Der eigens für die Beobachtung der Photosynthese entwickelte Satellit soll zeigen, wie Pflanzen weltweit auf Trockenheit, Hitze und andere Umweltstressoren reagieren. Die Erkenntnisse können dazu beitragen, eine klimaresiliente Landwirtschaft zu entwickeln, natürliche Ökosysteme besser zu schützen und langfristig die Ernährungssicherheit zu stärken.
Wie reagieren Pflanzen auf Trockenheit und Hitze? Welche Rolle spielen Wälder und landwirtschaftliche Flächen im globalen Kohlenstoffkreislauf? Antworten auf diese Fragen soll künftig die Satellitenmission FLEX (FLuorescence EXplorer) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) liefern, die am 15. September um exakt 3.21 Uhr Mitteleuropäischer Zeit starten soll. Erstmals wird dabei die Photosynthese von Pflanzen weltweit mithilfe eines eigens dafür entwickelten Satelliten aus dem All beobachtet.
FLEX misst die sonneninduzierte Chlorophyllfluoreszenz (Solar-Induced Fluorescence, SIF) – ein schwaches Lichtsignal, das Pflanzen während der Photosynthese aussenden. Daraus lässt sich ableiten, wie aktiv Pflanzen sind und ob sie unter Trockenheit, Hitze oder anderem Umweltstress leiden – oft lange bevor sichtbare Schäden auftreten. Die Mission wird erstmals globale Karten der Photosyntheseaktivität liefern und damit neue Erkenntnisse darüber ermöglichen, wie Vegetation auf den Klimawandel reagiert und welche Rolle sie für den Kohlenstoff- und Wasserkreislauf spielt.
„Mit FLEX erhalten wir erstmals einen direkten Blick auf die Photosynthese unserer Vegetation auf globaler Ebene. Das eröffnet völlig neue Möglichkeiten, die Auswirkungen des Klimawandels auf Pflanzen zu verstehen und Modelle zum Kohlenstoff- und Wasserkreislauf deutlich zu verbessern“, sagt Professor Uwe Rascher, Leiter des Instituts für Bio- und Geowissenschaften – Pflanzenwissenschaften (IBG-2) am Forschungszentrum Jülich.
Das Forschungszentrum Jülich begleitet die FLEX-Mission seit ihrer Auswahl als ESA-Earth-Explorer-Mission im Jahr 2015. Aufgrund seiner langjährigen Expertise in der Photosyntheseforschung und der Messung von Pflanzen unter natürlichen Bedingungen übernimmt Jülich mehrere zentrale Aufgaben innerhalb der Mission.
Forschende vom IBG-2 bringen ihre Expertise in die wissenschaftliche Weiterentwicklung der Mission ein. Professor Uwe Rascher gehört der Mission Advisory Group der ESA-FLEX-Mission an. Außerdem entwickelt das IBG-2 hochspezialisierte Sensorsysteme für Validierungsmessungen am Boden und aus der Luft.
Mit diesen Instrumenten werden die Jülicher Forschenden nach dem Start des Satelliten im Rahmen internationaler Messkampagnen die FLEX-Daten überprüfen und mit Referenzmessungen vergleichen. Die Validierung ist entscheidend, um die Qualität und wissenschaftliche Aussagekraft der Satellitendaten sicherzustellen.
Mit dem erfolgreichen Start beginnt nicht nur die wissenschaftliche Validierung der Satellitendaten – für die Wissenschaft fängt die eigentliche Arbeit erst an: Die frei verfügbaren FLEX-Daten müssen ausgewertet und für neue Anwendungen erschlossen werden.
Das deutsche FLEX-Projektbüro am Forschungszentrum Jülich, das von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR beauftragt wurde, baut eine deutsche Nutzergemeinschaft für diese Daten auf. Es unterstützt Forschende sowie Anwender dabei, die Daten zu nutzen, entwickelt Nutzungskonzepte und vernetzt die Community mit nationalen und internationalen Partnern.
