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Die Astronomie und der Klimawandel
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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11. September 2020

Der Klimawandel beeinflusst alle Bereiche des Lebens - auch die wissenschaftliche Forschung in der Astronomie. Gleichzeitig wird aber auch durch die Arbeit der Astronominnen und Astronomen Kohlendioxid freigesetzt. Auf einer virtuellen Fachtagung entschied sich ein Team daher, dieses Thema näher zu untersuchen. Nun wurden die Ergebnisse vorgestellt.

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Auch die Beobachtungen mit dem Very Large Telescope der ESO werden vom Klimawandel beeinflusst. Bild: ESO/S. Brunier  [Großansicht]

Klimawandel ist ein wichtiges Forschungsthema der Astronomie: Unser Schwesterplanet Venus ist ein deutliches Beispiel für einen extrem starken Treibhauseffekt, in jenem Falle mit lebensfeindlichen Oberflächentemperaturen von mehr als 460 Grad Celsius. Und die Suche nach Planeten, die andere Sterne als die Sonne umkreisen, in Verbindung mit den unvorstellbar großen Abstandsskalen in der Astronomie, unterstreichen, dass es für uns Menschen "keinen Planeten B" gibt.

Aber die Astronominnen und Astronomen haben noch einen direkteren eigenen Bezug zum irdischen Klimawandel: Ihre Beobachtungen werden durch die Klimakrise beeinflusst, und die Forschenden wiederum sind für Kohlendioxid-Emissionen verantwortlich, die zur Klimakrise beitragen. Jetzt hat eine Gruppe von Astronominnen und Astronomen sich diese direkte Verbindung zwischen astronomischer Forschung und Klimakrise näher angeschaut. Die Idee für diese Untersuchung entstand aus Diskussionen aus Anlass des Treffens "Astronomy for Future" auf der diesjährigen - virtuellen - Jahreskonferenz der Europäischen Astronomischen Gesellschaft.

Wer Emissionen reduzieren will, muss zunächst wissen, wo sie konkret in welchen Mengen anfallen. Forschende des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg haben daher eine solche Zusammenstellung vorgenommen und die Kohlendioxid-Emissionen für das Jahr 2018 erfasst. Sie stellten fest, dass Interkontinentalflüge – zur Teilnahme an Konferenzen oder zur Durchführung von Beobachtungsprogrammen an Observatorien in Nord- und Südamerika – und der Stromverbrauch von Supercomputern den weitaus größten Beitrag zu den Emissionen leisten.

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Alles in allem kamen sie auf 18 Tonnen Kohlendioxid pro Wissenschaftlerin bzw. Wissenschaftler allein für Forschungsaktivitäten. Zum Vergleich: Das ist fast doppelt so viel wie die Pro-Kopf-Kohlendioxid-Emissionen in Deutschland und mehr als zweieinhalb Mal soviel wie das deutsche Klimaziel 2030 mit 6,8 Tonnen pro Person und Jahr. "Auch wir Astronomen sind für unsere Emissionen durch fossile Brennstoffe verantwortlich", so Knud Jahnke, Gruppenleiter am MPIA. "Aber durch persönliche Entscheidungen allein können wir nur einen geringen Beitrag zur Verringerung leisten. Wir müssen daher erst einmal herausfinden, woher die Emissionen stammen. Dann ergibt sich, wie wir auf Institutsebene, auf der Ebene der Gemeinschaft der Astronominnen und Astronomen insgesamt oder auf gesamtgesellschaftlicher Ebene Maßnahmen ergreifen können, die zu einer wesentlichen Verminderung führen."

Die Studie liefert auch Empfehlungen, wie astronomische Institute wie das MPIA ihre Emissionen reduzieren könnten: Eine davon ist die Verlagerung von Supercomputern an Standorte, an denen Strom überwiegend aus erneuerbaren Quellen erzeugt wird und die Kühlung einfacher ist – Island ist eine mögliche Wahl. Die andere ist eine drastische Beschränkung der forschungsbezogenen Flüge.

Der Frage astronomischer Fachkonferenzen, zu denen üblicherweise zahlreiche Teilnehmer mit dem Flugzeug zu ein und demselben Veranstaltungsort anreisen, wurde auch untersucht: Verglichen wurden dazu die beiden letzten Jahrestagungen der Europäischen Astronomischen Gesellschaft: Das Treffen 2019 im französischen Lyon, eine herkömmliche Vor-Ort-Konferenz mit mehr als 1200 Teilnehmern, und das Treffen 2020, das aufgrund der weltweiten Pandemie als virtuelle Veranstaltung mit fast 1800 Teilnehmern stattfand.

