Der ESA-Satellit Aeolus ist nach einer sehr erfolgreichen Mission aus einer Höhe von 320 Kilometern in die Erdatmosphäre zurückgekehrt. Normalerweise sinken Satelliten aufgrund der Schwerkraft der Erde langsam ab, doch der ESA ist der erste kontrollierte Wiedereintritt eines Satelliten in die Atmosphäre gelungen. Nachfolgend ein kurzer Rückblick auf wissenschaftliche Experimente mit Beteiligung des Leibniz-Troposphärischen Instituts (TROPOS), die kurz vor dem Ende der Aeolus-Mission durchgeführt wurden:


Das endgültige Bild von Aeolus als Übergangsphase von Weltraummüll, aufgenommen vom Weltraumbeobachtungsradar TIRA des Fraunhofer FHR. (Beachten Sie, dass die Farbe die Intensität des Radarechos darstellt, nicht die Temperatur).

Aeolus ist die erste Weltraummission, die globale Windprofile erstellt. Bildquelle: ESA/ATGmedialab

Der Satellit Aeolus wurde am 22. August 2018 gestartet und befindet sich seit fast fünf Jahren in der Erdumlaufbahn. Dabei liefert er vertikale Profile der horizontalen Windgeschwindigkeiten sowie Informationen zur Rückstreuung von Wolken und Aerosolen. Vom Beginn bis zum Ende der Mission lieferte TROPOS kontinuierlich Referenzmessdaten aus aller Welt zur Validierung von Wind- und Aerosol-/Wolkenprodukten und trug damit maßgeblich zum durchschlagenden Erfolg der Mission bei. Nach der Mission wird TROPOS auch am Aeolus Data, Innovation and Science Cluster (DISC)-Projekt teilnehmen, um Datenprodukte zu verbessern und die wissenschaftliche Wirkung der Mission zu erhöhen. TROPOS ist an der Entwicklung von Produkten zur optischen Charakterisierung von Aerosolen der Klasse 2A beteiligt, überwacht die Datenqualität und unterstützt die externe Validierung zusammen mit wissenschaftlichen Teams europäischer Partner.

Analyse der Ergebnisse des Aeolus-Vertikalwindtests. Links: Höhe der Wolkendecke (über den geostationären Satelliten GOES-R) und die gemessene Flugbahn von Aeolus. Rechts: Aeolus-Signalpegel bei Messung des Nadirs über Wolken. Die gelbe Linie zeigt die Wolkenoberhöhe von GOES-R. Quelle: Sebastian Bley, TROPOS

Bevor der Satellit verschrottet wurde, führte das Aeolus-Team erfolgreich eine Reihe von Verschrottungsexperimenten durch. Wissenschaftler hoffen, dass diese experimentellen Ergebnisse dazu beitragen werden, zukünftige Weltraum-Lidar-Missionen zu verbessern. Jeder Test wurde in Zusammenarbeit mit AeolusDISC durchgeführt, um die Strahlungsleistung des Instruments und die Auswirkungen auf Aerosol- und Windprodukte zu bewerten.

TROPOS nahm an einem Experiment teil, bei dem der Laser von seiner nominalen 35-Grad-Diagonalansicht auf eine Nadiransicht (den Punkt auf der Erdoberfläche direkt unter dem Satelliten) geneigt wurde, um vertikale Winde über tiefen konvektiven Wolkensystemen zu messen. Obwohl die vertikale Luftbewegung auf großen horizontalen Skalen im Durchschnitt vernachlässigbar ist, gilt diese Annahme in schweren Konvektionssituationen (wie tropischen Stürmen) nicht. Dr. Sebastian Bley vom TROPOS sagte: „Während wir die vielversprechenden Daten, die während dieses Tests gesammelt wurden, noch analysieren, hoffen wir, den Einfluss der vertikalen Luftbewegung auf die verwendeten Annahmen quantifizieren zu können.“

TROPOS ist auch an ATLID-Tests beteiligt und konfiguriert den Aeolus-Laser ALADIN so, dass er den ATLID-Lidar nachahmt, der auf EarthCARE fliegen wird. Der Zweck dieses Tests besteht darin, den bevorstehenden Start des EarthCARE-Satelliten vorzubereiten, der ein Instrument tragen wird, das dem Lidar auf Aeolus sehr ähnlich ist. „Die aus Aeolus gewonnenen Erkenntnisse haben uns bei der Vorbereitung auf die EarthCARE-Mission sehr geholfen. Der Transport von vier Instrumenten zur Messung von Aerosolen, Wolken und Strahlung auf einer Plattform ist eine größere Herausforderung als bei Aeolus“, sagte Dr. Ulla Wandinger vom TROPOS. Das Startfenster für die EarthCARE-Mission ist derzeit für April bis Juni 2024 geplant. Während des ATLID-Tests flog Aeolus über Leipzig und Mindelo auf den Kapverdischen Inseln, beide Standorte mit bodengestützten Lidar-Instrumenten, die von TROPOS betrieben werden.

Schlusserklärung von TROPOS

Wir verfolgen das Wiedereintrittsereignis von „Aeolus“ mit gemischten Gefühlen. Einerseits sind wir traurig, dass dieser wunderbare Satellit in der Erdatmosphäre verglüht ist; Andererseits sind wir glücklich und stolz, zum Gelingen dieser spannenden Mission beigetragen zu haben.

Es gibt aber auch Gründe, in eine rosige Zukunft zu blicken. Unsere Arbeit wird noch lange weitergehen, nachdem Aeolus den Himmel zum letzten Mal wie ein Meteor erleuchtet hat. Unsere Kollegen am TROPOS werden die Aeolus-Daten der letzten fünf Jahre im Rahmen des AeolusDISC-Projekts weiter untersuchen, insbesondere um die wiederaufbereiteten Aerosolprodukte zu validieren und neue Anwendungen für die Atmosphärenwissenschaftsgemeinschaft aufzuzeigen.

Darüber hinaus sind wir aktiv an den Vorbereitungen für die EarthCARE-Mission beteiligt, die im nächsten Sommer starten wird. Im Rahmen des ESA-CARDINAL-Projekts spielte TROPOS eine führende Rolle bei der Entwicklung des ATLID-Lidar-Prozessors und der Cloud-Produkte Multispectral Imager (MSI). Darüber hinaus bereitet TROPOS die Validierung der EarthCARE-Messungen mithilfe unserer Bodenmessstandorte auf der ganzen Welt vor.