Fliegende Plattform für die Atmosphärenforschung

Ob Spitzbergen, Grönland, die Tropen oder die Südspitze Amerikas – der Einsatz für die Wissenschaft hat das Forschungsflugzeug Falcon schon an die unterschiedlichsten Plätze der Welt geführt. In dieser Zeit hat es zur Klärung vieler Fragen der Atmosphärenforschung beigetragen. 2011 feiert Falcon 35 Jahre Diensttätigkeit; Ruhestand ist noch nicht vorgesehen.

Link-Empfehlung der Redaktion zu weiterführenden Informationen:

DLR-Informationen zum Stratosphärenflugzeug Falcon – Link

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Seit 35 Jahren fliegt die Falcon für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, kurz DLR. Mitte der siebziger Jahre suchte das DLR einen eigenen, leistungsfähigen Flugversuchsträger für die Atmosphärenforschung. Besonders wichtig war bei der Auswahl die maximale Flughöhe, da in großer Höhe die besten meteorologischen Beobachtungs- und Messergebnisse zu bekommen sind. Die Falcon vom Hersteller Dassault steigt bis zu 12.800 Meter, höher als die meisten Verkehrsflugzeuge. Zusätzlich sprach für den Jet, dass er äußerst robust und wendig ist – Flüge in der Nähe von Gewittern oder durch Wirbelschleppen sind kein Problem.

Vor dem ersten Einsatz waren erhebliche Umbauarbeiten nötig. Unter anderem wurden im Dach und Boden des Flugzeugrumpfs drei Spezialfenster eingebaut. Durch sie können zum Beispiel Messungen mit dem sogenannten LIDAR (Light Detection and Ranging) durchgeführt werden. Ein LIDAR sendet einen Laserimpuls aus und empfängt das von der Atmosphäre zurück gestreute Signal. Daraus lassen sich Konzentrationsprofile von Wasserdampf, Ozon oder Aerosolpartikeln oberhalb oder unterhalb der Flughöhe ableiten. Die auffälligste Veränderung ist aber wohl der so genannte Nasenmast: An seiner Spitze befindet sich eine Fünf-Loch-Sonde, mit deren Hilfe die Wissenschaftler hochgenaue Erkenntnisse über beispielsweise den statischen und dynamischen Druck in der Atmosphäre gewinnen.

Die größte mediale Aufmerksamkeit bekam das Flugzeug im April 2010, als der Ausbruch des isländischen Vulkans Eyjafjalla große Teile des Luftverkehrs über Europa zum Erliegen brachte. In Rekordzeit wurde die Falcon für den speziellen Einsatz über Island, England und Deutschland ausgerüstet. Als einziges Flugzeug durfte sie in diesen Tagen zu mehreren Forschungsflügen in den Himmel aufsteigen.

© DLR 2011

Erstmals Vermessung der Änderungen der globalen Eisdicke

Cryosat vermisst derzeit die Eisdicke über der Arktis und der Antarktis; erstmals entsteht nun eine globale Karte der weltweiten Eislandschaften sowie ihrer jahreszeitlichen Veränderungen.

Neuere Beobachtungen zeigen, dass sich die Polargebiete im Lauf der Jahreszeiten regional schneller verändern als erwartet. Aufgrund der Größe der Antarktis und Grönlands ist jedoch bislang unbekannt, ob die Eismasse global zu- oder abnimmt. Obwohl wir die Ausdehnung des Eises durch Satellitenbeobachtungen seit längerem genau kennen, fehlt bisher eine flächendeckende Übersicht der Dicke der Eisbedeckung der Ozeane und ihre jahreszeitlichen Veränderungen. Bis heute haben wir nur punktuelle Kenntnisse darüber. Sie ist jedoch bezüglich der Wirkung auf das Klima entscheidend.

