Das MTG-S1 Infrarot-Echolot deckt als permanent präsenter Detektiv Brisantes von Klima und Wetter in der dynamischen Erdatmosphäre auf. Auch die heftigsten Schadstoff-Emittenten.
Rot stechen die heißen Wüstenregionen heraus, blau die sehr kalten Wolkenobergrenzen, die auf intensive Aktivität von Sturm Claudia hinweisen. Eine Nahaufnahme Europas im langwelligen Infrarotbereich, festgehalten mithilfe des Infrarot-Echolots bei seinem ersten Satellitenflug, lässt erahnen, was noch in diesem Jahr kontinuierlich fast in Echtzeit möglich sein soll: Eine sehr viel schnellere Warnung vor dramatischen Unwettern sowie eine bessere Klimaüberwachung. Weil Hightech an Bord eines europäischen Satelliten sichtbar macht, was sonst nicht gut zu erkennen ist.
Egal, ob Wasserdampfbanden, die den Atlantik überqueren, die Signaturen von Jetstreams über Europa und der Antarktis, die dramatischen Tag- und Nachttemperaturschwankungen auf der Landoberfläche der Sahara, die eisigen Signaturen von Gewitterwolken oder die charakteristischen Rauchwolken von Vulkanausbrüchen: Die vom Spektrobildgeber IRS ermöglichten Blicke auf Erdatmosphäre, Meere und Erdoberfläche decken Stürme, Feuchtigkeitsströme und Temperaturverläufe in bisher unerreichter Detailgenauigkeit auf – wobei der Infrarot-Sensor nach einem ähnlichen Prinzip wie eine Wärmebildkamera arbeitet.
Entwicklung eines Sturms in Echtzeit
Das erste Bild des Infrarot-Sondensystems, das über einen langwelligen Infrarotkanal (etwa 8,3 Mikrometer, einer von fast 2.000 gleichzeitig gemessenen Kanälen) aufgenommen wurde, zeigt nicht einfach nur Wolken über West- und Südeuropa. Das Bild hielt vielmehr fast in Echtzeit die Entwicklung eines Sturms fest, der im vergangenen November weitreichende Störungen, starke Regenfälle und Überschwemmungen mit sich brachte. Möglich wurde die Aufnahme, weil Licht dieser Wellenlänge von der Atmosphäre weitgehend ungehindert durchgelassen wird. So konnte IRS zu einem sehr frühen Zeitpunkt Aufschluss über die Temperaturen der Wolkenobergrenzen, des Landes und der Meeresoberflächen geben.
Die ersten Bilder, die im November an Bord des Satelliten Meteosat Third Generation Sounder 1 (MTG-S1) aufgenommen wurden, berühren. Sicherlich auch die Menschen aus 80 Unternehmen aus allen europäischen Ländern, die den Satelliten gebaut haben, sowie die 16 europäischen Länder und Kanada, die sich an Management und Entwicklung des Programms beteiligten, wie Simonetta Cheli auflistet. Mehr als 2.000 Menschen waren involviert. Eine Konferenzteilnehmerin, die das MTG-S1 Infrarot-Echolot zwölf Jahre mitentwickelt hat, erzählt, wie stolz sie und ihre Kollegen auf die ersten Aufnahmen ihres „Babys“ seien.
Der Infrarot-Sensor (IRS) beobachtet die gesamte Erdkugel aus einer Höhe von 36.000 Kilometern über dem Äquator so gut wie ständig. Er verfolgt und kartiert auch schnelle Wetterdreher und Luftverschmutzer. Sein Geheimnis und seine Bedeutung liegen in detailverliebten Stippvisiten an den einzelnen Spots im Halbstundentakt, speziell auch über Europa. Dadurch soll IRS 48 kontinuierliche Bilder pro Tag liefern.
„IRS verfügt über diese Bildgebungsfähigkeit, die wir mit den bisherigen Instrumenten nicht hatten“, sagt Pierre Coheur, Professor und Vice-Rector, Université libre de Bruxelles, der Experte für atmosphärische Spektroskopie ist. Anhand der ersten Bilder und des Beispiels einer Schadstoffwolke über einer Düngemittelfabrik zeigt der Chemiker, was IRS zur Messung einzelner Emissionsquellen beitragen kann. Von Quellen, die heute üblicherweise als „Superemittenten“ bezeichnet würden. „Mit diesen 48 Bildern ermöglicht IRS definitiv die Kartierung der Atmosphäre und die tägliche Probenahme“, sagt der Professor von der Freien Universität Brüssel. Er geht auch darauf ein, dass mithilfe der zeitnahen Beobachtungen des Satelliten bei einem Vulkanausbruch in Äthiopien der Weg, der sich allmählich entwickelnden Aschewolke verfolgt werden konnte. IRS könne sogar die Zusammensetzung der Wolke differenzieren und zumindest den Asche- vom Gasgehalt unterscheiden.
