Klimawandel und Photosynthese: Esa-Satellit Flex misst Änderungen der Pflanzenaktivität

Wenn Pflanzen Photosynthese betreiben, jenen Prozess also, bei dem unter anderem der für uns so lebenswichtige Sauerstoff entsteht, dann senden sie ein sehr schwaches Lichtsignal aus. Diese Fluoreszenz ist für das menschliche Auge unsichtbar, doch sie kann ein wichtiger Indikator für den Gesundheitszustand der Pflanze sein.

Weltkarte der Photosynthese

Nun sollen diese Signale vom All aus gemessen und eine erdumspannende Karte der Photosynthese erstellt werden. Flex (Fluorescence Explorer) heißt der eigens dafür konzipierte Satellit, den die Europäische Raumfahrtagentur Esa am Dienstag ins All geschossen hat. Seine Daten sollen helfen, die Auswirkungen von Klimawandel und Umweltstress auf die Aktivität der Pflanzen und die Biosphäre der Erde besser einzuschätzen.

„Pflanzen sind verschiedenen Stressfaktoren ausgesetzt“, erklärt Thorsten Fehr, Leiter der Abteilung für Geowissenschaften bei der Esa, am Rand einer Presseveranstaltung im Raumfahrtkontrollzentrum ESOC in Darmstadt. Von dort aus wird die Flex-Mission gesteuert.

Grün und trotzdem krank

Der Wissenschaftler zählt Trockenheit und Hitze auf, aber auch Umwelteinflüsse, Ungezieferbefall oder Überdüngung. Das Besondere an der Fluoreszenz: Sie zeigt Veränderungen der Photosynthese an, lange bevor mögliche Schädigungen sichtbar werden. „Die Pflanze kann wunderschön grün sein und trotzdem gestresst.“ Eine Art Frühwarnsystem also.

Um das in einer Höhe von 814 Kilometern messen zu können, hat Flex ein hochsensibles Gerät an Bord, den Bildgebungsspektrometer FLORIS (FLuorescence Imaging Spectrometer). Er erfasst Lichtstrahlung im Infrarotbereich von 680 bis 760 Nanometern. „Dieses Licht entsteht durch die chemischen Vorgänge in der Pflanze“, erklärt Fehr.

Reibungsloser Start im Doppelpack

Der Start vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana verlief einwandfrei. Er habe nichts anderes erwartet, kokettiert ESOC-Chef Rolf Densing und lobt die beteiligten Teams, räumt aber ein, dass die meisten anwesenden Missionsbeteiligten wenig geschlafen haben. Nachvollziehbar angesichts der Startzeit von 3.21 Uhr MESZ.

Was diesen Launch besonders macht: die Vega-C-Rakete brachte gleich zwei Satelliten ins All. Neben Flex war auch Sentinel-3-C an Bord, ein weiterer Trabant aus dem Erdbeobachtungsprogramm Copernicus der Europäischen Kommission. Gewissermaßen eine kosmische Fahrgemeinschaft.

Mit Vespa zu zweit ins All

Ein Vespa genannter Adapter machte es möglich, beide Satelliten in der Nutzlastbucht der Vega-C unterzubringen. Sie wurden im Abstand von etwa einer Stunde im All ausgesetzt. Jeweils kurz danach wurde auf der Erde das erste Signal empfangen, und das Kontrollzentrum in Darmstadt übernahm die weitere Steuerung.

Die Sentinel-3-Satelliten sammeln Daten über die Ozeane, über Land- und Eismassen sowie über die Atmosphäre. Und sie sind ein wesentlicher Bestandteil der Flex-Mission. Denn sie helfen, den Einfluss von Temperatur oder Wolken auf die Fluoreszenz bei den Messungen zu berücksichtigen.

Satellitentandem für bessere Daten

„Wir wollen wissen: Was wäre, wenn die Aerosole nicht da wären“, erklärt Wissenschaftler Fehr. „Oder wie ist die Temperatur an den Blättern? Dafür brauchen wir Sentinel 3, und deswegen fliegen wir auch so nahe zusammen.“

In einem Abstand von gerade einmal 40 bis 100 Kilometern werden Flex und ein Sentinel-3-Satellit als Tandem die Erde überfliegen. Das ergibt einen zeitlichen Abstand von sechs bis zehn Sekunden. Diese Nahezu-Gleichzeitigkeit erlaubt es, die erfassten Fluoreszenz-Werte richtig einzuordnen und valide Rückschlüsse auf die Photosynthese-Aktivität zu ziehen.

Alle 27 Tage überfliegt das Gespann die gleiche Region und misst mit einer Genauigkeit von etwa 300 mal 300 Metern. So lassen sich während der auf dreieinhalb Jahre angelegten Mission großräumige Entwicklungen erkennen. Aber auch danach verfallen die Messwerte laut Fehr nicht einfach. „Das sind Referenzdatensätze, mit denen man über Jahre arbeiten kann.“

Dürre-Jahr auch in Hessen

Dieses Jahr hat gezeigt, welche Folgen Hitzewellen und Trockenperioden haben können, auch bei uns in Hessen. „Bauern befürchten Ernteeinbußen“, „Trockenheit setzt Hessen immer stärker zu“ oder „Tierfutter wird in Hessen knapp“ waren nur einige der Schlagzeilen auf hessenschau.de. Werden also auch Hessens Bauern von den Flex-Daten profitieren?

„Die Daten sind global“, meint Fehr. „Aber mit großer Sicherheit werden auch Wissenschaftler in Deutschland sie dazu benutzen, um die Erkenntnisse über die Vegetation in den Regionen zu verbessern.“ Das soll auch der Land- und Forstwirtschaft zugute kommen. Gerade für Hessens großen Waldbestand wäre das von Nutzen.

Kritische Frühphase

In den kommenden Tagen sind die Missionsteams im ESOC mit der sogenannten Launch And Early Orbit Phase (LEOP) beschäftigt. Dabei werden die Satelliten eingehend auf ihren Zustand und ihre Funktionsfähigkeit geprüft. Sie gilt noch als kritisch.

Danach wird der operative Betrieb von Sentinel-3-C von Eumetsat übernommen, einem zwischenstaatlichen Betreiber von Erdbeobachtungssatelliten. Er hat seinen Sitz ebenfalls in Darmstadt, unweit des ESOC. Die Steuerung von Flex bleibt bei der Esa.

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