Weltraum Alarm aus dem All

Umweltsatelliten registrieren Unwetter, Ölspuren oder Smog. Die Daten sind ein Vermögen wert.

Rund um Mamu, ein Provinzstädtchen in Guinea, wütet ein Buschfeuer. Südwestlich der Kapverdischen Inseln brauen sich dichte Wolken zusammen und gebären einen Hurrikan, der zwölf Tage später in der Karibik toben wird. In der Ostsee zieht ein Tanker eine Ölspur hinter sich her. Im nördlichen Burkina Faso sammelt sich gerade ein Heuschreckenschwarm. Über das Rote Meer fegt ein Sandsturm aus der Sahara. Auf Java kündigt sich ein Vulkanausbruch mit einer schwarzen Rauchsäule an.

Alles zu sehen aus dem Orbit. Über fünfzig Umweltsatelliten, Hunderte Beobachtungsflugzeuge und Ballons beobachten permanent die Erde, hinzu kommen Zehntausende Bojen, Wetter- und Messstationen. Sie liefern im Sekundentakt Millionen von Datensätzen. Wetter, Klima, Naturkatastrophen, Seuchen, Gletscherschmelze oder Tropenholzeinschlag – fast jedes Ereignis von überregionaler Bedeutung kann inzwischen aus der Ferne registriert und häufig sogar vorhergesagt werden: Auffällige Wolken über den Niederlanden – Amsterdam erwartet Sturmböen mit Hagelschlag. Und in einem Überschwemmungsgebiet des Mekongdeltas hat sich ein idealer Brutplatz für Anophelesmücken gebildet – in einem Monat droht eine drastische Zunahme der Malariafälle.

Aber längst trifft nicht jede Prognose zu. Das Erdbeobachtungsnetz hat große Lücken. Es fehlen zum Beispiel Daten über die Dicke der Meereisdecke. Cryosat, ein europäischer Satellit, sollte sie liefern, doch der Start scheiterte im vergangenen Jahr. Jetzt wird die Sonde ein zweites Mal gebaut. Auch die Bodenfeuchte, die große Auswirkungen auf das Wetter hat, kann aus dem All noch nicht beobachtet werden. Über Wind und Luftdruck auf See ist heute sogar weniger bekannt als vor zwei Jahrzehnten. Beides können Satelliten nicht messen, viele Wetterstationen auf Feuerschiffen und entlegenen Inseln wurden jedoch inzwischen eingespart. Trotzdem liegt das Hauptproblem weniger in den Lücken als in der richtigen Interpretation der Umweltdaten. Vieles, was gesammelt wird, ist nicht zugänglich oder vergleichbar. Denn bisher arbeitet jedes Beobachtungssystem mit eigenen Datenstandards und Grundeinstellungen. Eine feuchte Luftschicht, die von europäischen Wettersatelliten als Schleierwolke interpretiert wird, geht in Japan womöglich als Hochnebel in die Datenbank ein.

Viele Lücken sollen sich in den nächsten zehn Jahren schließen. Fast hundert Staaten und internationale Organisationen haben vor gut drei Jahren damit begonnen, ein Metasystem für alle Erdbeobachtungsdaten ins Leben zu rufen, das so genannte Global Earth Observation System of Systems (Geoss). Dahinter steht keine neue große UN-Behörde, sondern ein kleines Team von zwölf Experten, die bei der Meteorologischen Weltorganisation (WMO) in Genf untergeschlüpft sind.

Die Wettervorhersage wird endlich globalisiert

Inzwischen haben sie die Grundzüge eines globalen Standards für die einheitliche Kalibrierung von Satellitendaten vorgelegt. »Unser Vorbild war die Wetterbeobachtung«, sagt Donald Hinsman. Der vollbärtige Amerikaner ist Direktor des Raumfahrtprogramms der WMO und einer der Väter von Geoss. »Wenn der Rest der Menschheit so gut kooperieren würde, wie wir Meteorologen es seit 20 Jahren tun, dann wäre die Erde ein besserer Ort zum Leben«, meint Hinsman.

Der Start des ersten Wettersatelliten ist noch keine 50 Jahre her, und erst seit 1974 betreiben die Amerikaner und seit 1977 auch die Europäer geostationäre Satelliten, die im Stundentakt Bilder von der Bewölkung zur Erde funken. Inzwischen decken immer präzisere und schnellere Wettersatelliten die gesamte Erdoberfläche ab. Auch Russland, China, Japan und Indien speisen ihre Messungen in die Datenbank der WMO ein, Argentinien, Kanada und Südkorea werden bald folgen. Noch sind die Grenzen der einzelnen Systeme auf den Weltwetterkarten deutlich zu erkennen. Erst mit Geoss werden alle Messergebnisse zu einem einheitlichen Bild zusammenfließen.

Im zweiten Schritt sollen dann auch die archivierten Daten der letzten vier Jahrzehnte in das weltweit genormte Datenformat überführt werden. Das wird die Wetterprognosen weiter verbessern und vor allem langfristige Klimastudien ermöglichen. Der dafür nötige Speicherplatz ist gigantisch. Allein der modernste europäische Wettersatellit MSG-2 liefert alle 15 Minuten das hochaufgelöste Bild eines Viertels der Erde und füllt damit jeden Tag die 60-Gigabyte-Festplatte eines modernen PCs. Insgesamt verwahrt Eumetsat, der Betreiber der europäischen Meteosatelliten, in seinem Darmstädter Kontrollzentrum die Wettergeschichte aus über 25 Jahren auf 1200 Datenbändern. Analog aufgenommene Bilder machen nur einen kleinen Teil davon aus. Der große Rest ist digitalisiert und kann zum Abgleich aktueller Beobachtungen genutzt werden.

