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Copernicus-Satellit Sentinel-6 zur Überwachung des Meeresspiegelanstiegs

Der Copernicus-Satellit Sentinel-6 «Michael Freilich» wurde mit einer Falcon-9-Rakete des Unternehmens SpaceX in die Umlaufbahn der Erde gebracht. Mit Hilfe modernster Radarhöhenmesstechnik soll dieser Satellit einen neuen Überblick über die Topographie der Ozeane geben und die 1992 begonnene Langzeitaufzeichnung von Höhenmessungen an der Meeresoberfläche vorantreiben - Messungen, die für die Klimawissenschaft, politische Entscheidungen und letztlich für den Schutz des Lebens von Millionen von Menschen von relevanter Bedeutung sind.

Mit dem 1,2 Tonnen schweren Satelliten Sentinel-6 hob die Rakete Falcon 9 am 21. November um 17:17 Uhr GMT (18:17 Uhr MEZ, 09:17 Uhr PST) von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien, USA, ab. Der Satellit wurde knapp eine Stunde nach dem Start in die Umlaufbahn gebracht, der Kontakt zur Bodenstation in Alaska wurde um 19:49 Uhr MEZ hergestellt.

Der Direktor für Erdbeobachtung der ESA, Josef Aschbacher, sagte dazu: „Ich bin sehr stolz darauf, heute Abend den Start von Copernicus Sentinel-6 erlebt zu haben. Ich weiss, dass er auf dem besten Weg ist, seine Mission zur Fortsetzung der Meeresspiegelmessung zu beginnen. Dies ist so notwendig, um den besorgniserregenden Trend des Meeresanstiegs zu verstehen und zu überwachen. Ich möchte nicht nur den ESA-Teams danken, die so hart gearbeitet haben, um an diesen Punkt zu gelangen, sondern auch der EK, Eumetsat, NASA, NOAA und CNES. Natürlich freuen wir uns sehr auf die weitere fruchtbare Zusammenarbeit zwischen unseren jeweiligen Organisationen.“

Mit Millionen von Menschen, die in Küstengemeinden auf der ganzen Welt leben, steht das Ansteigen der Meere ganz oben auf der Liste der grössten Sorgen im Zusammenhang mit dem Klimawandel. Die Überwachung der Meeresspiegelhöhe ist entscheidend für das Verständnis der stattfindenden Veränderungen, damit geeignete politische Massnahmen zur Eindämmung des Klimawandels durch Beweise belegt und schliesslich umgesetzt werden können. Behörden können dadurch Massnahmen zum Schutz gefährdeter Gemeinden ergreifen.

In den letzten drei Jahrzehnten dienten die französisch-amerikanischen Topex-Poseidon- und Jason-Missionen als Referenzmissionen. In Kombination mit den früheren ERS- und Envisat-Satelliten der ESA sowie den heutigen CryoSat- und Copernicus Sentinel-3-Satelliten haben sie gezeigt, wie der Meeresspiegel jedes Jahr durchschnittlich um 3,2 mm angestiegen ist. Noch alarmierender ist, dass sich dieser Anstieg beschleunigt hat; in den letzten Jahren lag die durchschnittliche Anstiegsrate bei 4,8 mm pro Jahr.

Copernicus Sentinel-6 «Michael Freilich», der sich jetzt in der Umlaufbahn befindet, wird somit in die Fussstapfen seines Vorgängers steigen und den benötigten Datensatz erweitern- ein Datensatz, der den „Goldstandard“ für Klimastudien darstellt. Die Mission besteht aus zwei identischen Satelliten, die nacheinander starten werden. Das heisst, dass in fünf Jahren Copernicus Sentinel-6B starten wird, um wiederum den Datensatz zu erweitern. Somit wird der Fortlauf der Daten bis mindestens 2030 gewährleistet.

Jeder Satellit trägt einen Radarhöhenmesser, welches die Zeit misst, die die Radarimpulse von der Erdoberfläche und zurück zum Satelliten benötigen. Kombiniert mit präzisen Satellitenstandortdaten ergeben die Höhenmessungen die Höhe der Meeresoberfläche.

Zu den weiteren Instrumenten des Satelliten gehört auch ein fortschrittliches Mikrowellenradiometer, das die Wasserdampfmenge in der Atmosphäre erfasst. Diese beeinflusst die Geschwindigkeit der Radarimpulse des Radarhöhenmessers.

