Projekt:FE Beobachtung 1/A-Train/Einleitung

Teilprojekt A-Train

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Der A-Train ist eine polar umlaufende Gruppe Erdbeobachtungssatelliten, die in 705 km Höhe mit einer Geschwindigkeit von über 24.000 km/h und einer Inklination von 98° (fast) im selben Orbit fliegen. Zusammen ergeben die sich überschneidenden Messergebnisse der Instrumente ein verständliches Bild des irdischen Wetters und Klimas. Der Name „A-Train“ kommt vom Jazzsong „Take the 'A' Train“, geschrieben 1941 von Billy Strayhorn und durch den Jazzkünstler Duke Ellington bekannt geworden, in dem es um eine U-Bahn-Fahrt in New York geht. Er wurde gewählt, weil alle Satelliten relativ dicht hintereinander auf der selben Bahn fliegen, wie ein Zug mit seinen Waggons. Im Gegensatz zu Zugwaggons sind die Satelliten natürlich nicht miteinander verbunden, sondern fliegen unabhängig voneinander und überqueren nacheinander den Äquator nach 13:30 Uhr Ortszeit (deshalb steht das „A“ auch für „afternoon“).

Satellit	Position	Instrumente	Aufgaben
OCO	Führt künftig den A-Train an	Drei Gitter-Spektrometer	Wird globale, raumbezogene Beobachtungen der CO2-Konzentration in der Luftsäule machen
Aqua	Führt den A-Train an, bis OCO kommt, welcher 15 Minuten vorauseilen wird	AIRS, AMSR-E, AMSU, CERES, HSB, MODIS	Untersucht das globale Klima mit Betonung auf Wasser im Erde-Atmosphären-System in allen drei Aggregatzuständen.
CloudSat	Zwischen 30 Sekunden und zwei Minuten hinter Aqua	CPR	Cloud Profiling Radar macht die bisher detailliertesten Wolkenbeobachtungen, um besser die Rolle der Wolken in der Klimaregulierung aufzuzeigen
CALIPSO	Nicht mehr als 15 Sekunden hinter CloudSat	CALIOP, IIR, WFC	Beobachtungen mit Lidar, kombiniert mit passiven Instrumenten, für besseres Verständnis der Rolle von Aerosolen und Wolken im Klima und insbesondere, wie sie in Wechselwirkung stehen
PARASOL	Etwa eine Minute hinter CALIPSO	POLDER	Messungen von polarisiertem Licht für bessere Charakterisierung von Wolken und Aerosolen zulassen, insbesondere die Unterscheidung zwischen anthropogen und natürlich verursachten Aerosolen
Aura	Etwa 15 Minuten nach Aqua, aber überfliegt Äquator acht Minuten nach Aqua, da auf einer anderen Orbitbahn, damit Synergie mit Aqua möglich wird	HIRDLS, MLS, OMI, TES	Synergistische Ladung untersucht die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre, Schwerpunkt auf horizontaler und vertikaler Verteilung bedeutender Schadstoffe und Treibhausgase sowie deren Entwicklung und zeitliche Veränderung

(NASA)

Der Zug wird von Aqua angeführt, welcher der größte Satellit ist und den Äquator 13:30 Uhr in Richtung Norden sowie 1:30 Uhr in Richtung Süden überquert. Der letzte Satellit (Aura) folgt Aqua nach 15 Minuten. Cloudsat und CALIPSO fliegen 15 Sekunden nacheinander, so dass sie gleichzeitig die selben Wolken beobachten können. Der sich noch nicht im All befindende Satellit „Orbiting Carbon Observatory“ (OCO) wird 15 Minuten vor Aqua platziert und soll die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre messen. Nach 16 Tagen bzw. 233 Umläufen wird wieder die selbe Erdoberfläche überflogen. Das EOS Project Science Office (EOSPSO; EOS = Earth Observing System) veröffentlicht die Informationen für jedermann.

