Messung von atomarem Sauerstoff in Atmosphärenschichten der Erde
DLR sammelt wichtige Daten für die Atmosphären- und Klimaforschung sowie für das Weltraumwetter und die Lebensdauer von Satelliten
Mit Höhenballons in der Stratosphäre kann die Erde aus bis zu etwa 40 Kilometer Höhe betrachtet werden und so wichtige Daten zur Atmosphäre gesammelt werden. Bei der diesjährigen Kampagne der Strato-Science 2025 in Timmins (Kanada), organisiert von der französischen Raumfahrtagentur Centre National d'Études Spatiales (CNES) und der kanadischen Raumfahrtagentur Canadian Space Agency (CSA), hatten die Forschenden des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Möglichkeit, das Spektrometer OSAS-B (Oxygen Spectrometer for Atmospheric Science on a Balloon) auf einen Stratosphärenflug zu schicken.
Erdatmosphäre beeinflusst Lebensdauer von Satelliten
Die Erkundung unterschiedlicher Atmosphärenschichten der Erde ist ein wesentliches Element der Weltraumforschung und spielt für die Entwicklung sowie den Einsatz von Satelliten eine besondere Rolle. Wichtig ist der Einfluss der UV-Strahlung der Sonne auf die einzelnen Lagen. Bei den oberen Schichten, also der Mesosphäre und Thermosphäre, entstehen durch die intensive UV-Strahlung freie Sauerstoffatome, also atomarer Sauerstoff. Dieser beeinflusst chemische Prozesse sowie physikalische Eigenschaften der Atmosphäre. Atomarer Sauerstoff ist hochgradig korrosiv und greift so Materialien wie Aluminium oder Kunststoffe von Satelliten an. Dies wirkt sich unmittelbar auf die Umlaufzeit und Lebensdauer der Satelliten in ihrer Umlaufbahn aus. Die Chemie der oberen Atmosphäre wird durch atomaren Sauerstoff bestimmt, dessen Konzentration von der Sonnenstrahlung abhängt. Diese Daten sind für die Atmosphären- und Klimaforschung sowie für die Vorhersage des Weltraumwetters von besonderer Bedeutung.
Erstmalige Messung aus Höhenballon
Das Spektrometer OSAS-B vom DLR-Institut für Weltraumforschung ist das weltweit einzige Instrument, das die Konzentration des atomaren Sauerstoffs in der Mesosphäre und Thermosphäre der Erde direkt detektiert. Dieser befindet sich in Höhen von etwa 80 bis einigen Hundert Kilometern über der Erde. Dazu wird die Emission von atomarem Sauerstoff bei Frequenzen von 2,1 Terahertz und 4,7 Terahertz spektral hochaufgelöst gemessen. Durch die Nutzung der beiden Frequenzkanäle wird eine hoch genaue Messung ermöglicht.
Während des 14-stündigen Flugs in 31 Kilometer Höhe wurden die beiden Emissionslinien des atomaren Sauerstoffs erstmalig von einem Stratosphärenballon aus gemessen. „Der Aufwand für die Entwicklung von OSAS-B hat sich gelohnt – das Instrument funktionierte während des gesamten Fluges einwandfrei und lieferte uns qualitativ hochwertige Spektren der beiden Terahertzlinien”, sagt Dr. Martin Wienold, Projektleiter von OSAS-B am DLR. „Diese Messungen tragen dazu bei, die obere Erdatmosphäre besser zu verstehen. Darüber hinaus unterstützen sie die derzeit bei der ESA geplante Satellitenmission Keystone“, ergänzt Prof. Dr. Heinz-Wilhelm Hübers, Direktor des DLR-Instituts für Weltraumforschung und wissenschaftlicher Leiter von OSAS-B. Er fügt hinzu: „Die Zusammenarbeit und Unterstützung durch unsere Kolleginnen und Kollegen von CNES und CSA war hervorragend und essenziell für den Erfolg dieses Stratosphärenflugs. Dafür danken wir ihnen ganz herzlich.“
Weiterführende Links:
- DLR-Institut für Weltraumforschung
- DLR-Projektseite zum Spektrometer OSAS-B
- Website vom Dorothy Projekt
Kontakt:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Weltraumforschung
Rutherfordstraße 2, 12489 Berlin-Adlershof
www.dlr.de/wr
Pressemitteilung DLR vom 1. September 2025