Dass die Emissionen des Online-Meetings ungleich geringer sind, dürfte niemanden überraschen. Die Zahl selbst vielleicht doch: Es zeigte sich nämlich, dass das Online-Meeting weniger als ein Tausendstel der Kohlendioxidemissionen des herkömmlichen Vor-Ort-Treffens produzierte. Auch die Astronomie wurde von der Pandemie dazu gezwungen, mit Online-Formaten zu experimentieren. Und während sich für einige Konferenzformate, wie etwa Plenarvorträge, problemlos Online-Versionen organisieren lassen, gibt es leider noch keinen effektiven Ersatz für die persönliche Vernetzung, die persönlichen Kontakte, die eine traditionelle Konferenz ermöglicht.

"Eine klimafreundliche Lösung könnte darin bestehen, eine Konferenz an mehreren Orten gleichzeitig stattfinden zu lassen, so dass alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer mit dem Zug reisen können", so Leonard Burtscher von der Universität Leiden. "Die Plenarvorträge würden online stattfinden. Aber an jedem der separaten Konferenz-Orte wären persönliche Kontakte zwischen den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern möglich."

Doch die Astronomie ist selbst direkt vom Klimawandel betroffen: So wurde auch untersucht, in welchem Ausmaß der menschengemachte Klimawandel die Astronomie beeinträchtigt - genauer gesagt die Qualität der astronomischen Beobachtungen. Als Untersuchungsgegenstand wählte das Team einen der wissenschaftlich erfolgreichsten modernen Beobachtungsstandorte: das Paranal-Observatorium der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile.

Für den Paranal liegt ein umfangreicher Satz von Wetterdaten vor, der in den letzten drei Jahrzehnten von entsprechenden Messgeräten gesammelt wurde. Der Standort Paranal hat demnach in den letzten vier Jahrzehnten einen Anstieg der Durchschnittstemperatur um 1,5 ºC verzeichnet, was leicht über dem weltweiten Durchschnittswert eines Anstiegs von 1 ºC seit der vorindustriellen Ära liegt.

Auf technischer Ebene hat der Anstieg zu Schwierigkeiten bei der Kühlung der Teleskope geführt. Die Kuppeln des Very Large Telescope am Paranal werden tagsüber auf die zu erwartenden Nachttemperaturen gekühlt, um Luftturbulenzen beim Öffnen der Kuppel bei Sonnenuntergang zu vermeiden. Solche Turbulenzen würden die Beobachtungen stören. Sind die Temperaturen bei Sonnenuntergang wärmer als 16 ºC, ist eine vollständige Kühlung unmöglich. Das Kühlsystem stößt dann an seine Grenzen. Eine Beeinträchtigung der Beobachtungsqualität ist in diesen Fällen unvermeidbar.

Solche wärmeren Tage sind mit steigender Durchschnittstemperatur häufiger geworden. Nicht zuletzt hängt die Beobachtungsqualität auch von allgemeineren Eigenschaften der Atmosphäre ab. Geringe Luftfeuchtigkeit beispielsweise ist für Infrarotbeobachtungen entscheidend. Paranal ist derzeit einer der trockensten Orte der Erde. Für andere Arten von Beobachtungen spielen Luftturbulenzen eine Rolle, die das aus dem Weltraum einfallende Licht mittelbar ein wenig ablenken.

Paranal liegt unter einer Jetstream-Schicht, deren Stärke mit der Ausprägung von El-Niño-Ereignissen zusammenhängt. Während die verfügbaren Daten bisher keine signifikanten Entwicklungstrends zeigen, wird erwartet, dass die Stärke von El-Niño-Ereignissen in den nächsten Jahrzehnten mit dem Fortschreiten der Klimakrise zunehmen wird.

Für zukünftige Teleskope wie das Extremely Large Telescope mit seinem 39-Meter-Spiegel, das derzeit in Sichtweite vom Paranal gebaut wird, werden die Astronomen diese und andere Effekte berücksichtigen müssen. Vorsichtshalber sollten sie darauf achten, dass auch ungünstigere Entwicklungen wie ein Anstieg um rund 4 ºC im nächsten Jahrhundert, mit entsprechenden Auswirkungen auf El-Niño-Ereignisse und Wetterlagen mit höherer Luftfeuchtigkeit, bei den Planungen als mögliche Szenarien berücksichtigt werden.

Mit den jetzt veröffentlichten Studien hoffen die Astronominnen und Astronomen, innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft nötige Veränderungen anzustoßen. "Als Astronomen haben wir das große Glück, auf einem faszinierenden Forschungsgebiet zu arbeiten", so Faustine Cantalloube vom MPIA. "Aber mit unserer einzigartigen Perspektive auf das Universum haben wir auch eine Verantwortung dafür, sowohl unsere Kolleginnen und Kollegen als auch die breite Bevölkerung auf die katastrophalen Folgen des anthropogenen Klimawandels für unseren Planeten und unsere Gesellschaft hinzuweisen."

Die Untersuchung wurden in insgesamt sechs Fachartikel in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.

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