„Damit das wissenschaftliche Potenzial der Mission möglichst schnell ausgeschöpft werden kann, braucht es eine gut vernetzte Community, die die Daten für unterschiedlichste Fragestellungen nutzt. Unser Ziel ist es, Forschende dabei zu unterstützen, neue Anwendungen zu entwickeln und den Mehrwert der FLEX-Daten für Wissenschaft und Gesellschaft sichtbar zu machen“, so Dr. Juliane Bendig, Leiterin des deutschen FLEX-Projektbüros am Forschungszentrum Jülich.
Die frei verfügbaren Daten sollen so möglichst schnell Eingang in Forschung und Anwendung finden – von der Klimaforschung über die Landwirtschaft bis zum Umweltmonitoring.
FLEX ist die achte Earth-Explorer-Mission der ESA und ein Beispiel dafür, wie europäische Spitzenforschung Antworten auf globale Herausforderungen entwickeln kann. Die Mission vereint die Expertise von Raumfahrtorganisationen sowie Forschungseinrichtungen aus zahlreichen Ländern Europas.
Indem Europa dabei eigene wissenschaftliche und technologische Kompetenzen in der Erdbeobachtung bündelt und weiterentwickelt, leistet die Mission zugleich einen Beitrag zur technologischen Souveränität Europas. Das Forschungszentrum Jülich bringt dabei seine wissenschaftliche Kompetenz in der Pflanzenfernerkundung und Photosyntheseforschung sowie seine langjährige Erfahrung in der wissenschaftlichen Begleitung von Erdbeobachtungsmissionen ein und trägt dazu bei, dass die Mission ihr volles wissenschaftliches Potenzial entfalten kann.
Professor Astrid Lambrecht, Vorstandsvorsitzende des Forschungszentrums Jülich, betont die Bedeutung dieses wissenschaftlichen Einsatzes: „Mit FLEX bringen wir unsere langjährige Expertise in der Pflanzenforschung in eine wichtige europäische Forschungsinitiative ein.
Entscheidend dafür sind unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die diese Mission seit vielen Jahren mit großem Engagement begleiten. Wissenschaftliche Exzellenz, leistungsfähige Messtechnik und frei verfügbare Forschungsdaten kommen hier zusammen, um die Folgen von Klima- und Umweltveränderungen besser zu verstehen – und das zeigt, was wir in Jülich gemeinsam mit unseren europäischen Partnern leisten können.“
Auch Bundesforschungsministerin Dorothee Bär verweist auf die Wichtigkeit dieser Mission: „Die ESA-Mission FLEX beobachtet erstmals aus dem All die Photosyntheseaktivität. Das ist ein entscheidender Schritt, um Pflanzenstress schon frühzeitig zu erkennen.
Der aktuelle Sommer hat gezeigt, wie wichtig solche Daten sind, um beispielsweise Ernteverlusten und Waldbrandrisiken entgegenzuwirken. Das Institut für Pflanzenwissenschaften des Forschungszentrums Jülich hat mit langjähriger Laborforschung und umfangreichen Flugzeugkampagnen die Mission maßgeblich mitgestaltet und ist von zentraler Bedeutung für ihre wissenschaftliche Umsetzung.“
Die nordrhein-westfälische Wissenschaftsministerin Ina Brandes hebt den internationalen Wert dieses speziellen Vorhabens hervor: „Spitzenforschung aus dem Weltall ‚made in NRW‘ schafft die Grundlage dafür, die Folgen des Klimawandels besser zu verstehen und uns mit neu erforschten Pflanzen besser zu schützen. Das Forschungszentrum Jülich ist mit seiner Expertise der ideale Partner für den Erfolg der ESA-Mission FLEX.
Ebenso wie alle Menschen vom Klimawandel betroffen sind, profitieren auch alle Menschen von der ESA-Mission. Eine globale Photosynthese-Karte wird dabei helfen, die Landwirtschaft resilienter und nachhaltiger zu machen, um die Versorgung einer wachsenden Weltbevölkerung zu sichern.“
