Ein Teil der Wärme der Erde entweicht in Form einer Strahlung ins All, die von Satelliten bisher nur unzureichend beobachtet werden konnte. Zwei kleine NASA-Satelliten verfolgen diese Strahlung nun direkt über der Arktis und der Antarktis. Nach zwei saisonalen Zyklen zeigen ihre Messungen, wie stark sich diese Wärmeverluste je nach Region und Jahreszeit verändern.
Diese Wärme wird hauptsächlich im fernen Infrarot ausgestrahlt, einem Teil der unsichtbaren Strahlung jenseits des für unsere Augen wahrnehmbaren Bereichs. In den Polarregionen macht diese Komponente einen bedeutenden Anteil der ins All zurückgestrahlten Energie aus. Frühere Weltraumbeobachtungen deckten jedoch nicht den gesamten Bereich dieser Wellenlängen direkt ab.
Bild: NASA
Genau das ist die Aufgabe der NASA-Mission PREFIRE. Sie basiert auf zwei CubeSats, also kleinen Satelliten, die deutlich weniger umfangreich sind als die großen Plattformen zur Erdbeobachtung. Sie wurden 2024 gestartet, überqueren regelmäßig die hohen Breitengrade und messen die von der Oberfläche, den Wolken und der Atmosphäre ausgestrahlte Wärmestrahlung.
Die Daten zeigen insbesondere deutliche Unterschiede zwischen dem polaren Winter und Sommer.
Um ihre Bedeutung zu verstehen, muss man die Energiebilanz der Erde betrachten. Unser Planet nimmt Energie von der Sonne auf und gibt sie anschließend ins All zurück. Die Menge der ein- und ausgehenden Energie beeinflusst die Temperaturen. Die Polarregionen tragen wesentlich zu diesem Austausch bei, selbst wenn sie im Winter kaum noch Sonnenlicht erhalten.
Die Instrumente von PREFIRE ermöglichen es, den Beitrag von Wasserdampf, Wolken, Schnee und Eis genauer zu unterscheiden. Diese Elemente lassen die Wärme nicht alle auf gleiche Weise entweichen. Ein klarer Himmel erzeugt beispielsweise ein anderes Signal als eine von Wolken bedeckte Atmosphäre über einer schneebedeckten Oberfläche.
Die zwei Beobachtungsjahre liefern vor allem eine nützliche Kontinuität. Ein einzelner Überflug zeigt den Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt. Durch die Wiederholung der Messungen über mehrere Jahreszeiten hinweg können die Wissenschaftler verfolgen, wie sich die Strahlung verändert, wenn sich das Meereis bildet, zurückgeht oder mit Schnee bedeckt wird und wenn sich die atmosphärischen Bedingungen wandeln.
Diese Informationen sollen nun dazu dienen, numerische Klima- und Wettermodelle zu überprüfen. Die Modelle berechnen den Wärmeaustausch anhand zahlreicher Gleichungen und Beobachtungen. Direkte Messungen in einem bislang wenig beobachteten Bereich ermöglichen es zu prüfen, ob ihre Schätzungen für die Polarregionen tatsächlich dem entsprechen, was die Erde verlässt.
Die Mission soll außerdem helfen, die Veränderungen in den Polarregionen besser mit dem übrigen Klimasystem in Verbindung zu bringen. Der nächste Schritt besteht darin, diese Beobachtungen stärker in die Modelle zu integrieren, um festzustellen, welche Darstellungen von Wolken, Eis und Atmosphäre die tatsächlich gemessenen Wärmeverluste am besten wiedergeben.