Weltraumlösung zum Nachweis von Treibhausgasen
Die genaue Überwachung atmosphärischer Treibhausgase (THG) wie Kohlendioxid, Methan und Wasserdampf ist für das Verständnis des Klimawandels entscheidend. Dieses Wissen hilft Forschenden und Regierungen, Problembereiche zu erkennen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Diese Treibhausgaswerte werden in der Regel von bodengestützten Netzwerken sowie von Satelliten mit hochauflösenden Spektrometern überwacht. Eine vielversprechende weltraumgestützte Technologie ist LIDAR (Lasererfassung und Entfernungsmessung). Bei LIDAR wird in der Regel ein Laser auf ein Objekt oder eine Oberfläche gerichtet und die Zeit gemessen, die das reflektierte Licht benötigt, um zum Empfänger zurückzukehren, sowie andere Eigenschaften des reflektierten Lichts. „Die Messung von Treibhausgaskonzentrationen aus dem Weltraum ist technisch äußerst anspruchsvoll“, erklärt Myriam Raybaut, Projektkoordinatorin von LEMON vom französischen Luft- und Raumfahrtforschungszentrum (ONERA). „In Europa befindet sich derzeit nur eine LIDAR-Instrumentenmission namens MERLIN in der Entwicklung, deren Start für 2028 geplant ist, und diese ist ausschließlich auf die Erkennung von Methan ausgerichtet.
LIDAR auf atmosphärische Treibhausgase anwenden
Ziel des Projekts LEMON war es, das europäische Fachwissen auf diesem vielversprechenden Gebiet zu fördern und auf dem wachsenden Interesse an der Anwendung von LIDAR auf atmosphärische Treibhausgase aufzubauen. Der spezielle Ansatz von LEMON ist als IPDA-LIDAR (Integrated Path Differential Absorption) bekannt. IPDA-LIDAR verwendet zwei oder mehr eng beieinander liegende Wellenlängen. Wenn diese auf die Absorptionslinien eines bestimmten Gases abgestimmt sind, kann die Konzentration dieses Gases in der Atmosphäre gemessen werden. Absorptionslinien beziehen sich auf die Tendenz von atmosphärischem Gas, Licht bei bestimmten Wellenlängen zu absorbieren (d. h. die vom Laser emittierten Farben). „Voraussichtlich bietet dieses Verfahren zusätzliche Beobachtungskapazitäten, die eine globale Abdeckung der Atmosphäre zu allen Jahreszeiten bewirken“, so Raybaut.
LIDAR-Technologie für den Weltraum verfeinern
Weltraum-LIDAR-Teilsysteme vorbereiten Die Projektergebnisse haben zu einem Fahrplan für den möglichen Einsatz der LEMON-Technologiebausteine zur Detektion mehrerer atmosphärischer Treibhausgase geführt. Zu den wichtigsten Erfolgen gehörten die genaue Erkennung von Wasserdampf und die Entwicklung neuer Kristallkomponenten, mit deren Hilfe die Wellenlängen der Lasersender geändert werden können, um andere Treibhausgase zu erkennen. „Wir konnten das Potenzial einfacher und vielseitiger Bausteine für ein zukünftiges weltraumgestütztes Differential-LIDAR aufzeigen“, fügt Raybaut hinzu. Diese Technologie birgt außerdem Potenzial für die Überwachung aus der Luft, die in Zusammenarbeit mit bodengestützten Netzwerken durchgeführt werden könnte. Diese Lösung würde die Genauigkeit bodengestützter Netzwerke mit der größeren Oberflächenabdeckung und der Fähigkeit zur Säulenmessung luftgestützter Sensoren kombinieren. „Wir werden weiterhin in beide Richtungen arbeiten“, sagt Raybaut. „Unser Ziel ist es, ein weiteres Projekt zu starten, das auf den Erfolgen dieses Projekts aufbaut und die Einsatzbereitschaft künftiger Weltraum-LIDAR-Teilsysteme erhöht.“
Schlüsselbegriffe
LEMON, Weltraum, Klimawandel, Treibhausgase, LIDAR, Laser, MERLIN
