CloudSat der NASA beendet Mission mit einem Blick ins Herz der Wolken

Im Laufe von fast zwei Jahrzehnten lieferte sein leistungsstarkes Radar nie zuvor gesehene Details von Wolken und trug dazu bei, globale Wetter- und Klimavorhersagen voranzutreiben.

CloudSat, eine NASA-Mission, die Hurrikane untersuchte, weltweite Schneefallraten ermittelte und weitere Wetter- und Klimaneuheiten erzielte, hat ihren Betrieb eingestellt. Ursprünglich als 22-monatige Mission geplant, wurde die Raumsonde kürzlich außer Dienst gestellt, nachdem sie fast 18 Jahre lang die vertikale Struktur und den Eis-/Wassergehalt von Wolken beobachtet hatte.

Wie geplant wurde die Raumsonde – nachdem sie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hatte und nicht mehr in der Lage war, regelmäßige Beobachtungen durchzuführen – letzten Monat in eine Umlaufbahn abgesenkt, die zu ihrem endgültigen Zerfall in der Atmosphäre führen wird.

Bei seinem Start im Jahr 2006 war das Cloud Profiling Radar der Mission das erste Radar mit einer Wellenlänge von 94 GHz (W-Band), das im Weltraum flog. Es war tausendmal empfindlicher als typische bodengestützte Wetterradare und ermöglichte eine neue Sicht auf Wolken – nicht als flache Bilder auf einem Bildschirm, sondern als 3D-Scheiben der Atmosphäre voller Eis und Regen.

Zum ersten Mal könnten Wissenschaftler Wolken und Niederschlag gemeinsam beobachten, sagte Graeme Stephens, der Hauptforscher der Mission am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Ohne Wolken gäbe es den Menschen nicht, denn sie liefern das Süßwasser, das das Leben, wie wir es kennen, benötigt“, sagte er. „Wegen ihrer verwirrenden Eigenschaften bezeichnen wir sie manchmal als schlaue kleine Teufel. Wolken waren ein Rätsel, wenn es um die Vorhersage des Klimawandels ging.“

Wolken bergen seit langem viele Geheimnisse. Vor CloudSat wussten wir nicht, wie oft Wolken weltweit Regen und Schnee produzieren. Seit seiner Einführung haben wir auch große Fortschritte beim Verständnis gemacht, wie Wolken die Atmosphäre und die Oberfläche kühlen und erwärmen können und wie sie zur Vereisung von Flugzeugen führen können.

CloudSat-Daten haben Tausende von Forschungspublikationen beeinflusst und helfen Wissenschaftlern weiterhin dabei, wichtige Entdeckungen zu machen, darunter, wie viel Eis und Wasser Wolken weltweit enthalten und wie Wolken durch das Einfangen von Wärme in der Atmosphäre das Schmelzen des Eises in Grönland und an den Polen beschleunigen.

Im Laufe der Jahre flog CloudSat über mächtige Sturmsysteme mit Namen wie Maria, Harvey und Sandy und spähte unter deren wirbelnden Blätterdach aus Zirruswolken hindurch. Sein Cloud-Profiling-Radar war hervorragend darin, Wolkenschichten zu durchdringen, um Wissenschaftlern dabei zu helfen, zu erforschen, wie und warum sich tropische Wirbelstürme verstärken.

Während der Lebensdauer von CloudSat traten mehrere Probleme auf, die möglicherweise die Mission beendeten, und zwar im Zusammenhang mit der Batterie des Raumfahrzeugs und den Reaktionsrädern, die zur Steuerung der Satellitenausrichtung verwendet wurden. Das CloudSat-Team entwickelte einzigartige Lösungen, einschließlich des „Ruhezustands“ des Raumfahrzeugs in Nicht-Tageslicht-Abschnitten jeder Umlaufbahn, um Energie zu sparen, und der Ausrichtung mit weniger Reaktionsrädern. Ihre Lösungen ermöglichten die Fortsetzung des Betriebs, bis das Cloud Profiling Radar im Dezember 2023 endgültig abgeschaltet wurde.

„Es gehört zu uns als NASA-Familie, dass wir engagierte und talentierte Teams haben, die Dinge tun können, die noch nie zuvor getan wurden“, sagte Deborah Vane, CloudSat-Projektmanagerin am JPL. „Wir haben uns von diesen Anomalien mit Techniken erholt, die noch nie jemand zuvor angewendet hat.“

CloudSat wurde am 28. April 2006 zusammen mit einem Lidar-Satelliten namens CALIPSO (kurz für Cloud-Aerosol Lidar and Infrarot Pathfinder Satellite Observation) gestartet. Die beiden Raumsonden schlossen sich einer internationalen Konstellation von Wetter- und Klima-Tracking-Satelliten im Erdorbit an.

Radar und Lidar gelten als „aktive“ Sensoren, weil sie Energiestrahlen auf die Erde richten – Radiowellen im Fall von CloudSat und Laserlicht im Fall von CALIPSO – und messen, wie die Strahlen von den Wolken und feinen Partikeln (Aerosolen) reflektiert werden Atmosphäre. Andere umlaufende wissenschaftliche Instrumente verwenden „passive“ Sensoren, die reflektiertes Sonnenlicht oder von der Erde oder Wolken emittierte Strahlung messen.

Im Abstand von weniger als einer Minute umkreisten CloudSat und CALIPSO den Globus in sonnensynchronen Umlaufbahnen vom Nord- bis zum Südpol und überquerten jeden Tag am frühen Nachmittag und nach Mitternacht den Äquator. Ihr überlappender Radar-Lidar-Fußabdruck durchschneidet die vertikale Struktur der Atmosphäre, um dünne und dicke Wolken sowie die Schichten luftgetragener Partikel wie Staub, Meersalz, Asche und Ruß zu untersuchen, die die Wolkenbildung beeinflussen können.

Der Einfluss von Aerosolen auf Wolken bleibt eine Schlüsselfrage für Prognosen zur globalen Erwärmung. Um diese und andere Fragen zu untersuchen, werden der kürzlich gestartete PACE-Satellit und zukünftige Missionen im Earth System Observatory der NASA auf den Hinterlassenschaften von CloudSat und CALIPSO für eine neue Generation aufbauen.

„Die Erde im Jahr 2030 wird anders sein als die Erde im Jahr 2000“, sagte Stephens. „Die Welt hat sich verändert und das Klima hat sich verändert. Die Fortsetzung dieser Messungen wird uns neue Erkenntnisse über sich ändernde Wettermuster liefern.“

Das CloudSat-Projekt wird für die NASA vom JPL verwaltet. JPL entwickelte das Cloud Profiling Radar-Instrument mit wichtigen Hardware-Beiträgen der Canadian Space Agency. Die Colorado State University bietet die Verarbeitung und Verteilung wissenschaftlicher Daten an. BAE Systems aus Broomfield, Colorado, hat das Raumschiff entworfen und gebaut. Die US Space Force und das US-Energieministerium steuerten Ressourcen bei. US-amerikanische und internationale Universitäten und Forschungszentren unterstützen das Missionswissenschaftsteam. Caltech in Pasadena, Kalifornien, verwaltet JPL für die NASA.

CALIPSO, eine gemeinsame Mission der NASA und der französischen Raumfahrtbehörde CNES (Centre National d’Études Spatiales), beendete ihre Mission im August 2023.

Jane J. Lee / Andrew Wang
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien.
818-354-0307 / 626-379-6874
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Geschrieben von Sally Younger

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