Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem (PACE)

In Vorbereitung befindliche Satellitenmission der NASA zur Untersuchung der Gewässerökologie und -chemie, sowie zum genaueren Verständnis der Rolle des Aerosols und der Wolken für das Klima. Der PACE-Sensor liefert den Wissenschaftlern die Ozeanfarben vom Ultraviolett bis zum nahen Infrarot. Sie erhalten dabei genaue Messungen über die biologischen und chemischen Ozeaneigenschaften wie beispielsweise der Biomasse des Phytoplanktons und die Zusammensetzung von Phytoplankton-Gemeinschaften. Die Mission hilft beim besseren Verständnis der Reaktion mariner Ressourcen auf den Klimawandel und der Rolle des marinen Phytoplanktons im globalen Kohlenstoffkreislauf.

Ferner wird PACE Messungen der Wolkendecke vornehmen, ebenso von kleinen Luftpartikeln wie Staub, Rauch und Aerosolen um Messungen von bereits existierenden NASA-Missionen zu ergänzen und fortzuführen.

Grundlegende wissenschaftliche Ziele

• Erweiterung der wichtigsten systematischen Datensätze von Ozeanfarben, Aerosolen und Wolken für Erdsystem- und Klimastudien und Beantwortung neuer und aufkommender wissenschaftlicher Fragen mit Hilfe seiner fortschrittlichen Instrumente, die die Fähigkeiten früherer und aktueller Missionen übertreffen.
  Der Ozean und die Atmosphäre sind direkt miteinander verbunden, sie bewegen und übertragen Energie, Wasser, Nährstoffe, Gase, Aerosole und Schadstoffe. Auch Aerosole, Wolken und Phytoplankton können sich gegenseitig beeinflussen.
• PACE wird atmosphärische Partikel und Wolken messen, die das Sonnenlicht streuen und absorbieren. Eine bessere Charakterisierung der Aerosolpartikel wird es ermöglichen, ihre Auswirkungen auf die Meeresbiologie und die Chemie des Ozeans sowie auf den Energiehaushalt der Erde und ökologische Vorhersagen zu quantifizieren.
  PACE wird es Wissenschaftlern ermöglichen, die Fischerei besser zu überwachen, schädliche Algenblüten zu erkennen und Veränderungen der Meeresressourcen zu beobachten. Die Farbe des Ozeans wird durch die Wechselwirkung des Sonnenlichts mit im Meerwasser vorhandenen Substanzen oder Partikeln wie Chlorophyll, einem grünen Pigment, das in den meisten Phytoplanktonarten vorkommt, bestimmt. Durch die Überwachung der weltweiten Verteilung und Häufigkeit des Phytoplanktons wird die Mission zum Verständnis der komplexen Systeme beitragen, die die Ökologie der Ozeane bestimmen.

PACE Künstlerische Darstellung des Satelliten Der Start ist für 2024 geplant, womit die seit über 20 Jahren von der NASA durchgeführten Satellitenbeobachtungen der globalen Meeresbiologie, der Aerosole (winzige in der Atmosphäre schwebende Partikel) und der Wolken erweitert und verbessert werden. Quelle: NASA

PACE Architektur Ein kommentiertes Diagramm des PACE-Raumfahrzeugs und der Instrumente, einschließlich der beiden Polarimeter HARP-2 und SPEXone. Das Hauptinstrument, das Ocean Color Instrument (OCI), befindet sich oben rechts und ist in Silber dargestellt. Quelle: NASA

Wissenschaftliche Instrumente dieser ozeanökologischen Mission

• Das Ocean Color Instrument (OCI), primärer Sensor, ist ein hochentwickeltes optisches Spektrometer, das zur Messung von Lichteigenschaften über Teile des elektromagnetischen Spektrums eingesetzt wird. Es ermöglicht eine kontinuierliche Messung des Lichts mit einer feineren Wellenlängenauflösung als frühere NASA-Satellitensensoren und erweitert damit die Datensätze des Schlüsselsystems Ozeanfarbe für Klimastudien. Es ist in der Lage, die Farbe des Ozeans vom Ultraviolett bis zum kurzwelligen Infrarot zu messen.
• Das Spectro-Polarimeter for Planetary Exploration (SPEXone) ist ein Mehrwinkel-Polarimeter, das einen kontinuierlichen Wellenlängenbereich von 385-770 nm abdeckt. Es misst die Intensität, den Grad der linearen Polarisation (Degree of Linear Polarization, DoLP) und den Winkel der linearen Polarisation (Angle of Linear Polarization, AoLP) des von der Erdatmosphäre, der Landoberfläche und dem Ozean reflektierten Sonnenlichts. Der Schwerpunkt der SPEXone-Entwicklung liegt auf der Erreichung einer sehr hohen Genauigkeit der DoLP-Messungen, die eine genaue Charakterisierung von Aerosolen in der Atmosphäre ermöglicht.
  Aerosole beeinflussen das Klima indirekt, indem sie die mikro- und makrophysikalischen Eigenschaften von Wolken verändern. Nach Angaben des IPCC sind Aerosole die größte Fehlerquelle bei der Quantifizierung des Strahlungsantriebs des Klimawandels.
• Das Hyper-Angular Rainbow Polarimeter #2 (HARP2) ist ein bildgebendes Weitwinkelpolarimeter zur Messung von Aerosolpartikeln und Wolken sowie von Eigenschaften von Land- und Wasseroberflächen. Die Menge und die Art der in der Atmosphäre schwebenden Partikel sind für Anwendungen im Zusammenhang mit den Auswirkungen auf die Gesundheit, dem Lebenszyklus von Wolken und Niederschlägen, dem Klima usw. von Bedeutung. HARP2 wird Daten aus mehreren Blickwinkeln entlang der Spur (bis zu 60), aus vier Spektralbändern im sichtbaren und nahen Infrarotbereich sowie aus drei Winkeln linearer Polarisation kombinieren, um die mikrophysikalischen Eigenschaften der atmosphärischen Partikel zu messen, einschließlich ihrer Größenverteilung, Menge, Brechungsindizes und Partikelform.
  

PACE wird vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland) geleitet werden. Der Start der Mission ist für das Jahr 2024 vorgesehen.

Weitere Informationen:

• NASA Sets the PACE for Advanced Studies of Earth’s Changing Climate (The Earth Observer 2015 Vol. 27)
• PACE (NASA)
• PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem) Mission (eoPortal)