Die neueste Klimamission der NASA hat begonnen, Daten über die Wärmemenge in Form von Ferninfrarotstrahlung zu sammeln, die die Arktis und Antarktis in den Weltraum abgeben. Diese Messungen des Polar Radiant Energy in the Far-Infrared Experiment (PREFIRE) sind der Schlüssel für eine bessere Vorhersage, wie sich der Klimawandel auf Eis, Meere und Wetter der Erde auswirken wird – Informationen, die der Menschheit helfen werden, sich besser auf eine sich verändernde Welt vorzubereiten.
Einer der beiden schuhkartongroßen Würfelsatelliten (CubeSats) von PREFIRE wurde am 25. Mai von Neuseeland aus gestartet, sein Zwilling folgte am 5. Juni. Der erste CubeSat begann am 1. Juli mit der Übermittlung wissenschaftlicher Daten. Der zweite CubeSat begann am 25. Juli mit der Erfassung wissenschaftlicher Daten. Die Mission wird die Daten freigeben, sobald ein Problem mit dem GPS-System dieses CubeSats behoben ist.
Mithilfe der PREFIRE-Mission können Forscher besser verstehen, wann und wo Arktis und Antarktis Ferninfrarotstrahlung (Wellenlängen größer als 15 Mikrometer) in den Weltraum abgeben. Dazu gehört auch, wie sich atmosphärischer Wasserdampf und Wolken auf die Wärmemenge auswirken, die von der Erde entweicht.
Da Wolken und Wasserdampf die Ferninfrarotstrahlung in der Nähe der Erdoberfläche einfangen können, können sie im Rahmen eines als Treibhauseffekt bekannten Prozesses die globalen Temperaturen erhöhen. Dabei wirken Gase in der Erdatmosphäre – wie Kohlendioxid, Methan und Wasserdampf – als Isolatoren und verhindern, dass die vom Planeten abgegebene Wärme in den Weltraum entweicht.
„Wir suchen ständig nach neuen Möglichkeiten, den Planeten zu beobachten und kritische Wissenslücken zu schließen. Mit CubeSats wie PREFIRE tun wir beides“, sagte Karen St. Germain, Direktorin der Abteilung für Erdwissenschaften am NASA-Hauptsitz in Washington. „Die Mission, die Teil unseres wettbewerbsorientierten Earth Venture-Programms ist, ist ein großartiges Beispiel für die innovative Wissenschaft, die wir durch die Zusammenarbeit mit Universitäten und Industriepartnern erreichen können.“
Daten von einem der beiden CubeSats, aus denen die PREFIRE-Mission der NASA besteht, wurden verwendet, um diese Datenvisualisierung zu erstellen, die die Helligkeitstemperatur – die Intensität der Infrarotstrahlung – über Grönland zeigt. Rot steht für intensivere Emissionen; Blau zeigt geringere Intensitäten an. Die Daten wurden im Juli erfasst. Bildnachweis: NASAs Scientific Visualization Studio
Die Erde absorbiert einen Großteil der Sonnenenergie in den Tropen; Wetter und Meeresströmungen transportieren diese Wärme in Richtung Arktis und Antarktis, die viel weniger Sonnenlicht erhalten. Die polare Umgebung – einschließlich Eis, Schnee und Wolken – strahlt einen Großteil dieser Wärme in den Weltraum ab, ein Großteil davon in Form von Ferninfrarotstrahlung. Diese Emissionen wurden jedoch nie systematisch gemessen, und hier kommt PREFIRE ins Spiel.
„Es ist so aufregend, die Daten zu sehen“, sagte Tristan L’Ecuyer, PREFIREs leitender Forscher und Klimaforscher an der University of Wisconsin in Madison. „Mit den Ferninfrarotmessungen von PREFIRE sehen wir zum ersten Mal das gesamte Energiespektrum, das die Erde in den Weltraum abstrahlt, was für das Verständnis des Klimawandels von entscheidender Bedeutung ist.“
Diese Visualisierung der PREFIRE-Daten zeigt Helligkeitstemperaturen – oder die Intensität der von der Erde emittierten Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen, einschließlich des fernen Infrarots. Gelb und Rot zeigen intensivere Emissionen an, die von der Erdoberfläche ausgehen, während Blau und Grün geringere Emissionsintensitäten darstellen, die mit kälteren Bereichen auf der Oberfläche oder in der Atmosphäre zusammenfallen.
Die Visualisierung beginnt mit der Anzeige von Daten zu Emissionen im mittleren Infrarotbereich (Wellenlängen zwischen 4 und 15 Mikrometer), die Anfang Juli während mehrerer polarer Umlaufbahnen des ersten CubeSat nach dem Start aufgenommen wurden. Anschließend wird auf zwei Überflüge über Grönland gezoomt. Die Bahnspuren dehnen sich vertikal aus, um zu zeigen, wie sich die Emissionen im fernen Infrarotbereich durch die Atmosphäre verändern. Die Visualisierung endet mit der Fokussierung auf einen Bereich, in dem sich die beiden Überflüge kreuzen, und zeigt, wie sich die Intensität der Emissionen im fernen Infrarotbereich in den neun Stunden zwischen diesen beiden Umlaufbahnen verändert hat.
Die beiden PREFIRE CubeSats befinden sich in asynchronen, nahezu polaren Umlaufbahnen, was bedeutet, dass sie im Abstand von wenigen Stunden dieselben Punkte in der Arktis und Antarktis passieren und dabei dieselben Daten sammeln. Dadurch erhalten die Forscher eine Zeitreihe von Messungen, mit denen sie relativ kurzlebige Phänomene wie das Schmelzen von Eisschichten oder die Wolkenbildung untersuchen können und wie sie sich im Laufe der Zeit auf die Ferninfrarot-Emissionen auswirken.