CRYO2ICE – ESA und NASA-Satelliten vermessen gemeinsam Antarktis-Meereis | Polarjournal
CryoSat-2 misst aus einer Höhe von 720 Kilometern die Eisdicke der polaren Eiskappen und des Meereises per Radar. Bild: ESA

Vielversprechende Nachrichten gab es gestern für Klimawissenschaftler, Ozeanographen und andere Erdsystemforscher: in Zukunft werden sie dank eines Joint Venture von ESA und NASA bessere Aussagen über Prozesse in der Atmosphäre und dem Ozean treffen können, so zumindest die Erwartungen. Die beiden «Eissatelliten» CryoSat-2 und ICESat-2 sollen sich künftig in kurzen Zeitabständen über den Polen treffen und gekoppelte Daten vom Meereis liefern.

Am Dienstag erteilten Manager der Europäischen Raumfahrtagentur ESA die Genehmigung für die gemeinsame Kampagne CRYO2ICE mit der NASA. Dafür soll die Umlaufbahn der europäischen Raumsonde CryoSat-2 um knapp einen Kilometer erhöht werden. Diese kleine Änderung wird die Zahl der zeitgleichen Beobachtungen, die CryoSat-2 mit der amerikanischen ICESat-2-Mission aufnehmen kann, enorm erhöhen. Ein Ergebnis dieser neuen Strategie werden die allerersten zuverlässigen Karten der Meereisdicke in der Antarktis sein.

Gegenwärtig ist es kaum möglich, die Dicke der antarktischen Meereisschollen zuverlässig zu messen. Schwerer Schnee kann sich auf dem treibenden Eis auftürmen und die tatsächliche vertikale Dimension verschleiern. Mächtige Schneeauflagen können das Meereis sogar unter die Wasseroberfläche drücken.

Der europäische CryoSat-2-Satellit erfasst per Radar die Dicke des Eises, das aus dem Wasser ragt (Freeboard) und ermittelt anhand des bekannten Verhältnisses von 9:1, wobei 90% des Eises unter Wasser sind und 10% oberhalb der Wasseroberfläche, die Gesamtdicke des Meereises. ICESat-2 vermisst die Eisdicke auf dieselbe Weise, kann mit dem Laser jedoch nicht in die Schneedecke vordringen. Grafik: ESA

Doch die Forscher gehen davon aus, dass die Zusammenarbeit der verschiedenen Instrumente auf den beiden Satelliten helfen kann, diese Komplexität aufzulösen. Der ICESat-2 der NASA, der die Erde in etwa 500 km Höhe umkreist, misst mit einem Laser die Entfernung zur Erdoberfläche und damit die Höhe von Objekten. Dieser Lichtstrahl wird direkt von der Spitze des Schnees reflektiert.
ESA’s CryoSat-2 hingegen verwendet in etwa 720 km Höhe ein Radarsystem als Höheninstrument, das viel tiefer in die Schneedecke eindringt, bevor es zurückgeworfen wird.

Bisher arbeiten Wissenschaftler mit relativ alten Klimamodellen, um die wahrscheinliche Tiefe der Schneedecke bei der Beobachtung von Meereis sowohl in der Arktis als auch in der Antarktis abzuschätzen. Und während diese Modelle im Norden recht gut funktionieren, sind sie im Süden so gut wie wertlos.

«Wenn ICESat und CryoSat zusammenarbeiten, ist das wie ein in sich geschlossenes Messsystem, bei dem wir uns nicht mehr auf veraltete Datensätze verlassen müssen. In Zukunft werden wir in der Lage sein, die Schneedecke und damit die Meereisdicke genauer abzuschätzen. In der Arktis wird dies unsere Fehler reduzieren. In der Antarktis, glaube ich, wissen wir noch nicht wirklich, wie cool das sein könnte.»

Dr. Rachel Tilling, Wissenschaftlerin für Radar- und Laseraltimetrie bei der NASA

Das Meereis in der Antarktis ist in Raum und Zeit sehr variabel. Im Winter kann es sich auf eine Fläche von bis zu 18 Millionen Quadratkilometern ausdehnen – mehr als die Fläche des Kontinents mit 14 Millionen Quadratkilometern. Im Sommer jedoch schmilzt das Treibeis auf nur zwei bis drei Millionen Quadratkilometer ab. Doch ohne eine genaue Einschätzung der dritten Dimension – der Schollendicke und damit des Volumens – fehlen den Wissenschaftlern einige Schlüsselerkenntnisse über die Auswirkungen dieser großen Schwankung der Eisausdehnung.

Die Daten der zwei mit unterschiedlichen Systemen arbeitenden Satelliten sollen erstmals zusammengeführt werden, um detaillierte Messungen der Eisdicke und Schneeauflage an den Polen zu ermöglichen. Video: ESA/NASA 

«Wenn man zum Beispiel das dickere Meereis im westlichen Weddellmeer betrachtet – das wird schließlich in den südlichen Atlantik exportiert. Und was passiert, ist im Wesentlichen der Export von Süßwasser (Meereis enthält wenig Salz, wenn es gefriert), das sich auf die Verteilung des Salzgehalts der Ozeane und die Ozeanzirkulation auswirkt, wenn das Eis schließlich schmilzt», sagt Dr. Mark Drinkwater, Leiter der Abteilung Earth & Mission Science bei der ESA. «Und wenn wir etwas über die Schneelast auf dem Meereis sagen können, dann können wir auch etwas über die Niederschläge in der Antarktis sagen. Das ist etwas, worüber wir völlig ahnungslos sind. Wir bekämen also sowohl atmosphärische als auch ozeanische Erkenntnisse.»

CryoSat-2 wird am 16. Juli seine Triebwerke zünden, um einige hundert Meter höher in den Himmel zu steigen. Das Manöver, das einige Wochen dauern wird, soll die Langlebigkeit der Mission nicht beeinträchtigen, da die Raumsonde reichlich Treibstoff an Bord hat.

Der Missionsleiter von ESA’s CryoSat, Dr. Tommaso Parrinello, sagt gegenüber BBC News: «ICESat befindet sich ziemlich weit unter uns, so dass wir nicht hinuntergehen können, um sie zu treffen, aber indem wir hinaufgehen, finden wir diese unglaublich resonante Umlaufbahn, in der wir für jeweils 19 Erdumrundungen für uns und 20 Erdumrundungen für sie – innerhalb einer gewissen Zeitverzögerung – an den Polen zusammentreffen werden. Im Grunde treffen wir uns alle 1,5 Tage innerhalb weniger Stunden über den Polen, und das bedeutet, dass wir fast gleichzeitig dasselbe Eis beobachten können. […] Das könnte revolutionär sein. Vielleicht bekommen wir nie wieder die Gelegenheit, dies mit zwei so unterschiedlichen Instrumenten zu tun.»

Am nächsten kommt diesem dualen Beobachtungsmodus vielleicht eine zukünftige Radar-Raumsonde mit dem Codenamen CRISTAL. Diese würde Meereis in zwei Frequenzbändern kartografieren, um einige der Unterschiede in der Rückstreuung von Satellitensignalen durch Schnee und Eis zu erfassen, aber der Effekt wird nicht so ausgeprägt sein wie zwischen CryoSat und ICESat.

Letzte Woche gab ESA’s industriepolitischer Ausschuss Airbus in Deutschland grünes Licht für den Beginn der Entwicklung von CRISTAL. Die Mission könnte bis zum Ende des Jahrzehnts starten, wenn von der Agentur und ihrem Projektpartner, der Europäischen Kommission, ausreichend Mittel aufgebracht werden können.

Quelle: Jonathan Amos, BBC

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