Obwohl die Nachfolge des Satelliten bei der Entwicklung der Mission im Mittelpunkt stand, bringt Sentinel-6 zum ersten Mal ein Radar mit synthetischer Apertur in die Reihe der Altimeter-Referenzmissionen. Das Radarinstrument arbeitet in einem kontinuierlichen Stossbetrieb (Burst-Modus), um sicherzustellen, dass keine Störungen in die Datenreihe eingebracht werden. Somit liefert es sowohl herkömmliche Messungen im niedrig auflösenden Modus als auch die verbesserte Leistung der Radarverarbeitung durch synthetischer Apertur.

Um sicherzustellen, dass die Datenzeitreihe trotz des Wechsels der Instrumententechnologien kontinuierlich ist, verbringt Sentinel-6 «Michael Freilich» sein erstes Jahr im Orbit nur 30 Sekunden hinter Jason-3.

Sentinel-6 umkreist die Erde in einer Höhe von über 1'300 km und erreicht 66°N und 66°S. Sentinel-6 liefert somit ausreichende Messungen, um alle zehn Tage die Höhe der Meeresoberfläche von über 95 Prozent der eisfreien Ozeane zu kartieren.

Obwohl Sentinel-6 zur Familie der Copernicus-Missionen der Europäischen Union gehört, ist seine Durchführung das Ergebnis einer einzigartigen Zusammenarbeit zwischen der Europäischen Kommission, ESA, Eumetsat, NASA und NOAA, mit einem Beitrag der französischen Raumfahrtbehörde CNES.

Timo Pesonen, Generaldirektor für Verteidigungsindustrie und Weltraum bei der Europäischen Kommission, sagte: "Es freut uns sehr, diesen Newcomer in der Copernicus Sentinel-Satellitenflotte der EU aufzunehmen zu können. Copernicus Sentinel-6 «Michael Freilich» wird es möglich machen, erweiterte Produkte und Informationen über die Ozeane und die Atmosphäre zu liefern und somit das tägliche Leben der Bürger zu verbessern. Die Ankunft dieses Satelliten ist ein weiterer Erfolg für Copernicus, für Europa, und für alle Missionspartner weltweit."

Die ESA war für die Entwicklung des Radarhöhenmessers Poseidon-4 und die Entwicklung des Satelliten Copernicus Sentinel-6 «Michael Freilich» als Ganzes verantwortlich. Sie ist auch für die Beschaffung des Copernicus Sentinel-6B im Auftrag der Europäischen Kommission und Eumetsatzuständig.

Die Eigentumsübertragung geht zum Zeitpunkt des Starts an die Europäische Kommission. Die ESA kümmert sich um die frühe Umlaufbahnphase sowie um die Planung der Verifikation im Orbit und unterstützt den von Eumetsat durchgeführten Flugbetrieb.

Eumetsatist für die Entwicklung des Bodensegments und für den Betrieb nach der Start- und frühen Umlaufbahnphase verantwortlich. Eumetsatverarbeitet die Daten und liefert die Datenprodukte an europäische Nutzer.

Der Generaldirektor von Eumetsat, Alain Ratier, sagte: „Die Daten von Copernicus Sentinel-6 «Michael Freilich» werden die bisher genauesten sein. Sie werden dazu dienen, ein tieferes Verständnis des globalen Meeresspiegelanstiegs, einem Schlüsselindikator des Klimawandels, zu gewinnen. Die Daten werden auch für Wettervorhersagen verwendet werden, von der Verbesserung der Genauigkeit saisonaler Vorhersagen bis hin zur Vorhersage von Wirbelstürmen und Zyklonen“.

Die NASA trägt die Verantwortung für die Startdienste, die Entwicklung des Mikrowellenradiometers, des Laser-Retroreflektors und des GNSS-Radiookkultationsempfängers. Sie leistet auch Unterstützung für das Bodensegment und trägt zu den Operationen und der Datenverarbeitung in den USA bei. Die NASA und die NOAA teilen sich die Verantwortung für die Verteilung der Datenprodukte an die Benutzer in den USA.

