Mit dem neuen MTG-Wettersatelliten der europäischen Raumfahrtbehörde soll die Wettervorhersage nicht weniger als revolutioniert werden – verspricht die Esa, besonders auf regionaler und lokaler Ebene. Und das aus einer Entfernung von 36.000 Kilometern. MTG steht dabei für Meteosat Third Generation – also die dritte Generation. Und an Bord ist die Copernicus-Mission Sentinel 4 mit Optik aus Jena.

"Die große Herausforderung, die wir hier hatten, ist, die hohe Auflösung aus einer extrem hohen Entfernung zu realisieren", sagt Eyk Gebhard von Jena-Optronik. "Wenn man beim Augenarzt ist, schaut sich mal die Tafel an, da steht man vielleicht fünf Meter weg. Und so ein Satellit muss das dann können, indem er im Stadion von einer Seite zur anderen schauen kann."

Eyk Gebhardt (links, Projektleiter Jena-Optronik) sowie Giorgio Bagnasco (Projektleiter ESA) im Reinraum. Im Vordergrund des Bildes befindet sich der technischen Anteile von Jena-Optronik zum MTG-S1-Wettersatelliten.Bildrechte: Jena-Optronik GmbH

Die Firma hat innerhalb der letzten zwölf Jahre hierfür ein Spektrometer entwickelt, mit dem Sentinel-4 bei Tageslicht alle 60 Minuten Daten für den Copernicus-Atmosphärenüberwachungsdienst liefern kann. Und das mit einer Auflösung von ungefähr acht Kilometern.

Untersuchung der Erdatmosphären mit einem Spektrometer aus Jena

"Letztendlich ist Spektrometer ein Messgerät, das das Licht in seine einzelnen Spektralkomponenten zerlegt", erklärt Genhard. "Im ganz konkreten Fall ist es so, dass die einzelne Wellenlänge oder das Licht durch einen Körper läuft, hinten auf einem Detektor aufgenommen wird und dann analysiert wird, wie das Absorptionsverhalten der einzelnen Stoffe ist.“

Das Spektrometer von Jena-Optronik für den MTG-S1-Satelliten des europäischen Sentinel-Programms.Bildrechte: Jena-Optronik GmbH

Dadurch lässt sich herausfinden, wie viele Aerosole, Stickstoffoxide, Schwefeldioxide oder wie viel Ozon sich in der Luft befindet. Das wiederum kann dabei helfen, Warnungen bei schlechter Luftqualität in Mitteldeutschland oder anderen Gebieten auszusprechen. Und das ist die Aufgabe von Sentinel, zu Deutsch Wächter.

Extreme Genauigkeit für bessere Daten

Dafür muss das Spektrometer super genau sein. Unser Auge erkennt drei Farben: rot, grün und blau. Wissenschaftliche Spektrometer teilen das Licht dagegen in Hunderte oder Tausende Kanäle auf, mit denen man winzig kleine Farbnuancen erkennen kann, erklärt Falk Eilenberger vom IOF, dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena.

Portrait von Falk Eilenberger, Head of Micro- and Nanophotonics am IOF - Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik.Bildrechte: IOF - Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik

"Das macht man, indem man das Licht durch sogenannte optische Gitter fallen lässt … und die zerlegen dann das Licht in seine einzelnen Farben. Da sieht man diese wunderbaren Regenbögen", so Eilenberger.

Und ein solches Reflexions- oder Beugungsgitter wurde am IOF für das Instrument von Jena-Optronik entworfen. Prinzipiell kann man sich dies wie ein Fliegenklatschengitter vorstellen: "Dieses Gitter ist einfach ein Stück Glas, extrem flach … und dort müssen ganz präzise Linien hinein strukturiert werden. Die Linien auf diesem Gitter, die in das Glas hinein geätzt werden, sind extrem gerade, extrem parallel und extrem regelmäßig."

Das Reflexionsgitter vom Fraunhofer IOF.Bildrechte: Fraunhofer IOF

Das bei einer Größe von ungefähr acht Zentimetern. "Das ist ungefähr so wie eine Espresso-Untertasse von der Größe her. Zweihundert dieser Gitterlinien nebeneinander gelegt, sind so klein wie ein Haar", erklärt Eilenberger. Eine Linie ist damit nur ein halbes Mikrometer groß, also den Bruchteil der Wellenlänge des Lichtes.

Aufbruch ins All

Der Raketenstart soll am 1. Juli 2025, um 23:03 Uhr (MESZ), vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral (Florida, USA) erfolgen. Gestartet wird mit einer Falcon-9-Rakete von SpaceX. Das ganze Event wird live auf YouTube übertragen.

Wenn wir demnächst also eine Warnung wegen schlechter Luftqualität und hohen Feinstaubbelastungen erhalten, wissen wir: Die Thüringer haben es vermutlich gemessen.

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