Geoss wird nicht nur Satellitendaten zusammenführen. Geplant ist auch die Einbeziehung möglichst vieler Messergebnisse aus der Luft und vom Boden. Dazu gehören zum Beispiel seismologische Messungen oder medizinische Informationen. Das erste bereits fertig gestellte Geoss-Element besteht aus 1250 Treibbojen, die Strömungsverhältnisse, Temperatur und Salzgehalt der Ozeane sowie den Luftdruck auf Meereshöhe messen.

Das »System der Systeme« soll sich keineswegs nur um Wetter- und Klimadaten kümmern. Auch alle verfügbaren und überregional bedeutsamen Messungen im Zusammenhang mit Naturkatastrophen, Gesundheitsproblemen, Energiegewinnung und -verbrauch, Wasserkreislauf, Ökosystem, Landwirtschaft und Artenvielfalt sollen von Geoss gesammelt werden.

»In all diesen Bereichen gibt es noch gewaltige Datenlücken«, sagt Volker Liebig. Er ist im Direktorium der Europäischen Raumfahrtagentur Esa für den Aufbau des europäischen Erdbeobachtungssystems Global Monitoring for Environment and Security (GMES) verantwortlich. Von 2012 an soll GMES über die Daten von rund 25 europäischen, zum Teil auch kommerziellen Satelliten verfügen. Knapp drei Milliarden Euro soll das kosten. Damit wird GMES genauso teuer wie das europäische Satellitennavigationssystem Galileo.

Theoretisch haben alle EU-Bürger freien Zugang zu den Daten

Bisher stammt der Löwenanteil aller europäischer Erdbeobachtungsdaten, die nicht in direktem Zusammenhang mit der Wettervorhersage stehen, von einem einzigen Satelliten. Der 2002 gestartete Envisat hat die Ausmaße eines Sattelschleppers und liefert mit seinen zehn verschiedenen Messinstrumenten das Rohmaterial für inzwischen eintausend Forschungsprojekte im Bereich Klima, Atmosphäre, Luftverschmutzung, Naturkatastrophen, Ozeane und Wälder. So hat Envisat zum Beispiel nachgewiesen, dass der globale Meeresspiegel um drei Millimeter im Jahr steigt und die durchschnittliche Wassertemperatur um 0,13 Grad Celsius pro Dekade. Beeindruckend sind die Envisat- Bilder der Luftverschmutzung über China. In den letzten zehn Jahren hat dort der Wirtschaftsboom den Stickoxidanteil um 50 Prozent in die Höhe getrieben.

»Envisat ist der erfolgreichste Satellit, den wir je gebaut haben«, sagt Esa-Direktor Liebig. Mit zwei Milliarden Euro war er allerdings auch der teuerste. Eine Panne beim Start hätte die europäische Forschung um Jahre zurückgeworfen. Nach Ablauf seiner Lebenszeit, um das Jahr 2012 herum, soll Envisat trotz seines Erfolgs keinen gleichwertigen Nachfolger mehr bekommen. Im GMES-Programm werden die Messinstrumente künftig auf mehrere kleine Satelliten verteilt. Das erschwert zwar den simultanen Blick verschiedener Kameras auf denselben Punkt, macht die Erdbeobachtung aber insgesamt flexibler, da neue Fragen schneller von neuen Satelliten beantwortet werden können.

Die meisten Beobachtungen des europäischen GMES-Systems werden für das globale Geoss zur Verfügung stehen, aber nicht alle. »Welche Daten wir veröffentlichen, ist noch nicht beschlossen«, sagt Esa-Direktor Liebig. Zwar hätten alle EU-Bürger ein gesetzlich verbrieftes Recht auf freien Zugang zu den gesammelten Umweltinformationen, an manchen Stellen sei trotzdem Geheimhaltung gefragt. So wird die Beobachtung von Ölspuren hinter Tankschiffen zunächst an die zuständigen Behörden weitergegeben, damit sie die ertappten Umweltsünder noch auf hoher See stellen können. Auch die aus dem All entdeckten Pfade von Menschen- und Drogenschmugglern bekommt nur die Polizei zu sehen.

Geoss will die Erde als Ganzes in den Blick nehmen. Doch das gefällt längst nicht jedem. Indien, Israel und Iran gehören zwar zu den Mitgründern. Daten, die Aufschluss über ihre Nuklearprogramme geben könnten, behalten sie jedoch für sich. Pakistan, Saudi-Arabien, Syrien, Libyen und Nordkorea machen bei Geoss erst gar nicht mit. Auch viele arme Länder in Afrika und Asien zögern noch. Sie können sich den Aufbau der technischen Infrastruktur für die Weitergabe ihrer eigenen Daten kaum leisten. Für die Nutzung dessen, was andere über sie sammeln, fehlen die Fachleute. Und sie fragen sich, ob das Buschfeuer im guineischen Hinterland oder das dräuende Unwetter auf den Kapverden etwas ist, was zuerst Europa und die USA angeht. Schließlich bedeutet solches Wissen Macht – und Geld. Wer in der globalisierten Welt als Erster von einer drohenden Missernte der Kakaobauern in der Elfenbeinküste erfährt, macht an der Warenterminbörse den größten Profit.