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Aus einer Höhe von 320 Kilometern soll Aeolus mit einer neuartigen Lasertechnologie die Winde direkt messen.
Esa-Mission Aeolus
Wissen

Was die Winde rund um den Erdball treiben

Von Pamela Dörhöfer
20:43

Ein weit entferntes Ziel hatte Aeolus, der griechische Gott der Winde, nicht vor sich, als er am Mittwochabend ins All geschossen wurde: Der neue Wissenschaftssatellit der europäischen Weltraumorganisation Esa wird seine Bahnen in einer Höhe von 320 Kilometern um die Erde drehen – und ist damit sogar noch rund 100 Kilometer näher dran als die Internationale Raumstation ISS. Aus dieser Distanz soll Aeolus erstmals Windprofile von sämtlichen Regionen unseres Planeten erstellen. Ein Novum, von dem sich Fachleute genauere Wettervorhersagen sowie ein besseres Verständnis der Vorgänge, die unser Klima beeinflussen, erhoffen.

Aeolus trat seinen Flug in den Orbit vom europäischen Raumflughafen Kourou in Französisch-Guyana an Bord einer Vega-Rakete mit 24 Stunden Verspätung um 23.20 Uhr mitteleuropäischer Zeit (18.20 Uhr Ortszeit) an. Der eigentlich für Dienstag angesetzte Start war wegen ungünstigen Wetters – der Grund war passenderweise der Wind – um einen Tag verschoben worden. Stattliche 1360 Kilogramm brachte der Windmesser bei Beginn seiner Reise auf die Waage. 55 Minuten nach dem Start setzte die Oberstufe der Vega Aeolus in seiner Umlaufbahn ab, um 0.30 Uhr mitteleuropäischer Zeit empfing die Bodenstation in Antarktika das erste Signal des Satelliten.

Wie stets wurde der erfolgreiche Kontakt von Mitarbeitern vor Ort und am Kontrollzentrum der Esa in Darmstadt, wo der Start live auf dem Bildschirm zu verfolgen war, mit befreitem Jubel quittiert. Seine Intensität ließ die Anspannung erahnen, die nach einer fast 20-jährigen, von Verzögerungen und Komplikationen belasteten Vorbereitungszeit bei allen an der Mission Beteiligten herrschte.

Bereits 1999 hatten bei der Esa die Planungen für einen neuartigen Satelliten zur Messung der Winde begonnen. Der Start war ursprünglich für 2011, dann für 2013 vorgesehen. Doch vor allem die Entwicklung des Hochleistungslasers – der zentralen Technologie zur Erstellung der Windprofile – erwies sich als technisch unerwartet schwierig und trieb entsprechend auch die Kosten in die Höhe. War die Esa anfangs noch von einem Budget von 300 Millionen Euro ausgegangen, so bezifferte sie 2015 die Kosten bereits auf 400 Millionen Euro, letztlich wurden es 480 Millionen Euro.

Der jüngste Erderforschungssatellit der Esa soll eine Lücke in der Beobachtung der Winde und in unserem „Wissen über die Funktionsweise unseres Planeten“ schließen, erklärt Jan Wörner, Generaldirektor der Esa. So erhoffen sich Wissenschaftler von Aeolus Informationen über die Wechselwirkungen zwischen Wind, Druck, Temperatur und Feuchtigkeit – Kenntnisse, die wichtig sind für das Verständnis unserer Atmosphäre und auch jener Vorgänge, die den Klimawandel vorantreiben.

Als erstes Gerät überhaupt soll Aeolus die Winde auf dem gesamten Erdball direkt messen. Dass das bislang nicht möglich war, hatte die Weltorganisation für Meteorologie immer wieder als großen Mangel beklagt. Zwar wird Wind auch heute bereits vielfach gemessen. Die Daten stammen vor allem von Wetterballonen, unter anderem auch von Flugzeugen und herkömmlichen Satelliten. Doch alle bestehenden Systeme haben ihre Schwächen. So können Satelliten die Winde bisher nur indirekt messen über die Bewegung der Wolken und die Wellen auf den Meeren. Flugzeuge decken nur die Höhe ab, in der sie unterwegs sind. Eine besonders wichtige Rolle bei der Windmessung spielen Wetterballone.