Schnellere Warnung vor extremen Wetterlagen
Eumetsat zufolge können Wissenschaftler durch die Kombination mehrerer Wellenlängen Vulkanasche von Schwefeldioxid trennen, wobei Letzteres in Blau- bis Rottönen dargestellt werde: So erhält man Informationen, die möglicherweise wichtig für die Flugsicherheit sind.
Pierre Coheur setzt hohe Erwartungen in die neue Technologie zur Wetter- und Klimaüberwachung: „Ich denke, dass wir mit diesen beiden Beispielen wirklich zeigen, dass wir mit IRS in eine neue Ära der Atmosphärenbeobachtung eintreten.“
Doch es können nicht nur Umweltsünder besser lokalisiert und genauer vermessen werden. Erstmals können Meteorologen exakt verfolgen, wie sich die Atmosphäre in den Stunden vor Unwettern entwickelt, welche subtilen Veränderungen auftreten. Die Aufnahmen des ersten europäischen Infrarot-Atmosphärensondensystems in geostationärer Umlaufbahn, das an Bord des Meteosat Third Generation Sounder 1 fliegt, zeigen Einblicke in die Erdatmosphäre wie nie zuvor. Seine Mission: Gesellschaften frühzeitig zu warnen und ihnen bessere Einsicht in die Vorgänge in der Atmosphäre zu geben.
„Der Klimawandel führt dazu, dass extreme Wetterereignisse häufiger und intensiver auftreten, was potenziell verheerende Auswirkungen auf die Bevölkerung haben kann. In diesem Zusammenhang ist Klimaschutz gleichbedeutend mit Katastrophenschutz“, erklärt Phil Evans, Generaldirektor von Eumetsat. Die Europäische Organisation für meteorologische Satelliten, mit Sitz in Darmstadt, versorgt ihre 30 Mitgliedstaaten seit 1986 mit meteorologischen Bildern und Daten, die für die Sicherheit ihrer Gemeinden und für wichtige Wirtschaftszweige von Nutzen sind.
Evans ist mit dem Intro betraut, als Eumetsat und die Europäische Weltraumagentur ESA bei der Europäischen Weltraumkonferenz in Brüssel Ende Januar die ersten Bilder des Satelliten Meteosat Third Generation Sounder 1 präsentieren. Europa erwärme sich doppelt so schnell wie der globale Durchschnitt, ruft der Eumetsat-Chef in Erinnerung. Nach den Rekordtemperaturen der letzten Jahre zähle das Jahr 2025 immer noch zu den wärmsten seit Beginn der Aufzeichnungen.
Während Satelliten- und Weltraumorganisationen auf der Konferenz Atmosphären-Hightech zeigen, die helfen soll, mit dem rasanten Klimawandel Schritt zu halten, bringen Regenfluten in Sizilien die Erde ins Rutschen. Häuser stürzen ein, Menschen verlieren ihr Zuhause.
Die Meldungen von solchen Naturkatastrophen reißen nicht ab. Umso wichtiger ist es, Extremwettern mit Transparenz entgegenzuwirken und rechtzeitig zu warnen. Die IRS-Beobachtungen der Landoberflächen, Meere und Erdatmosphäre fließen in Datenprodukte ein, die nationale Wetterdienste unterstützen sollen. Es geht darum, Sturmumgebungen dreidimensional zu charakterisieren, Konvektion in einem sehr frühen Stadium zu erkennen und genauere Vorhersagen zu liefern. Diese Echtzeit-Erkenntnisse sollen Leben retten, den Menschen und auch der Wirtschaft zugutekommen.
„Es handelt sich um ein Instrument, das uns wirklich viel detailliertere Kenntnisse über die Wettervorhersagefähigkeit in Bezug auf alles, was mit der Atmosphäre zu tun hat, aber auch in Bezug auf alles, was mit Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Spurengasen zu tun hat, liefern wird und bereits liefert“, sagt Simonetta Cheli, die Direktorin des Earth Observation Programmes der ESA.
