MW-Luna-2 - Etablierung des Mondes als Referenz für Klimadaten von Mikrowelleninstrumenten bei niedrigen Frequenzen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Bühler
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421761264

Kurz gefasst ist das Ziel des vorliegenden Forschungsantrags, den Kontroversen um die verschiedenen, mit Satellitenmessungen gefundenen Trends in der Temperatur der Troposphäre ein Ende zu setzen. Um hier ein unumstößliches Ergebnis zu erhalten, soll eine Referenzquelle für den Strahlungsfluss zum Einsatz kommen, die sich durch eine unveränderliche Oberfläche auszeichnet, und die von allen Mikrowelleninstrumenten vielmals beobachtet wurde: der Mond. In einem Vorläuferprojekt wurde bereits demonstriert, dass die mit ihnen bestimmten Strahlungstemperaturen des Mondes bei einer Frequenz von 89 GHz in sehr guter Übereinstimmung mit den Voraussagen eines neuen Modells stehen. Die diesbezüglichen Messungen wurden mit AMSU-B (Advanced Microwave Sounding Unit - B) und MHS (Microwave Humidity Sounder) angestellt. Mit AMSU-A and ATMS (Advanced Technology Microwave Sounder) ist es nun möglich, diese Untersuchung auf niedrigere Frequenzen auszuweiten, insbesondere das 54-GHz-Band. Die mittels Satellitenmessungen bei diesen Frequenzen bereits erhaltenen Temperaturtrends in der tropischen Troposphäre reichen von 0,09° bis 0,20° pro Jahrzehnt, und diese Unterschiede gehen hauptsächlich auf unvollkommene Kalibrierung zurück. Ganz anders verhält es sich dagegen mit der Strahlungstemperatur des Mondes, die lediglich von seiner Entfernung zur Sonne und dem Blickwinkel abhängt. Dieser Zusammenhang kann sehr genau bestimmt werden, weil der Mond oft diejenige Region des Himmels durchläuft, die von den Mikrowelleninstrumenten für Kalibrierungszwecke angepeilt wird. Bei der vorgeschlagenen Untersuchung müssen lediglich Unterschiede im Fluss nachgewiesen werden, und der absolute Wert der Radianz des Mondes würde gewissermaßen als Nebenprodukt anfallen. Dennoch würde er für zukünftige Mikrowelleninstrumente von erheblichem Nutzen sein, und zwar ganz besonders in solchen Fällen, wo aus Kostengründen auf einen eingebauten Schwarzen Körper verzichtet wurde. Darüber hinaus würde eine genaue Kenntnis der über die Mondscheibe gemittelten Strahlungstemperatur unter verschieden Beleuchtungswinkeln seitens der Sonne unser Verständnis der thermo-physikalischen Eigenschaften des Mondregolithen vertiefen. Die auszuwertenden Beobachtungen wurden von AMSU-A auf neun verschiedenen Satelliten und von ATMS auf zwei Satelliten gemacht. Zusammen decken sie nahezu den gesamten Mondphasenbereich zwischen zunehmendem und abnehmendem Halbmond ab. Gewöhnlich nähert sich der Mond mehrere Male im Jahr der instrumentellen Blickrichtung für die Kalibrierung mit der 3 KHintergrundstrahlung. Er tritt dann bei mehreren Erdumläufen des Satelliten hintereinander in Erscheinung. Bei einer durchschnittlichen Betriebsdauer von mehr als zehn Jahren erhält man demzufolge von jedem Satelliten Hunderte von Mondbeobachtungen, die jede noch so kleine instrumentelle Anomalie ans Licht bringen und damit ihre Korrektur und Messungen der Atmosphärentemperatur mit ungeahnter Genauigkeit ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen