Die PREFIRE-Mission der NASA, die aus zwei von Neuseeland aus gestarteten CubeSats besteht, zielt darauf ab, Unsicherheiten in Bezug auf die Ferninfrarotstrahlung der Erdpole und ihre Auswirkungen auf das globale Klima zu beseitigen. Durch die Untersuchung, wie Wolken und Wasserdampf die Wärmestrahlung in den Weltraum beeinflussen, möchte PREFIRE Klimamodelle verfeinern und Vorhersagen über die Klimadynamik und die Auswirkungen der globalen Erwärmung verbessern.
Zwei kleine NASA-Satelliten, jeder etwa so groß wie ein Schuhkarton, haben die Mission, ein seit langem bestehendes atmosphärisches Rätsel zu lösen: Wie Wolken und Wasserdampf an den Polen der Erde das Klima des Planeten beeinflussen.
Der erste Satellit der NASA-Mission „Polar Radiant Energy Experiment in the Far Infrarot“ (PREFIRE) startete am 25. Mai von Neuseeland aus und begann im Juli mit der Übertragung wissenschaftlicher Daten. Der zweite Satellit wurde am 5. Juni gestartet und die Datenerfassung begann im August.
Ziel von PREFIRE ist es, die Wärmemenge zu messen, die die Erde aus ihren kältesten und entlegensten Regionen – der Arktis und der Antarktis – in den Weltraum abgibt. Durch die Bereitstellung detaillierter Daten zu polaren Wärmeemissionen zielt die Mission darauf ab, Klimamodelle zu verbessern, mit denen die Auswirkungen der globalen Erwärmung auf das Eis, die Ozeane und die Wettersysteme der Erde vorhergesagt werden können.
Die Erde absorbiert in den Tropen einen Großteil der Sonnenenergie, und das Wetter und die Meeresströmungen transportieren diese Wärme zu den Polen (die viel weniger Sonnenlicht erhalten). Eis, Schnee und Wolken in der polaren Umgebung geben einen Teil der Wärme in den Weltraum ab, der größte Teil davon in Form von Ferninfrarotstrahlung. Der Unterschied zwischen der Wärme, die die Erde in den Tropen aufnimmt, und der von der Arktis und Antarktis abgestrahlten Wärme ist ein Schlüsselfaktor für die Temperatur der Erde und trägt dazu bei, das dynamische Klima- und Wettersystem voranzutreiben.
Systematische Messungen polarer Ferninfrarotstrahlung wurden jedoch nie durchgeführt. Hier kommt PREFIRE ins Spiel. Die Mission wird den Forschern helfen, ein klareres Verständnis darüber zu erlangen, wann und wo die Polarregionen der Erde Ferninfrarotstrahlung in den Weltraum emittieren und wie Wasserdampf und Wolken in der Atmosphäre die Strahlungsmenge beeinflussen.
Wolken und Wasserdampf fangen Ferninfrarotstrahlung von der Erde ein und erhöhen die globalen Temperaturen – Teil des Treibhauseffekts.
„Wenn wir das Erdklima genau modellieren wollen, ist es entscheidend, den Einfluss der Wolken richtig hinzubekommen“, sagte Tristan L'Ecuyer, Professor an der University of Wisconsin-Madison und Hauptforscher von PREFIRE.
Wolken und Wasserdampf an den Erdpolen sind wie Sommerfenster: Das klare, relativ trockene Wetter in der Arktis ist, als würde man ein Fenster öffnen und Wärme aus einem stickigen Raum entweichen lassen. Bewölktes, relativ feuchtes Wetter wirkt wie ein geschlossenes Fenster und speichert die Wärme im Inneren.
Die Art der Wolke und die Höhe, in der sie sich bildet, beeinflussen, wie viel Wärme in der Polaratmosphäre eingeschlossen wird. Tief hängende Wolken, die hauptsächlich aus Wassertröpfchen bestehen, wirken wie eine getönte Scheibe und haben eine kühlende Wirkung. Wolken in großer Höhe bestehen hauptsächlich aus Eispartikeln, die eher Wärme absorbieren und einen wärmenden Effekt erzeugen. Da Wolken in mittlerer Höhe unterschiedliche Mengen an Wassertröpfchen und Eispartikeln enthalten, können sie eine wärmende oder kühlende Wirkung haben.
Allerdings sind Wolken bekanntermaßen schwer zu untersuchen: Sie bestehen aus mikroskopisch kleinen Partikeln, die sich innerhalb von Sekunden bis Stunden bewegen und verändern können. Wenn es regnet oder schneit, kommt es zu einer enormen Rekombination von Wasser und Energie, die die Eigenschaften der Wolke völlig verändert. Diese sich ändernden Faktoren erschweren die realistische Erfassung des Wolkenverhaltens in Klimamodellen, die versuchen, globale Klimaszenarien vorherzusagen.
Inkonsistenzen in der Art und Weise, wie verschiedene Klimamodelle die Wolkendecke darstellen, können den Unterschied zwischen den Prognosen einer Erwärmung um 5 oder 10 Grad Fahrenheit (3 oder 6 Grad Celsius) ausmachen. Die PREFIRE-Mission zielt darauf ab, diese Unsicherheit zu verringern.
Thermische Infrarotspektrometer auf jedem Raumschiff werden wichtige Messungen von Lichtwellenlängen im fernen Infrarotbereich durchführen. Diese Instrumente werden in der Lage sein, Wolken zu erkennen, die mit anderen Arten optischer Instrumente weitgehend nicht erkennbar sind. Das Instrument von PREFIRE wird empfindlich genug sein, um die ungefähre Größe der Partikel zu erkennen und so zwischen Tröpfchen und Eispartikeln zu unterscheiden.
„PREFIRE wird uns ein neues Paar Augen geben, mit denen wir Wolken betrachten können“, sagte Brian Kahn, Atmosphärenforscher am Jet Propulsion Laboratory der NASA und Mitglied des PREFIRE-Wissenschaftsteams. „Wir sind uns noch nicht ganz sicher, was wir sehen werden, und das ist wirklich aufregend.“ "
Die PREFIRE-Mission ist eine Zusammenarbeit zwischen der NASA und der University of Wisconsin-Madison. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, eine Abteilung des California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien, verwaltet die Mission für das Science Mission Directorate der NASA und stellt das Spektrometer zur Verfügung. Blue Canyon Technologies hat die CubeSats entworfen und gebaut, und die University of Wisconsin-Madison hat die gesammelten Daten verarbeitet und analysiert.
Die Raumsonden wurden von Rocket Lab im Rahmen eines Dedicated and Rideshare-at-Risk Acquisition (VADR)-Vertrags gestartet, der vom Launch Services-Programm der NASA verwaltet wird. CubeSats wie PREFIRE sind wertvolle Werkzeuge zur Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie und kostengünstige Plattformen für Innovationen in der Missionsarchitektur und der wissenschaftlichen Forschung.
Zusammengestellt von /scitechdaily