Motivation

Die Umweltveränderungen auf der Erde werden zunehmend Schwerpunkt für viele Agrar-, Industrie- und Gesellschaftsinteressen. Zu diesen Themen sind vernünftige politische Entscheidungen nötig. Earth Science Enterprise (ESE) liefert rechtzeitig wissenschaftliche Daten und Informationen an Entscheidungsträger für eine vernünftige und angemessene Umweltpolitik. EOS-Missionen (Earth Observing System) und kleinere Earth-System-Science-Pathfinder-Missionen (ESSP) sind für ESE primäre Informationsquellen. Die A-Train-Satellitenformation besteht aus zwei EOS-Missionen (Aqua und Aura), drei ESSP-Missionen (CloudSat, CALIPSO und OCO) und der Mission PARASOL des französischen Centre National d'Etudes Spatiales (CNES). Die Satelliten fliegen in geringem Abstand, in (fast) dem selben Orbit. Diese vorsichtig geplante Formation ermöglicht Synergien, also dass durch die Kombination mehr Informationen über die Bedingungen auf der Erde erhalten werden als die Summe der Informationen, wenn die Beobachtungen unabhängig voneinander wären. Die A-Train-Mission eröffnet nie da gewesene Möglichkeiten, wichtige klimawandelbezogene Sachverhalte zu bearbeiten. Die zusammengetragenen Informationen sollen das wissenschaftliche Verständnis über die wichtige Rolle von Wolken und Aerosolen als Klimaregulanten substanziell verbessern. Es soll auch zu einem besseren Verständnis über die Chemie unserer Atmosphäre führen, wie die verschiedenen atmosphärischen Bestandteile miteinander interagieren und was für einen Einfluss Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre auf das Klima der Erde haben. Zusammen tragen die Daten dieser Missionen viel dazu bei, den Gesundheitszustand unseres Planeten zu verstehen. Zuguterletzt noch die Frage, warum man nicht alle Instrumente auf einen einzelnen Satelliten packt. Dies hat man beim ESA-Satelliten Envisat so gemacht – er wiegt knapp acht Tonnen und ist mit zwei Milliarden Euro einer der teuersten Satelliten, die die ESA je gestartet hatte. Wäre der Start fehlgeschlagen, wäre es ein immenser Verlust gewesen. Der Verlust von einem der Formationssatelliten wäre wesentlich besser zu verkraften. Außerdem lässt sich eine Formation besser aufrüsten – OCO war z. B. nicht von Anfang an als Formationsmitglied geplant.

Geschichte

Satellitenverbünde an sich gibt es schon länger. So konnten dank der unterschiedlichen Blickwinkel der Satelliten ERS-1 und ERS-2 auf die Erdoberfläche digitale Höhenmodelle berechnet werden. Bei meteorologischen Anwendungen wäre hier z. B. die Polar Operational Environmental Satellites (POES) von der NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), welche die Daten der geostationären Satelliten ergänzen, da sie im Gegensatz zu diesen auch die höheren Breiten erfassen und mit einer Höhe von reichlich 800 km eine wesentlich höhere Auflösung haben. Allerdings ist bei ihnen die überschaubare Fläche kleiner und es dauert einen Tag, bis sie sich wieder über dem selben Flecken Erde befinden – deshalb sind es ja auch mehrere Satelliten, die den selben Flecken Erde zu verschiedenen Tageszeiten überfliegen.

Der A-Train ist auch nicht die erste Zugformation von Satelliten: im „Morning Train“ fliegt EO-1 eine Minute hinter Landsat 7, 27 weitere Minuten danach kommt SAC-C, dem zweieinhalb Minuten später Terra folgt (S. Skizze).

(Autor: KhlavKalashGuy nach Vorlage von ftp://ftp.cira.colostate.edu/kidder/cgar/A-Train_paper.doc)

Aqua wurde am 4. 5. 2002 gestartet, danach kamen Aura (15. 7. 2004), PARASOL (18. 12. 2004) und am 28. 4. 2006 Cloudsat und CALIPSO zur Formation hinzu. OCO wird wie gesagt erst noch gestartet.