AtmoSHINE - ein Spatial Heterodyne Interferometer zur globalen Temperaturmessung der oberen Atmosphäre

Missionsziele

Das Institut Atmosphärenforschung an der Bergischen Universität Wuppertal und das Forschungszentrum Jülich entwickelten in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen ein Messinstrument basierend auf einem Spatial Heterodyne Interferometer (SHI) zur globalen Temperaturmessung in der oberen Atmosphäre, um wissenschaftliche Daten für Klimamodelle und zur Schwerewellen-Charakterisierung zu liefern. Der Einsatz auf einem chinesischen Technologie-Satelliten soll das Potential solcher Messungen demonstrieren.

Gemessen werden sollen die Emissionslinien der O2A-Bande bei 762 nm. Da die Intensitäsverteilung dem Boltzmann-Gesetz der Thermodynamik folgt, kann daraus die Temperatur bestimmt werden.

Emissionslinien der O2A-Bande mit Temperaturabhängigkeit

Spatial Heterodyne Interferometer (SHI)

Das SHI ist ein relativ neuer Instrumententyp, der als eine Kombination von einem Gitterspektrometer und einem Fourier Transform Spektrometer beschrieben werden kann. Das SHI ähnelt einem Michelson Interferometer, wobei die beiden Umlenkspiegel durch Reflexionsgitter ersetzt wurden. Die untere Abbildung zeigt das SHI Konzept. Licht, das von links in das SHI eintritt, wird am Beamsplitter aufgeteilt. Jeder Teilstrahl bricht an einem Gitter (G1, G2), das um den Littrow Winkel geneigt ist.

Konzept eines SHI

Erfolgreicher Start am 22. Dezember 2018

Um 0:51 MEZ ging es mit einer Rakete vom Typ „Langer Marsch 11“ vom chinesischen Weltraumbahnhof Jiuquan in eine sonnensynchrone Umlaufbahn. In einer Höhe von 1100 km umkreist AtmoSHINE an Bord eines Technologie-Demonstrationssatelliten die Erde entlang der Tag-Nacht-Grenze.

Nach einer ersten Testphase steht fest: Das Messinstrument funktioniert unter harschen Weltraumbedingungen einwandfrei. Erste Messdaten wurden bereits heruntergeladen und werden derzeit ausgewertet. „Wir erwarten, dass wir über die geplante Lebensdauer des Satelliten von mindestens einem Jahr räumlich hochaufgelöste Temperaturverteilungen in einer mehrere Kilometer dicken Atmosphärenschicht in einer Höhe von 90 Kilometern messen können“, erläutert Prof. Dr. Ralf Koppmann vom Wuppertaler Institut für Atmosphären- und Umweltforschung.

Das erfolgreiche Projekt ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Entwicklung einer AtmoCube Konstellation zur Erforschung der Dynamik der Atmosphäre.

In Space: First Light

Wissenschaftliche Veröffentlichung:

Kaufmann, M., Olschewski, F., Mantel, K., Solheim, B., Shepherd, G., Deiml, M., Liu, J., Song, R., Chen, Q., Wroblowski, O., Wei, D., Zhu, Y., Wagner, F., Loosen, F., Froehlich, D., Neubert, T., Rongen, H., Knieling, P., Toumpas, P., Shan, J., Tang, G., Koppmann, R., and Riese, M.
A highly miniaturized satellite payload based on a spatial heterodyne spectrometer for atmospheric temperature measurements in the mesosphere and lower thermosphere
Atmos. Meas. Tech., 11, 3861-3870, https://doi.org/10.5194/amt-11-3861-2018, 2018.

Airglow

Credit: NASA

SHI prototype

38 mm x 38 mm x 27 mm

AtmoSHINE auf chinesischem Satelliten

Einbaukonfiguration

AtmoSHINE Start

am 22. Dezember 2018 um 0:51 MEZ