"Mike Freilich trug dazu bei, dass die NASA ein standhafter Partner für Wissenschaftler und Raumfahrtagenturen auf der ganzen Welt war, und seine Liebe zur Ozeanographie und Geowissenschaft half uns, das Verständnis unseres schönen Planeten zu verbessern", sagte Thomas Zurbuchen, Associate Administrator des NASA-Wissenschaftsdirektorats im Headquater in Washington. "Dieser Satellit, der von unseren europäischen Partnern liebenswürdigerweise nach ihm benannt wurde, wird die kritische Arbeit ausführen, an die Mike so sehr glaubte. Er wird an ein Vermächtnis essentieller Daten über unsere Ozeane anknüpfen und es zum Wohle künftiger Generationen weiterführen."

25 betrieben werden. Danach wird der baugleiche Sentinel-6B Satellit die Messreihe fortführen.

Meeresspiegel-Anstieg beträgt mehr als drei Millimeter im Jahr

Aktuell steigt der Meeresspiegel weltweit durchschnittlich um etwas mehr als drei Millimeter pro Jahr - Tendenz steigend. Etwa die Hälfte dieses Anstiegs wird auf die Effekte schmelzender Eisschilde und Gletscher zurückgeführt, der Rest durch die Wärmeausdehnung der Ozeane bei steigenden Temperaturen. "Durch die Mission wollen wir erfahren, wie sich der Meeresspiegel in Zukunft weiterentwickelt", sagt Dr. Jörn Hoffmann, Programmleiter für Copernicus im DLR Raumfahrtmanagement. "Anhand der Satellitendaten lässt sich etwa beurteilen, ob politische Massnahmen zur Begrenzung des Klimawandels Wirkung zeigen und wie gut globale Klimamodelle die Entwicklung des Meeresspiegels vorhersagen."

Ausserdem soll Sentinel-6 den Seegang und die Meeresströmungen beobachten. Diese Informationen erlauben Rückschlüsse auf den Wärmetransport in den Ozeanen, der direkten Einfluss auf das globale Klima hat - so ist etwa der warme Golfstrom verantwortlich für das relativ milde Klima in Nordeuropa. Die Informationen sind eine wichtige Eingangsgrösse für Modellberechnungen zur Klimaentwicklung. Sämtliche Daten von Sentinel-6 werden für die Nutzer kostenfrei zur Verfügung stehen.

Sechs wissenschaftliche Instrumente beobachten die Ozeane

Aus einer Umlaufbahn in rund 1'300 Kilometern Höhe wird Sentinel-6 die Erde mit Hilfe von sechs wissenschaftlichen Instrumenten an Bord beobachten. POSEIDON-4 ist das Hauptinstrument des Satelliten. Das Radar-Altimeter misst den Meeresspiegelanstieg bis auf wenige Zentimeter genau. Über längere Zeitreihen wird es so möglich, die langfristigen Änderungsraten im Zehntel-Millimeter-Bereich pro Jahr zu ermitteln. Ausserdem liefern die Messungen Information zu Meerestopographie und Wellengang.

Ein Mikrowellen-Radiometer, AMR-C, ermittelt den atmosphärischen Wasserdampf zwischen Erde und Satellit, um mit Hilfe dieses Wertes die Höhenmessungen von POSEIDON-4 zu präzisieren. Die Instrumente DORIS and GNss-POD sowie ein Laser Reflektor-Array (LRA) dienen dazu, die Satellitenbahn genau zu bestimmen. Die exakte Bahninformation ermöglicht es erst, die genaue Meeresspiegelhöhe zu erfassen. Ein Star-Tracker ermittelt die Position von Sentinel-6. Mit einem Radio-Okkultations-Empfänger werden Temperatur und Feuchtigkeit in den verschiedenen Atmosphärenschichten bestimmt.

Seit fast 30 Jahren messen hochpräzise Satelliten-Altimeter die Höhe des Meeresspiegels als wichtigen Indikator des Klimawandels. Sentinel-6 «Michael Freilich» wird diese Aufgabe nun von dem im Januar 2016 gestarteten Jason-3-Satelliten übernehmen und mindestens fünfeinhalb Jahre lang Umweltdaten sammeln. Der baugleiche Copernicus Sentinel-6B-Satellit soll im Jahr 2025 starten und die Messreihe ins nächste Jahrzehnt fortsetzen. Den Beinamen «Michael Freilich» führt Copernicus Sentinel-6A zu Ehren des in diesem Jahr verstorbenen ehemaligen Direktors für die Erdwissenschaften bei der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA, um ihn und seine Verdienste um die Erdbeobachtung und die Satellitenbeobachtung der Meere zu würdigen.

Europäisch-amerikanische Kooperation bei Sentinel-6A

Das Copernicus-Programm wird von der Europäischen Kommission gemeinsam mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA durchführt. Sentinel-6 «Michael Freilich» wurde in europäisch-amerikanischer Kooperation entwickelt. Auf europäischer Seite sind die ESA und die europäische Organisation zur Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) mit Unterstützung der französischen Raumfahrtagentur CNES beteiligt, auf US-amerikanischer Seite die NASA und die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Die industrielle Führung hat der Raumfahrtkonzern Airbus Defence and Space in Friedrichshafen übernommen und auch die Satellitenplattform gebaut, mit wichtigen Bauteilen von kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMUs) in Deutschland. Das Hauptinstrument, das Poseidon-4-Radar-Altimeter, stammt von der Firma Thales-Alenia Space in Toulouse. Das Mikrowellen-Radiometer AMR-C, der GNss-Empfänger und das Laser-Reflektor-Array wurden von der NASA beigestellt. Das DLR Raumfahrtmanagement betreut im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) das ESA Copernicus Space Component Programm, aus dem die Entwicklung von Sentinel-6 «Michael Freilich» finanziert wurde.

Quelle: Text ESA, November 2020
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Das Umweltprogramm «Copernicus»

Copernicus ist das bislang komplexeste und weitreichendste operationelle Programm zur "ganzheitlichen" Erkundung und Überwachung unseres Heimatplaneten.

Ziel ist es, den aktuellen Zustand unseres blauen Planeten kontinuierlich zu erfassen und die Daten über Ozeane, Landoberflächen, die Atmosphäre und den Klimawandel den verschiedenen Nutzergruppen, wie Behörden, Unternehmen, Institutionen, Umweltämtern und Bürgern zeitnah zur Verfügung zu stellen.

Die 6 Kerndienste von Copernicus:

1. Landüberwachung
2. Überwachung der Meeresumwelt
3. Überwachung der Atmosphäre
4. Überwachung des Klimawandels
5. Katastrophen- und Krisenmanagement
6. Sicherheitsdienste

Das Copernicus-Programm sieht den Auf- und Ausbau einer Weltraum- und einer "In-situ"-Komponente zur Etablierung eines komplexen Netzwerkes vor. Unter dem Begriff "in situ", also "an Ort und Stelle", werden alle Beobachtungssysteme zusammengefasst, die nicht im Weltraum betrieben werden. Dazu gehören beispielsweise boden- oder seegestützte Sensoren, meteorologische Messeinrichtungen und Messbojen.

Im Weltraum werden künftig sechs verschiedene, von der ESA betriebene Sentinel-Satelliten zu globalen Erdbeobachtungsdaten liefern. Das Copernicus-Programm wird von zahlreichen nationalen Fernerkundungssatelliten mit Daten unterstützt. Im Jahr 2015 konnte Copernicus die Daten von insgesamt 30 Fernerkundungssatelliten nutzen.

Quelle: Text ESA 2015

Copernicus - das europäische Erdbeobachtungsprogramm

Copernicus ist ein Erdbeobachtungsprogramm der Europäischen Union (EU), das sie in Partnerschaft mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) umsetzt. Es dient der Sammlung und Auswertung von Fernerkundungsdaten der Erde. Die Daten werden von Behörden, Unternehmen, der Wissenschaft und interessierten Bürgern genutzt. Speziell für Copernicus wurden bislang sechs Satellitenfamilien entwickelt, die sogenannten Sentinels ("Wächtern"), welche den Zustand von Erde und Atmosphäre erfassen und somit wichtige Daten zu Klimaschutz, nachhaltiger Entwicklung, humanitärer Hilfe und ziviler Sicherheit liefern. Ergänzt werden die Satelliten-Daten durch Messgeräte am Boden, in der Luft und in Gewässern. Den Betrieb der insgesamt 20 Umweltsatelliten übernehmen die Europäische Weltraumorganisation ESA und die Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten, EUMETSAT. In Deutschland ist das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) federführend für Copernicus verantwortlich. Das DLR Raumfahrtmanagement in Bonn begleitet die Implementierung des Programms in Deutschland.

Quelle: Text DLR 2020

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