Unsere natürlichen Ressourcen sind begrenzt. Gleichzeitig verändert sich das Klima. Raumfahrttechnologien leisten unverzichtbare Beiträge, um Umwelt und Klima genau zu beobachten und um unsere knappen Ressourcen sorgsam, umweltgerecht und nachhaltig zu bewirtschaften.
Aus dem Weltraum lassen sich natürliche und vom Menschen verursachte Ereignisse verfolgen, wie Überschwemmungen, Waldbrände, Veränderungen der Eisdecke, steigende Meeresspiegel, Ölteppiche und Erdbeben.
Ein dynamisches Erdbeobachtungsprogramm hat Europa eine Führungsrolle in der Erforschung von Umweltproblemen, im Umgang mit natürlichen Ressourcen und in der Bewältigung globaler gesellschaftlicher Herausforderungen verliehen. So werden derzeit für EUMETSAT, der europäischen Organisation zur Nutzung meteorlogischer Satelliten mit Sitz in Darmstadt, neue Ausführungen der Wettersatelliten Meteosat und MetOp entwickelt, während die ESA (European Space Agency) für Copernicus die verschiedenen Sentinel-Missionen in den Weltraum startet.
Das europäische Erdbeobachtungsprogramm Copernicus stellt den Bürgern und Entscheidungsträgern Europas zeitnahe und verlässliche Informationsdienste für das Umweltmanagement, Erkenntnisse über den Klimawandel und dessen Eindämmung sowie die Gewährleistung der zivilen Sicherheit bereit. Die Daten stehen jedem zur Verfügung. Deutschland ist hierbei ein gefragter Partner und insbesondere an verschiedenen Sentinels führend beteiligt.
Im Nationalen Programm für Weltraum und Innovation wird mit EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) die erste deutsche optische Erdbeobachtungsmission entwickelt. Sie wird qualitativ hochwertige, hyperspektrale Bilddaten mit 232 spektralen Kanälen im Bereich der von der Erde reflektierten Sonnenstrahlung mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung liefern. Hauptziele der Mission sind das Messen, die Ableitung, und die Analyse zahlreicher Parameter, die entscheidende Prozesse an der Erdoberfläche beschreiben. Anwendungsbereiche reichen von der Land- und Forstwirtschaft über die Geologie bis hin zur Erforschung von Küsten- und Binnengewässern. So wird EnMAP zum Beispiel Auskunft geben über die Wasserqualität von Seen, die Nährstoffversorgung von Ackerpflanzen oder über die mineralogische Zusammensetzung von Gesteinen. Während der Missionsdauer werden Informationen über den Status der verschiedenen Ökosysteme und ihrem Wandel hinsichtlich natürlicher oder menschlicher Einflüsse auf die Umwelt bereitgestellt.
Ebenfalls im Nationalen Programm, allerdings in Kooperation mit Frankreich, wird die Klimamission MERLIN das Treibhausgas Methan aufspüren und überwachen.
MERLIN (Methane Remote Sensing LIDAR Mission) wird mit Hilfe eines LIDAR-Instruments (Light Detecting and Ranging) ab 2021 aus etwa 500 km Höhe Methan in der Erdatmosphäre detektieren und erstmals eine globale Karte der Konzentration dieses wichtigen Treibhausgases erstellen.
Die globale Kartierung des Methangehaltes in der Erdatmosphäre kann kontinuierlich und großräumig nur vom Weltraum aus erfolgen. Insbesondere Schlüsselregionen wie tropische Feuchtgebiete, Regenwälder und subarktische Gegenden sind schwer zugänglich und nur mit Satelliten-Messungen zu erfassen.
Für die MERLIN Mission kommt erstmals ein in Deutschland entwickeltes „aktives“ LIDAR-Instrument zum Einsatz. Es verfügt über eine bordeigene Lichtquelle - den Laser - und kann somit auch bei Nacht oder selbst durch dünne Zirruswolken hindurch messen. Hierzu werden zwei kurze Laserpulse in zwei nah beieinander liegenden Wellenlängen ausgesandt. Die eine Wellenlänge wird von Methan absorbiert, die andere nicht. Aus der Differenz der beiden vom Erdboden zurückgestreuten Signale kann die Methankonzentration mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmt werden.
Um Klimaveränderungen zuverlässig vorhersagen und effektiven Klimaschutz zu betreiben ist es dringend notwendig, diesen globalen Methanzyklus besser zu verstehen.