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Eine Darstellung des PACE-Raumschiffs in der Erdumlaufbahn.(Bildnachweis: NASA)

Am 6. Februar wird die NASA einen großen, mehrere Millionen Dollar teuren Satelliten auf einen reservierten Platz in der Erdumlaufbahn bringen. Der Satellit mit dem Namen PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem), der sogar die Internationale Raumstation übertrifft, hat ein sehr großes Ziel: Er soll den Gesundheitszustand unseres Planeten in epischem Ausmaß überwachen, angefangen von den Tiefen der weiten blauen Meere bis hin zu den zuckerweißen Wolken.

„Wir untersuchen das gesamte Erdsystem – es ist keine Ozean-Mission, keine Atmosphären-Mission, keine Land-Mission, es ist eine Mission, die alle diese Dinge umfasst“, sagte Jeremy Werdell, der Projektwissenschaftler der Mission, während einer Pressekonferenz am Sonntag. „Was wir hier mit PACE machen, ist wirklich die Suche nach dem mikroskopischen, meist unsichtbaren Universum im Meer, am Himmel und in gewissem Maße auch auf dem Land.“

Das sind definitiv großartige Ideen, und wir werden bald in die großartigen Details einsteigen, was Werdell mit diesen Äußerungen meint, aber wenn du dich auf den Start von PACE einstimmen möchtest, musst du zuerst Folgendes wissen.

Der Start ist derzeit für Dienstag (6. Februar) zur dramatischen Stunde um 1:33 Uhr EST (0633 GMT) angesetzt. Das Raumschiff wird an der Spitze einer SpaceX Falcon 9-Rakete vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida starten. Sie können den Start mit freundlicher Genehmigung der NASA hier auf kosmischeweiten.de oder direkt auf der Website der Raumfahrtbehörde live verfolgen. Die Übertragung beginnt um 12:45 Uhr EST (0545 GMT).

Was soll die PACE-Mission der NASA leisten?

Die PACE-Mission kann in zwei übergreifende Kategorien unterteilt werden; die erste hat mit den riesigen, höhlenartigen Ozeanen der Erde zu tun.

„Die Ozeane machen 70 % unseres Planeten aus“, sagte Karen St. Germain, Direktorin der NASA-Abteilung für Geowissenschaften, während des Briefings. „Der Einfluss, den die Ozeane auf unser Leben haben, ist enorm – und doch sind die Ozeane einer der am wenigsten verstandenen Teile der Erde.“

Um dies in die richtige Perspektive zu rücken, haben wir nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) gerade einmal 5 % des Ozeans erforscht. Wir haben kaum an der Oberfläche dessen gekratzt, was in den Gewässern unseres eigenen Planeten verborgen sein könnte. „Das bedeutet, dass 95 Prozent unseres Ozeans unbekannt sind“, schreibt die Organisation.

Doch die Routine des Ozeans geht weiter und steuert mehrere wichtige Wege in unserem Leben. „Er liefert nicht nur die Nahrung, die wir essen, und die Luft, die wir atmen, sondern trägt auch zur Regulierung von Klima und Wetter bei“, so Werdell. Außerdem, so betont er, liefert der Ozean Stoffe, die in Medikamenten verwendet werden, und spielt eine Rolle in der Wirtschaft. Schließlich schafft die Fischerei Arbeitsplätze. Sogar die Strände sind auf das Meer angewiesen.

Und wie könnte man den Ozean besser erforschen als aus dem Weltraum?

„Boote können im Ozean nicht überall gleichzeitig sein“, sagt Werdell. „Es ist eine dreidimensionale Flüssigkeit.“

Ein Hauptziel von PACE ist daher – wie der Name schon sagt – die Überwachung der Mengen und Bewegungen des Unterwasser-Phytoplanktons, also der mikroskopisch kleinen Organismen, die für die Gesundheit des Meeresökosystems entscheidend sind. Warum gerade Phytoplankton? Nun, wie Werdell sagt, steht das Phytoplankton an der Basis der Nahrungskette. Und wie jede normale Pflanze erzeugt es Energie durch Photosynthese, indem es Kohlendioxid aufnimmt und Sauerstoff produziert. Zusammengenommen bedeutet dies, dass das Phytoplankton den Weg des Kohlenstoffs durch das gesamte Ökosystem steuert.

Ein Beispiel für eine Phytoplanktonblüte vor dem Südosten Australiens, aufgenommen mit dem Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) der NASA. (Bildnachweis: LANCE/EOSDIS Rapid Response Team/NASA)

Kurzfristig wirkt sich die Dynamik des Phytoplanktons daher auf die Fischerei aus; längerfristig können diese Lebewesen laut Werdell jedoch auch in unsere Wirtschaft eindringen.

