Satelliten-Prüfung im arktischen Eis

Meereisforscher unter der Leitung des Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung (AWI) untersuchen in der Arktis zurzeit die Messgenauigkeiten der Umweltsatelliten „Envisat“ und des zukünftigen Eissatelliten „CryoSat“.

Hierzu hat der sich der deutsche Forschungseisbrecher „Polarstern“ keine 900 Kilometer vom Nordpol während seiner aktuellen Forschungsreise ARK XIX bei Lufttemperaturen bis -30°C im Eis einfrieren lassen.

„Envisat“ und „CryoSat“: Satelliten zur Klimaforschung
Das Meereis in Arktis und Antarktis spielt eine wichtige Rolle im Klimasystem der Erde. Ein Abschmelzen des Meereises aufgrund einer Klimaerwärmung würde den Temperaturanstieg in den Polargebieten aufgrund einfacher Wechselwirkungen („Eis-Albedo-Rückkopplung“) verstärken, was weitreichende Folgen für den Zerfall von Eisschilden und Permafrost, und damit für Schwankungen des Meeresspiegels hätte. Die globale Ozeanzirkulation, die beispielsweise den Golfstrom aufrecht erhält, würde sich verändern. Auf derartige Veränderungen reagiert das Klima in Europa äußerst empfindlich. Um den Zustand des Eises beobachten zu können, werden Satelliten eingesetzt.

Der europäische Satellit „Envisat“ wurde bereits im März 2002 in seine Umlaufbahn gebracht und liefert Daten über die räumliche Verteilung (Flächenbedeckung) von polaren Eismassen. Ab 2004 soll der Satellit „CryoSat“ der Europäischen Raumfahrtbehörde (ESA) zusätzlich Auskunft über die Dicke des Eises der polaren Regionen geben.

Bevor die Satelliten „Envisat“ und „CryoSat“ detaillierte Daten über die Eismassen der Erde liefern und so die Beobachtung von Klimaveränderungen auf der Erde ermöglichen, werden die Satelliten kalibriert bzw. deren Messungen überprüft. Diese Untersuchungen sind erforderlich, da bisher unbekannt ist, wie sich die verschiedenen Eigenschaften des Eises auf die Genauigkeit der Eisdickenmessung von „CryoSat“ auswirken.

Zeitgleiche Messungen von der Eisscholle, aus der Luft und dem Weltraum
Als Forschungsplattform dient dem „CryoSat Validation Experiment“ (CryoVex 2003) die „Polarstern“. Das Forschungsschiff befindet sich derzeit tief im Eis der Arktis. Von Bord der „Polarstern“ begeben sich die Meereisforscher zu Fuß auf umliegende Eisschollen und gewinnen mit speziellen Bohrern Eiskerne und Schneeproben, um deren Dicke und Dichte zu bestimmen. Um große Meereseisflächen zu kartieren oder auch sehr dünnes Eis zu analysieren, setzen die Forscher eine neuartige Schleppsonde ein, die von Hubschraubern über das Eis geflogen wird, den so genannten „EM-Bird".

Die Messungen werden von Überflügen eines Flugzeugs des Dänischen Geodätischen Dienstes („KMS“) begleitet. An Bord der Maschine befindet sich ein Radar-Altimeter der amerikanischen John Hopkins Universität in Washington. Dieses Gerät ist in der Lage, den Abstand zwischen der Wasseroberfläche bzw. dem Eis und dem Flugzeug zu messen und erlaubt dadurch die Errechnung des Freibords und der Eisdicke. Dieses Messprinzip und das eingesetzte Radar-Altimeter ist mit der Technik von „CryoSat“ vergleichbar, und so können die Messungen bereits vor dem Start des Satelliten simuliert werden.

„Envisat“ unterstützt „Polarstern“ bei der Navigation im Eis
Die Arbeiten werden maßgeblich durch drei EU-Projekte mitfinanziert (GreenICE, SITHOS, IRIS), bei denen das AWI mit Dänen, Norwegern, Engländern, Finnen und US-Amerikanern zusammenarbeitet. Innerhalb der Projekte werden Envisat- und Radarsat-Radarbilder in Echtzeit empfangen und an Polarstern übermittelt, um sie bei der Navigation unter den schwierigen Eisverhältnissen zu unterstützen. Der Vorteil der Radarbilder ist dabei, dass sie von Dunkelheit und Bewölkung nicht gestört werden. Die Bilder dienen aber auch dazu, besonders markante Punkte in der Nähe des Schiffes zu identifizieren, um sie aufzusuchen und die Ursachen der besonderen Radarsignaturen zu bestimmen. Die Datenübermittlung ist vor besondere Schwierigkeiten gestellt, da „Polarstern“ soweit nördlich operiert, dass sie sich außerhalb der Reichweite herkömmlicher Telekommunikationssatelliten befindet.

Bremerhaven, den 11. April 2003