Umweltsatellit AIM: die NASA auf Klimakurs

Geheimnisvollen Nachtleuchtenden Wolken auf der Spur

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Nach über fünfjähriger Planung konnte nun Ende April der Klimasatellit AIM - Aeronomy of Ice in the Mesosphäre - in seine Umlaufbahn (600 km über der Erdoberfläche) gebracht werden.

Siebzehn Tage nach seinem erfolgreichen Start am 25. April 2007 vom Vandenberg Luftwaffenstützpunkt, Kalifornien, an Bord einer Pegasus XL Rakete, fing seine zweijährige Mission an. Mit drei Instrumenten ausgerüstet soll AIM die geheimnisvollen Wolken, die sich in einer Höhe von ca. 80 km über den polaren Regionen befinden, die so genannten polaren mesosphärischen Wolken (PMCs) studieren. Ziel dieser Mission ist es herauszufinden, warum sich diese Wolken bilden und verändern, denn Wissenschaftler haben festgestellt, dass diese in den letzten Jahren strahlender und häufiger auftreten – eventuell ein Resultat des Klimawandels. Als sensitive Klima-Fühler könnten sie uns Informationen über die globale Klimaerwärmung liefern.

Am 11. Juni 2007 wurde erstmals erfolgreich vom Umweltsatelliten AIM die erste eindrucksvolle Aufnahme von den Nachtleuchtenden Wolken über der arktischen Region übermittelt -nur in den schwarzen Bereichen sind keine Daten vorhanden

Mehr als nur eine gewöhnliche Wolke

Auch der Begriff der „Nachtleuchtenden Wolken (Noctilucent Clouds/NLCs)“ wird verwendet, wenn von dieser Art Wolken (PMCs) die Rede ist. Das liegt daran, dass das Licht-Phänomen nur in der Zeit der Dämmerung beobachtet werden kann - dann erscheinen die Wolken als bläulich leuchtendes, zartes Gebilde. Dafür ist ihre Struktur, eine optisch sehr dünne, aus Eiskristallen zusammengesetzte und an Cirruswolken erinnernde Form und ihr Aufenthaltsort in ca. 80 km Höhe verantwortlich. Wenn es am Boden und in den unteren Atmosphärenschichten längst dunkel ist, werden die PMCs von der Sonne beleuchtet und können dann in bestimmten Regionen zu frühsommerlichen Abendstunden beobachtet werden.

Sie entstehen im Frühjahr und den Sommermonaten in hohen geographischen Breiten (nahe dem Nord- und Südpol), wenn die Temperatur der oberen Mesosphäre auf unter ca. -130°C fällt und genügend Wasserdampf vorhanden ist. Da es keine früheren Aufzeichnungen über die Beobachtung dieser leuchtenden Wolkenerscheinungen vor Ende des 19. Jahrhunderts gibt (erste wissenschaftliche Berichte über diese Nachtleuchtenden Wolken tauchten erst 1885 nach einem starken Vulkanausbruch in Indonesien auf ) wird vermutet, dass sie Vorboten eines klimatischen Wandels sind.

Phantastische Aufnahme der Nachtleuchtenden Wolken, aufgenommen von dem Astronauten Ed Lu am 27. Juli 2003 an Bord der Internationalen Raumstation. Bild: NASA/JSC

Wissenschaftler versuchen nun zu klären, warum die PMCs seit dieser Zeit häufiger und strahlender auftauchen und ob diese Zunahme durch natürliche Veränderungen in der Erdatmosphäre verursacht werden oder ob der menschliche Einfluss dafür ausschlaggebend ist.

Aufbau der Erdatmosphäre, die PMCs entstehen in einer Höhe on ca. 80 km. Bild: NASA/Emily Hill Design

AIM

Der Satellit selbst gehört zu den kleineren Modellen und bringt mit einer Höhe von 140 cm und Breite von 109 cm, 195 kg auf die Waage. Zwei Jahre lang wird er in einer Umlaufbahn in ca. 600 km Höhe um die Erde kreisen und neben täglichen Aufnahmen der beiden Pole auch die Nachtleuchtenden Wolken unter die Lupe nehmen. Dies geschieht mit den drei an Bord befindlichen Instrumenten SOFIE, CDE und CIPS, die unter anderem genaue Daten über die Wolkenmasse, die räumliche Verteilung, die Teilchengröße, die Gravitationswellenaktivität, den Einfluss des kosmischen Staubes, die Temperaturen sowie die Konzentrationen von H2O, OH, CH4, O3, CO2, und NO liefern sollen.

  1. CIPS (Cloud Imaging and Particle Size Experiment): Dieses Instrument macht Aufnahmen der Wolken, um festzustellen, wann und wo sie sich bilden und wie sie aussehen. Mit vier Kameras, die in den unterschiedlichen Winkeln in Position gebracht werden, können die Wissenschaftler einen 2-D-Blick auf die Wolken werfen. Mehrfache Ansichten der Wolken von unterschiedlichen Winkeln erlauben eine Ermittlung der Größe der Eispartikel, aus der die Wolken bestehen. Zudem liefern die Kameras täglich Panoramabilder der beiden Polkappen.
  2. SOFIE (Solar Occultation for Ice Experiment): Dieses Instrument misst die Temperatur der Mesosphäre und die Wasserdampfkonzentration, um feststellen, welche Kombination notwendig ist, um das Wasser in Eiskristalle zu verwandeln, die die PMCs bilden. Zudem werden auch Mengen anderer Gase gemessen, um den Wissenschaftlern mehr Informationen über die chemische Zusammensetzung der Wolken als auch der Mesosphäre zu liefern.
  3. CDE (Cosmic Dust Experiment): Dieses Instrument misst, wie viel kosmischer Staub in die Atmosphäre der Erde gelangt. Dieses ist wichtig, da die Wissenschaftler herausfinden möchten, wie viel des Staubes notwendig ist, um eine Oberfläche zu haben, auf der Wasserdampf kondensiert und einfriert; es besteht die Möglichkeit, dass sich ohne Staub viel weniger PMCs bilden.

Missionsziel

Das wichtigste Ziel von AIM ist die Antwort auf die Frage, warum sich diese Wolken bilden und zunehmend verändern. Indem das thermische, chemische und dynamische Umfeld der PMCs gemessen wird, kann eine Verbindung zwischen der Mesosphäre und diesen Wolken quantifiziert werden. Schlussendlich stellen diese Ergebnisse die Grundlage einer längerfristigen Studie zur Veränderlichkeit des mesosphärischen Klimas und sein Verhältnis zur globalen Klimaänderung dar.

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