Das liegt daran, dass einige Phytoplanktonarten tatsächlich schädlich sind und das Trinkwasser verunreinigen können. Verunreinigtes Wasser würde nicht nur zu einer Reihe von gesundheitlichen Folgen für jeden führen, der das Wasser trinkt, sondern es könnte auch die Schließung von Fischereien und Stränden erzwingen. Beides sind Quellen für Arbeitsplätze und andere Einnahmequellen. Wahrscheinlich gibt es noch eine ganze Reihe anderer Arbeitsplätze, die von gesundem Wasser abhängen. Ich kann mir auch nur vorstellen, welchen anderen Nutzen wir von einer umfassenden Karte der Orte haben, an denen das Trinkwasser verunreinigt ist – oder bald verunreinigt sein könnte.

„Wenn man alles Phytoplankton zusammenzählt und mit der gesamten Biomasse der Landpflanzen vergleicht, macht es weniger als 1 % der gesamten Biomasse aus“, so Werdell. „Und doch ist es eine Gemeinschaft von Algen, Bakterien und Pflanzen im Ozean, die für 50 % der gesamten Produktion auf der Erde verantwortlich ist.“

„Wenn Sie ein Weltbürger sind, der gerne atmet, gerne isst und gerne an den Strand geht, dann bedanken Sie sich bei einem Phytoplankton, wenn Sie das nächste Mal eines sehen“, sagte er.

Aus seiner Höhe von 676,5 Kilometern (420 Meilen) wird PACE hoffentlich herausfinden, wo sich das schädliche Phytoplankton befindet, wo das gute, wohin sie sich alle bewegen und wie sich das auf die Menschen auf der ganzen Welt auswirkt.

Sobald diese Photonen entweder absorbiert oder gestreut werden, erklärt Werdell, kann man eine Art Rückrechnung durchführen, um zu sehen, was zu diesen Ergebnissen geführt hat – wichtig ist, dass verschiedene Arten von Phytoplankton unterschiedlich aussehen.

„Das sind Informationen, die einem sagen können, was tatsächlich vorhanden ist“, sagt er. „So einfach ist das.“

Teilchen, Stürme und Klimawandel

Die andere Hälfte der PACE-Mission konzentriert sich auf ein anderes Kernelement der Erde: Luft.

„Meine Aufgabe ist das A und C im Namen von PACE“, sagte Andy Sayer, der Atmosphärenforscher der Mission, während des Briefings. „Das sind Aerosole und Wolken.“

Der Grund, warum wir die Wolken beobachten wollen, scheint selbsterklärend – es hilft bei der Verfolgung von Hurrikanen und der allgemeinen Sturmüberwachung – aber was wirklich interessant ist, ist, warum wir uns für eine koordinierte „Aerosol-Überwachung“ interessieren sollten.

Aerosole sind, kurz gesagt, extrem feine Partikel, die in der Luft schweben. Wir kommen ständig mit ihnen in Berührung; vielleicht erinnern Sie sich an das jüngste Aerosol, das in den Vereinigten Staaten für Schlagzeilen sorgte: PM2.5.

Im Juni 2023 wies New York City die schlechteste Luftqualität der Welt auf. Das lag daran, dass Rauchpartikel, insbesondere PM2,5 (so genannt, weil jedes Partikel einen Durchmesser von 2,5 Mikrometern oder weniger hat), von Waldbränden in Kanada über das ganze Land geweht wurden. Für jemanden, der in New York lebt, war die Situation sehr beunruhigend. Die Wolkenkratzer versteckten sich hinter einem dichten, gelblichen Smog, und selbst die Luftfilter konnten nicht verhindern, dass die Partikel meine Wohnung leicht einnebelten. Alle Augen waren auf die Online-Echtzeit-Luftqualitätsmesser gerichtet.

Der Klimawandel schreitet Tag für Tag weiter voran – 2023 gilt offiziell als das wärmste Jahr in der Geschichte, und ein Abwärtstrend ist nicht in Sicht -, so dass wir die Luftqualitätswerte wahrscheinlich noch genauer beobachten müssen.

