Weltraumlaser und Methan: Deutschland und Frankreich erforschen den Klimawandel

Heute Abend stehen sich Deutschland und Frankreich als Gegner bei der Fußballweltmeisterschaft gegenüber. Aber für alle diejenigen, die sich mehr für Wissenschaft als für Fußball interessieren, habe ich eine schöne Geschichte vorbereitet bei der die beiden Länder gemeinsam an einem Ziel arbeiten und nicht probieren, sich gegenseitig zu besiegen. Es geht um eine Weltraummission mit einer wichtigen Aufgabe: Die Bestimmung der Methan-Konzentration auf der Erde.

Methan ist nach Kohlendioxid eines der wirksamsten Treibhausgase und liefert einen großen Beitrag zum menschengemachten Klimawandel auf der Erde. Wir sollten also möglichst genau Bescheid wissen, wie viel Methan in der Atmosphäre zu finden ist und vor allem wo es auftritt und wo es wieder verschwindet. Methan ist zum Beispiel in den Permafrostböden gebunden, die dank der steigenden Temperaturen nun langsam auftauen und das Treibhausgas in die Atmosphäre entlassen, was den Klimawandel und die Temperaturerhöhung nur noch verstärkt. Methan findet man auch in den gefrorenen Methanhydraten im Ozean und auch die tauen langsam auf (was durchaus dramatische Folgen haben kann!) Und der größte Teil (knapp 70 Prozent) des weltweiten Methan-Ausstoßes wird direkt vom Menschen verursacht, zum Beispiel durch Land- und Viehwirtschaft (die berüchtigten furzenden Kühe!), die Verbrennung von Biomasse, beim Bergbau oder auf Mülldeponien. Man weiß allerdings bisher noch nicht so genau, welche Aktivitäten wie viel Methan erzeugen; man weiß nicht, wo das meiste Methan in die Atmosphäre entlassen wird und ob bzw. wo es vielleicht auch wieder irgendwo gebunden und der Atmosphäre entzogen wird. Man versteht das Verhalten des Methans noch nicht so gut, wie man es gerne verstehen würde: zum Beispiel stieg die Konzentration des Gases zwischen 2007 und 2008 stark an, obwohl sie vorher lange Jahre relativ konstant blieb und bis heute weiß man nicht, was genau zu diesem Anstieg geführt hat. Ein besseres Verständnis können nur bessere Messungen bringen.

Bisher hat man viele Methanmessungen vor Ort durchgeführt, was zwar genau Ergebnisse liefert, die aber nur lokal nützlich sind. Wenn man zum Beispiel herausfinden will, ob irgendwo eine Erdgasleitung undicht ist, dann funktioniert das mit Vor-Ort-Messungen recht gut. Aber über den Klimawandel lernt man daraus nicht viel, denn dazu braucht man globale Daten. Dazu muss man die Erde vom All aus beobachten und das ist bisher mit verschiedenen Umweltsatelliten wie zum Beispiel ENVISAT gemacht worden. Aber die dabei verwendete Technik ist passiv, das heißt man „nur“ das Sonnenlicht beobachtet, das von der Erde reflektiert worden ist. Wenn dieses Licht die Atmosphäre durchquert, wird ein Teil davon absorbiert und welcher Teil das ist hängt davon ab, welche chemischen Elemente in der Atmosphäre zu finden sind. Mit der gleichen Technik („Spektroskopie“) bestimmen Astronomen auch die chemische Zusammensetzung ferner Sterne. Aber die Sterne leuchten von selbst, die Erde nicht. Wenn es also auf der Erde Nacht ist oder Wolken den Blick auf den Boden verstellen, dann können die passiven Instrumente der Umweltsatelliten nur schlechte oder gar keine Daten über die Methanemissionen sammeln.

Die deutsch-französische Satellitenmission MERLIN will das ändern. „MERLIN“ steht für „Methane Remote Sensing LIDAR Mission“ und wird ein aktives Instrument an Bord haben. Aus einer Höhe von 500 Kilometern wird MERLIN Laserstrahlen zur Erde schicken. Beim Laserlicht kann man die Wellenlänge genau kontrollieren und sich daher auch genau die Wellenlänge aussuchen, die absorbiert wird, wenn der Strahl Methankonzentrationen durchquert. In der Praxis wird man zwei Laserstrahlen zur Erde schicken, von denen einer genau die Wellenlänge hat, die bei Anwesenheit von Methan absorbiert wird während der andere vom Methan nicht beeinflusst wird. Die Laserimpulse werden von der Erde zurück zum Satelliten reflektiert und dort können die Instrumente die Intensität der beiden zurückgeworfenen Strahlen vergleichen und daraus ziemlich genau die Methankonzentration bestimmen. Und da man nicht auf das Licht der Sonne angewiesen ist, klappt das auch bei Nacht und sogar durch dünne Wolkenschichten hindurch.

Mit MERLIN wird man eine globale Karte der Methankonzentration erstellen können und man wird vor allem auch herausfinden können, wie sich das Methan durch die Atmosphäre ausbreitet. Zusammen mit anderen Wetter- und Klimadaten wird man dann Modelle erstellen können die zeigen, wie sich das Methan von den diversen Quellen aus über die Erde verteilt und wie sich die Methanflüsse verändern.

Das Laser-Instrument an Bord von MERLIN haben deutsche Firmen gebaut und das Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat ähnliche Systeme schon von Hubschraubern aus eingesetzt. Der Satellit selbst wird von der französischen Weltraumagentur CNES gebaut werden, die auch den Transport in den Weltraum übernimmt. Der Satellit wird vergleichsweise klein sein und nur um die 250 Kilogramm wiegen; knapp 100 davon wird das deutsche Laser-Instrument ausmachen. Wenn alles nach Plan läuft, dann wird der Start im Jahr 2017 erfolgen. Wenn… denn beschlossen wurde die Mission schon im Jahr 2010 und damals hatte man 2014 als Starttermin angepeilt. Bleibt zu hoffen, dass die Mission in 3 Jahren dann wirklich ins All fliegt. Je früher wir die Sache mit dem Methan durchblicken, um so besser!