EUROPÄISCHE LIDAR-MISSIONEN ZUR ERDBEOBACHTUNG - STATUS UND AUSBLICK

Kurzfassung

Europäische Lidarmissionen zur Erdbeobachtung – Status und Ausblick Mittels satellitengestützer Lidarsysteme lassen sich Profile atmosphärischer Größen und Bestandteile auf globaler Skala messen. Ein Meilenstein der europäischen Erdbeobachtung und der Weltraum-Lidarentwicklung war der Start der ESA Earth Explorer Mission – Aeolus – im August 2018. Aeolus ist das erste europäische Lidar und das weltweit erste Windlidar im All. Aeolus liefert präzise, hochaufgelöste Daten des globalen Windfeldes von Boden bis in die Stratosphäre, und trägt damit maßgeblich zur Verbesserung der numerischen Wettervorhersage bei. Zur Fernerkundung des Windes werde ultraviolette Laserpulse in die Atmosphäre gesandt, deren Photonen teilweise an Molekülen und Aerosolen zum Instrument zurückgestreut werden. Abhängig von der Windgeschwindigkeit hat das zurückgestreute Licht eine leicht veränderte Frequenz (Dopplereffekt), welche mit Hilfe hochpräziser Spektrometer analysiert wird, um das atmosphärische Windprofil abzuleiten. Trotz des relativ einfachen Messprinzips ist dessen Umsetzung gerade im Weltall herausfordernd, da besonders frequenzstabile und effiziente Laserquellen sowie hochpräzise Spektrometer eingesetzt werden müssen. Die technologisch wie wissenschaftlich herausfordernde Entwicklung und Missions-vorbereitung wurde durch das DLR im Rahmen von Messkampagnen mit dem flugzeuggetragenen Demonstrator-Instrument, die Prozessor- und Simulatorentwicklung sowie mit ausgiebigen Tests kritischer optischer Komponenten maßgeblich unterstützt. Nach der erfolgreichen Fertigstellung des Instruments konnte demonstriert werden, dass die Technologie im Orbit funktioniert und alle Missionsziele erreicht werden können. Aeolus entwickelte sich im operationellen Betrieb zu der drittwichtigsten Quelle satellitengestützter Wetterdaten für das ECMWF Wettermodell. Neben Aeolus stehen derzeit zwei weitere europäische Lidarmissionen in den Startlöchern. 2024 plant ESA die EarthCARE Mission zu starten, um mit komplementären Lidar- und Radarmessungen den Einfluss von Aerosolen und Wolken auf den globalen Strahlungshaushalt der Atmosphäre zu untersuchen. Das Lidarsystem auf EarthCARE verwendet eine bauähnliche Laserquelle wie Aeolus und einen spektral hochauflösenden Empfänger. 2027 soll die deutsch-französische Klimamission MERLIN starten um Methankonzentrationen in der Erdatmosphäre zu vermessen und so Aufschluss über die Quellen und Senken des Treibhausgases geben. Des Weiteren werden derzeit intensive Diskussionen über eine Aeolus Nachfolgemission geführt welche für die Jahre 2030+ vorgesehen ist. In diesem Vortrag werden die einzigartigen Vorteile von satellitengestützen Lidar-Systemen und deren Nutzen für die Erdbeobachtung aufgezeigt, sowie die Herausforderungen bei der Entwicklung dieser Instrumente diskutiert.