Mit Cryosat – ein Satellit der ESA, der 2010 startete – werden diese Daten nun erstmals vollständig aus der Umlaufbahn erfasst. Die Basistechnologie der wissenschaftlichen Nutzlast für die glaziale Erkundung ist Radar. Ein Radar-Altimeter sendet kurze Impulse aus und misst die Laufzeit der Signale vom Satelliten zum Boden und zurück. Das Radar-Altimeter von Cryosat wurde speziell für die Mission angepasst und erlaubt erstmals die präzise Messung von scharfen Kanten und Abbrüchen, die für die Ermittlung der tatsächlichen Eisdicke wesentlich ist.

Die mit Cryosat-Daten entwickelte Kartographie des Eises und seiner Massenbilanz bleibt allerdings ein theoretisches Modell. Denn beispielsweise ist die Dichte des Eises nicht homogen, damit können die errechneten Daten faktisch von der Wirklichkeit abweichen. Deshalb sind zusätzlich Expeditionen in die Polargebiete aufgebrochen, die seit dem Start des Satelliten im Eis der polaren Zonen Vergleichsdaten erfassen. Sie präzisieren die Kenntnis der theoretisch abgeleiteten Daten durch Vor-Ort-Messungen im Eis. Das Projekt Cryosat wird unsere Kenntnisse über das irdische Eis erheblich verbessern – und damit auch unsere Klimamodelle mit der Vorhersagbarkeit langfristiger Veränderungen.

Cryosat ist Teil des Earth Explorer Programms, mit dem die ESA in den nächsten Jahren insgesamt 20 Satelliten in Umlaufbahn bringen wird, darunter die Satelliten SMOS, GOCE und SWARM, die unterschiedliche Messdaten von der Wasserzirkulation bis zum Erdmagnetfeld systematisch ermitteln sollen.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

Astrobiologie: Wie Leben auf das Klima wirkt

In der Vortragsreihe “Klimazeitreise” von Geocycles und dem Max-Planck-Institut für Chemie betrachten Forscher das Phänomen Klima auf ganz unterschiedliche Weise. Der Planetologe Prof. Dr. Tilman Spohn, Direktor des Zentrums für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, sprach über die Wechselwirkungen, die Lebensformen mit den klimatischen Bedingungen haben. Dass auf der Erde beispielsweise Tiere und Menschen direkten Einfluss auf die Entwicklung der Atmosphäre und damit auch auf das Klima nehmen, ist lange bekannt. Spekulativer ist die Annahme, das Leben könnte auch tiefer in die Entwicklung des Planeten eingreifen. Zudem wirft er einen Blick auf Mars und Venus und gibt Aufschluss über die Wahrscheinlichkeit, dort Lebensformen finden zu können.
Einen weiteren Beitrag zu einem Vortrag der Reihe “Klimazeitreise” können Sie hier sehen.

© mce mediacomeurope GmbH 2010

Klimaforschung auf Langstreckenflügen

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz beschreiten mit dem Projekt CARIBIC (Civil Aircraft for the Regular Investigation of the Atmosphere Based on an Instrument Container) neue Wege in der Klimaforschung: Die Atmosphärenforscher haben einen Messcontainer entwickelt, der ein- bis zweimal im Monat an Bord eines Lufthansa-Airbus zu ausgewählten Orten rund um den Globus fliegt und dabei die Luft zwischen Start- und Zielflughafen analysiert. Ein speziell angefertigtes Einlasssystem am Flugzeugbauch leitet während des gesamten Fluges Luft- und Teilchenproben sowie Wetterdaten an die Instrumente im Inneren des Containers weiter. Die Geräte messen fünfzig klimarelevante Spurengase sowie Wasserdampf und Schwebteilchen in der Atmosphäre. Die detaillierten Daten helfen herauszufinden, wo die Quellen von Verunreinigungen liegen und wie sich die Atmosphäre selbst reinigt. Das auf zehn Jahre angelegte Projekt, an dem neben den Mainzern elf weitere Institute aus sechs europäischen Ländern beteiligt sind, soll eine bisher beispiellose Zahl von höchst detaillierten Messdaten, über den gesamten Globus verteilt, liefern. Damit wird CARIBIC zu einem wichtigen Baustein zum Verständnis der Klimaentwicklung.

