Die Bergische Universität erweitert damit ihr bestehendes Profil in der Atmosphärenforschung – flugzeuggetragene Messkampagnen und Laborstudien sowie Instrumentenentwicklung – um eine weltraumgestützte Sicht auf die mittlere und obere Atmosphäre.

Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen des Forschungszentrums Jülich arbeiten Atmosphärenphysikerinnen und -physiker der Bergischen Universität an der optischen Nutzlast eines Kleinsatelliten, der im Rahmen der Mission auf rund 500 Kilometern Höhe in den Weltraum gebracht werden soll. Die optische Nutzlast ist das Herzstück des Satelliten, das die natürliche Infrarotstrahlung der Atmosphäre misst. Die Universität bringt ihre Erfahrungen im Bereich Instrumentenentwicklung, Laboranalyse und Datenauswertung ein.

Die Ionosphäre ist ein Bereich der oberen Atmosphäre ab etwa 80 Kilometern Höhe, in dem das Sonnenlicht einen Teil der Luft in elektrisch geladene Teilchen umwandelt. Sie ist eng mit der darunterliegenden, weitgehend neutralen Atmosphäre gekoppelt und wird von Prozessen beeinflusst, die von dort nach oben wirken.

Störungen in diesem System können Satellitenbahnen beeinflussen sowie die Übertragung von Kommunikations- und Navigationssignalen (GPS) beeinträchtigen. Ein zentraler Treiber für diese Störungen sind sogenannte atmosphärische Schwerewellen, die in der unteren Atmosphäre entstehen und Energie sowie Impuls bis in große Höhen transportieren.

„Die Auswahl durch die NASA ist ein großer Schritt für unser Team und unsere Partner. AtmOCube verbindet innovative Messtechnik mit einer klaren gesellschaftlichen Relevanz: Wir wollen besser verstehen, wie Prozesse in der Atmosphäre den erdnahen Weltraum beeinflussen“, so Prof. Dr. Michaela I. Hegglin Shepherd. Die Atmosphärenphysikerin von der Bergischen Universität Wuppertal und Direktorin am FZJ Institute of Climate and Energy Systems verantwortet das Projekt.

„Die wissenschaftlichen Daten helfen uns einerseits dabei, Vorhersagen für den zukünftigen Satellitenbetrieb zuverlässiger zu machen. Andererseits spielt auch der Klimawandel eine Rolle. Mit der Erwärmung der unteren Atmosphäre verändern sich Wetter- und Zirkulationsmuster – Effekte, die sich über Wellen bis in den erdnahen Weltraum fortsetzen und dort Störungen verursachen können“, erklärt Dr. Martin Kaufmann, Projektmanager für „AtmOCube“ und Koordinator des Laborverbunds „AtmoLab“, in dem die Bergische Universität und das Forschungszentrum Jülich ihre Zusammenarbeit am Standort Wuppertal bündeln. „AtmOCube“ ist der bisherige Höhepunkt dieser gemeinsamen Entwicklung.

„Einmal in die Atmosphäre gebracht blickt der Satellit entgegen seiner Flugrichtung und mit leicht nach unten geneigtem Sehstrahl entlang der zu beobachtenden Höhenschichten. Das ermöglicht eine besonders gute Höhenauflösung der Daten“, so Kaufmann.

„AtmOCube“ beobachtet mit seinen Instrumenten die natürliche Infrarotstrahlung des Sauerstoffs in der Atmosphäre. Aus den gesammelten Daten werden Temperaturprofile gewonnen. Daraus wiederum lassen sich Eigenschaften der Schwerewellen ableiten – etwa ihre Ausbreitung und räumliche Struktur – sowie Erkenntnisse über ihre Energie- und Impulsflüsse. Diese sind entscheidend dafür, wie stark Schwerewellen die Luftströmungen in großen Höhen beeinflussen und bis in die obere Atmosphäre und Ionosphäre hinein wellenartige Störungen auslösen können.

„AtmOCub“e knüpft an frühere Erfolge der BUW an: angefangen von den CRISTA-Weltraumexperimenten bis zur erneuerten Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich vor rund zehn Jahren auf diesem Gebiet. Seither wurden gemeinsam mehrere Raketen- und Satellitenprojekte umgesetzt, mit aktiver Einbindung von Studierenden.

Mit der Auswahl beginnt für „AtmOCube“ eine sechsmonatige Konzept- und Planungsphase. In dieser Zeit werden Missionsdetails und Anforderungen weiter konkretisiert und Rückmeldungen aus der Begutachtung eingearbeitet. Den Abschluss bildet eine Bewertung, auf deren Basis die NASA die nächste Finanzierungs- und Umsetzungsphase freigibt.