„Seine Instrumente werden derzeit kalibriert und validiert und werden hoffentlich in diesem Sommer voll einsatzfähig sein“, berichtet Eumetsat-Generaldirektor Evans weiter über das Infrarot-Echolot. „Es wird die Wettervorhersage in Europa revolutionieren.“ Wettervorhersager sollen vom Infrarot-Echolot des MTG-S1 alle 30 Minuten aktuelle Informationen über die Atmosphäre erhalten. „Wir werden in der Lage sein, die Entwicklung von Stürmen von den ersten Anzeichen einer Instabilität, noch bevor sich Wolken bilden, über ihr Wachstum bis hin zu intensiven Stürmen und Blitzaktivitäten zu verfolgen.“ Dies sei ein Sprung in der Datenqualität und werde insbesondere die sogenannten Kurzfristvorhersagen verbessern. „Sie sind Europas wichtigste Verteidigungslinie gegen Sturzfluten, heftige Stürme, schwache und gefährliche Winde“, betont Evans.
Durch die Messung von fast 2.000 Kanälen ermögliche der IRS eine dreidimensionale Messung der Atmosphäre, schildert Dorothée Coppens, die Hyperspectral Competence Area Managerin bei Eumetsat, während sie die ersten Bilder vom November 2025 zeigt. Da er Europa alle halbe Stunde erneut überfliege, biete er die einzigartige Möglichkeit, Unwetterereignisse in Echtzeit zu überwachen und zu verfolgen. Dies sei ein enormer Vorteil für die Wettervorhersage – besonders für regionale Modelle. Denn die hohe Frequenz und insbesondere die kontinuierlichen Strahlungswerte sowie die dreidimensionalen Temperatur- und Feuchtigkeitsfelder, die der IRS messe, seien ein wichtiger Vorteil für Vorhersagemodelle. „Er ermöglicht die frühzeitige Erkennung von atmosphärischer Instabilität in der Atmosphäre und der Konvektion“, sagt Coppens. „Damit sind wir in der Lage, sehr genaue Unwetterwarnungen herauszugeben.“ Der letzte Vorteil bestehe darin, dass er dynamische Variablen messe, darunter die 3D-Windfelder, und dass er die vertikalen Informationen für Wettervorhersagemodelle „wirklich“ verbessere. „Damit wird das RS die kurz- und langfristigen globalen und regionalen Modelle verbessern und die Unwetterwarnungen optimieren“, betont die Eumetsat-Managerin.
Paradigmenwechsel durch neue Technik
Luftexperte Pierre Coheur spricht sogar von einem „Paradigmenwechsel für die Atmosphärenbeobachtung“ durch den Infrarot-Sounder. „Indem er eine beispiellose 3D-Ansicht der atmosphärischen Dynamik liefert, aber auch seines chemischen Zustands, und das alle 30 Minuten, mit hoher räumlicher Detailgenauigkeit. Wir sprechen hier von einer räumlichen Auflösung von vier bis sieben Kilometern.“ Das werde für die Wettervorhersage und für die Überwachung „schwerwiegender Ereignisse“ eine „transformative Wirkung“ haben.
Das MTG-S1 Infrarot-Echolot wird, nach Meinung von Coheur, auch „entscheidend für die Erforschung der Zusammensetzung der Atmosphäre, der Luftqualität und des Klimas“ sein. „Der Grund dafür ist, dass die Messungen selbst eine Fülle von Informationen über die in der Atmosphäre vorhandenen Spurengase enthalten, darunter Treibhausgase wie Kohlendioxid oder Luftschadstoffe, Ozon, Ammoniak, Kohlenmonoxid oder Aerosole“, betont der Chemiker. „Ich sehe eine Reihe sehr wichtiger nachgelagerter Anwendungen, die hier aufgeführt sind. IRS wird eine bahnbrechende Rolle bei der Lokalisierung einzelner Emissionsquellen spielen.“ Sein Fazit zur Rolle von IRS fürs Klima: Das Infrarot-Echolot werde einen großen Beitrag zur Verbesserung der Vorhersage der Luftqualität und zur Warnung vor schweren Verschmutzungsereignissen, zur Überwachung extremer Ereignisse und zur Unterstützung der Klimawissenschaft und -dienste leisten.
Denn mit seiner kontinuierlichen halbstündlichen Abdeckung und einer Auflösung im Kilometermaßstab über Europa (zirka sieben Kilometer) soll das Infrarot-Echolot eine tagesgenaue Überwachung der wichtigsten Luftschadstoffe ermöglichen. Diese Fähigkeit soll die Überwachung der Luftqualität, insbesondere über städtischen Gebieten, erheblich verbessern, da dadurch häufiger und detailliertere Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre während des gesamten Tages geliefert werden.