© Max-Planck-Gesellschaft 2006

Ein Turm für die Klimaforschung

In der sibirischen Taiga betreiben Wissenschaftler des Jenaer Max-Planck-Instituts für Biogeochemie die internationale Klimaforschungsstation „ZOTTO“; es steht für “Zotino Tall Tower Observation Facility”. Dort untersuchen sie gemeinsam mit Forschern des russischen Sukachev-Forstinstituts in Krasnojarsk und des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz, wie sich die steigenden Erdtemperaturen und die Treibhausgase gegenseitig beeinflussen. Ein 300 Meter hoher Messturm ermöglicht es den Wissenschaftlern, die Treibhausgas-Konzentration sowohl in lokalen, als auch in weiträumigen Gebieten zu bestimmen. Neben meteorologischen Parametern, etwa Wind und Feuchtigkeit, misst ZOTTO vor allem Konzentration und Mischungsverhältnisse der verschiedenen Treibhausgase.

© Max-Planck-Gesellschaft 2007

Kleine Körner, große Wirkung

Sommerzeit ist Sandkastenzeit. Warum man mit trockenem Sand nicht bauen kann, aber etwas Zugabe von Wasser die Substanz deutlich ändert, haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen genauer untersucht. Dem Physiker Stephan Herminghaus und seinem Team geht es dabei allerdings nicht um das perfekte Sandburgen-Rezept. Die Eigenschaften von Sand sind für die Pharma- und Lebensmittelindustrie ebenso relevant wie für das Verständnis mancher Naturkatastrophen, wie zum Beispiel von Erdrutschen.

© Max-Planck-Gesellschaft 2008

Alternative Energiequellen im Wettbewerb

Geothermie ist eine attraktive und umweltschonende neue Wärme- und Energiequelle. Mit Bohrungen, die zwischen drei und sechs Kilometer in die Tiefe gehen, lassen sich – so schätzen Experten – in Deutschland etwa 30 Prozent des Wärmebedarfs mittelfristig versorgen. Mit dem Hydrologen Dr. Franz-Josef Struffert spricht Inventions-TV über Geothermie und das Projekt in Poing bei München. 

© mce mediacomeurope GmbH 2009

Eine erdgeschichtliche Reise durch das Klima

In der Sendereihe „Experten berichten aus der Wissenschaft“ von Hyperraum.TV wird ein Vortrag des Sedimentologen Prof. Dr. Frank Sirocko vorgestellt. Er gehört zur Reihe „Klima und Mensch“, die Geocycles zusammen mit dem Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz durchgeführt hat. Der Vortrag bietet eine spannende Doku-Reise durch die letzten vier Jahrzehntausende des erdgeschichtlichen Klimas – mit vielen historischen Bezügen und Erklärungsmodellen menschheitsgeschichtlicher Vorgänge. Spezielles Untersuchungsfeld: die Seenplatte der Eifelmaare, Überreste vulkanischer Aktivitäten, deren Sedimente die Klimageschichte der Region gespeichert haben.

Den ganzen Vortrag sehen Sie hier.

©  mce mediacomeurope GmbH 2009

Erdwärme als alternative Heizquelle

Wärme aus dem Inneren der Erde wird bereits seit langem in Island für Heizzwecke genutzt. Steigende Energiepreise machen die Geothermie inzwischen auch in anderen Ländern interessant. Wie die Wärmegewinnung aus der Tiefe funktioniert, zeigt Inventions-TV in diesem Beitrag. 

Ein Studio-Interview mit dem Experten Dr. Franz-Josef Struffert über die Einsatzmöglichkeiten geothermischer Technologien finden Sie in unserem Archiv unter “Energietechnik”.

© mce mediacomeurope GmbH 2009