Der Satellit sammelt Informationen

Doch bei ihnen gibt es den großen Haken, dass sie von den Ozeanen, aber auch großen Teilen der Tropen und insgesamt der Südhalbkugel aus nicht nach oben geschickt werden. Deshalb liefern sie aus diesen Regionen auch keine Daten, sagt Paolo Ferri, Leiter des Missionsbetriebs bei der Esa. Das ist besonders problematisch, da vor allem die Situation über den Ozeanen das globale Wetter stark beeinflusst. Über die Windzirkulation in den Tropen wiederum wisse man bislang nur wenig, sagt Roland Potthast vom Deutschen Wetterdienst. Aeolus soll diese Defizite ausgleichen. Er werde in sieben Tagen die Winde rund um den gesamten Erdball erfassen, erläutert Paolo Ferri.

Der Satellit nutzt dafür einen „völlig neuen Ansatz zur Messung von Winden aus dem All“, sagt Josef Aschbacher, Esa-Direktor für Erdbeobachtungsprogramme. Dieser neue Ansatz beruht auf einem eigens entwickelten komplizierten Lasersystem. Mit Hilfe dieser Technologie sollen rund um den Globus die unteren 30 Kilometer unserer Atmosphäre bis zum Boden abgetastet werden.

Der Satellit sammelt dabei Informationen über Wolken und Aerosole (in der Luft schwebende feste und flüssige Teilchen, die sich unter anderem auf das Entstehen von Niederschlag auswirken), er erfasst Luftströmungen und erstellt erstmals umfassende, präzise Profile der Winde. Sie sollen die bisher üblichen einzelnen Messungen an Aussagekraft bei weitem übertreffen.

Herzstück der von der Esa als „revolutionär“ bezeichneten Technologie ist „Aladin“, was die märchenhaft klingende Abkürzung für das sprachlich sperrige „Atmospheric Laser Doppler Lidar Instrument“ ist. „Aladin“ besteht aus einem Laser, einem Spiegelteleskop sowie aus Lichtempfängern und Lichtdetektoren. Das Instrument sendet kurze Lichtimpulse in die Atmosphäre, die dort von Luftmolekülen, Wassertropfen und Staubteilchen zerstreut werden. Aus der reflektierten Strahlung lassen sich Hinweise zur Windgeschwindigkeit, zu Strömungsverhältnissen und zur Verteilung der Feuchtigkeit in den unterschiedlichen Höhen ablesen.

Bei der Esa geht man davon aus, dass europäische Wetterdienste von Aeolus gelieferte Informationen im Laufe des ersten Jahres nach dem Start für ihre Vorhersagen nutzen können; grundsätzlich sind die Daten des Satelliten frei zugänglich.

Allerdings wird dem „Gott der Winde“ nur eine begrenzte Lebenszeit beschieden sein. Denn in seiner Umlaufbahn in 320 Kilometern bremsen ihn der Luftwiderstand und die Reibung der Atmosphäre, erklärt Paolo Ferri.

Damit der Satellit dadurch nicht in den Sinkflug gerät, müssen Spezialisten vom Boden aus ständig Manöver vollziehen und seine Flugbahn ändern. Das kostet Treibstoff. Vermutlich nach etwa vier Jahren wird der Sprit deshalb verbraucht sein, sagt Ferri. Doch die anstrengende Höhe hat auch einen Vorteil, sagt er: Dort tummele sich – anders als 300 Kilometer weiter oben – nur wenig Weltraumschrott, was die Gefahr von Kollisionen mit dem wertvollen Satelliten verringere.

Doch was wird mit der direkten Windmessung sein, wenn Aeolus seinen Geist aufgibt? „Dieser Satellit ist ein Prototyp und tritt gewissermaßen eine Reise ins Unbekannte an“, sagt Paolo Ferri: „Wir müssen erst einmal schauen, ob dieses Experiment gut funktioniert, ob es sich lohnt.“ Wenn ja, so soll der Bau eines Nachfolgers dann aber doch wesentlich schneller gehen.

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