„Die letzten 10 Jahre waren die wärmsten seit Beginn der modernen Aufzeichnungen“, sagte Kate Calvin, die leitende Wissenschaftlerin und leitende Klimaberaterin der NASA, während des Briefings. „Eine der großartigen Dinge an einer Mission wie PACE ist, dass sie uns ein besseres Verständnis des Kohlenstoffaustauschs zwischen dem Ozean und der Atmosphäre vermitteln wird.“

Eine Weltkarte, die die hohen Temperaturen im Jahr 2023 zeigt. (Bildnachweis: NASA)

Der vom Menschen verursachte Klimawandel – auch bekannt als globale Erwärmung infolge von industriellen Treibhausgasen und anderen Aktivitäten – schafft die richtigen Bedingungen für Waldbrände. Auf diese Weise kann PACE den Wissenschaftlern helfen, die Luftqualität zu verfolgen, um festzustellen, wo sich Hotspots für schlechte Luftqualität befinden – oder noch besser, wo sie sich aufgrund von Aerosolbewegungen befinden werden.

„Einige von ihnen können wir jetzt mit Bodenüberwachungsstandorten sehen“, erklärte Sayer, „aber wie Jeremy schon für die Ozeane sagte, kann man nicht die ganze Zeit überall in einem Boot sein. Man kann nicht immer und überall einen Bodenmonitor haben – also ist der Weltraum die einzige Möglichkeit, dies zu tun.“

Aber Aerosole können auch weniger bedrohlich sein.

„Wenn Sie jemals einen langen Strandspaziergang mit einem geliebten Menschen machen, tief einatmen und diesen Geruch in der Nase haben, dann ist das ein Aerosol“, sagt Sayer. „Vielleicht machen Sie im Winter in Ihrem Garten ein kleines Lagerfeuer; vielleicht werfen Sie im Sommer den Grill an und am nächsten Tag stinkt Ihre Kleidung. Das ist Rauch; das ist eine weitere Art von Aerosol“.

Und das Entscheidende dabei ist, dass Aerosole vermutlich einen direkten Einfluss auf Wolkenmuster und Wetterereignisse haben – wir müssen nur noch herausfinden, wie. „Zum Beispiel treffen viele Hurrikane vom Atlantik her auf die USA. Was befindet sich am anderen Ende des Atlantiks? Die Wüste Sahara“, sagte Sayer. „Da wird eine Menge Staub aufgewirbelt.“

Da diese Staubpartikel die Atmosphäre aufheizen, während sie durch sie hindurchfliegen, tragen sie nach Ansicht der Wissenschaftler möglicherweise dazu bei, die Bildung von Wolken, einschließlich Sturmwolken, zu bestimmen. Wenn wir diese Wechselwirkung verstehen, können wir solche Ereignisse vielleicht schon sehr früh vorhersagen.

Aerosol-Verteilung im Jahr 2018. (Bildnachweis: NASA)

Auch wenn die Ozean- und Luftkomponenten der PACE-Mission ganz oben auf der Aufgabenliste dieses Raumfahrzeugs stehen, erwartet das Team, auch Informationen über das Land zu erhalten. So erklärte Natasha Sadoff, NASA-Programmmanagerin für Satellitenbedürfnisse, dass PACE nach Pigmenten Ausschau halten wird, die Wissenschaftler auf Stress in der Landvegetation aufmerksam machen können.

Viele Leute sind daran interessiert – aus dem Forstdienst, aus anderen Teilen der Regierung, aus anderen Teilen der Welt – wie können wir PACE-Daten nutzen, um zu verstehen, wo es eine Art Krankheit in der Vegetation oder in einem landwirtschaftlichen Feld gibt“, sagte sie.

Es ist ziemlich schwierig, den gesamten Auftrag von PACE in einem einzigen Artikel zusammenzufassen. Schließlich geht es darum, eine detaillierte Karte der kleinsten Winkel und unberührten Ecken unseres Planeten zu erstellen, wie wir sie noch nie zuvor gesehen haben.

„PACE deckt den gesamten Globus ab“, sagte Sadoff. „Das ist sehr einzigartig.“

Aber während des Briefings, als all diese (und viele weitere) unglaublichen PACE-basierten Innovationen diskutiert wurden, gab es einen Gedanken, der fast alle Bereiche des Gesprächs zu durchdringen schien.

PACE ist einfach so cool.

„Es wird uns etwas über die Ozeane lehren, so wie Webb uns etwas über den Kosmos lehrt“, sagte St. Germain in Bezug auf das James-Webb-Weltraumteleskop, das eine Million Meilen von der Erde entfernt sitzt und pflichtbewusst Ecken des Universums enthüllt, von denen Wissenschaftler einst glaubten, sie würden sie nie sehen können.

„Missionen wie diese“, sagte sie, „die man nur vom Weltraum aus machen kann, zeigen uns unseren Planeten auf eine Weise, die wir nicht sehen können.“