breitbandradiometers erfassen die Wolken aus leicht unterschiedlichen Positionen.
Dies ist an der scheinbaren Position des Wolkenschattens im Verhältnis zu den Wolken zu erkennen: Bei der Vorwärtsansicht scheinen sie nördlich der Wolke zu liegen, bei der Abwärtsansicht östlich und bei der Rückwärtsansicht südlich.
Diese Kombination von Betrachtungswinkeln ist die Stärke des Instruments – eine einzige Ansicht würde das Sonnenlicht oder die von Wolken und anderen Objekten reflektierte oder abgegebene Wärmestrahlung nicht vollständig wiedergeben. Die Ansicht aus mehreren Winkeln sammelt Informationen über die Richtungsverteilung der Energie, die an der Oberseite der Atmosphäre sichtbar ist.
Diese dreidimensionale globale Sicht ist zusammen mit den Daten der drei anderen Instrumente von EarthCARE – dem Wolkenprofilradar, dem atmosphärischen Lidar und dem Multispektral-Imager – von entscheidender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Klimawissenschaft.