Mai 26, 2022

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Ist „Slow Science“ die Antwort auf den CO2-Fußabdruck der Astronomie? Himmel und Teleskop

ISS view of Earth at night
Nachtaufnahme von der Internationalen Raumstation
Europäische Weltraumorganisation / NASA

Ein internationales Team von Astronomen hat ermittelt, inwieweit astronomische Einrichtungen – nämlich die Teleskope auf der Erde und im Weltraum, mit denen Astronomen den Himmel untersuchen – zum Klimawandel beitragen. Berichterstattung natürliche Astronomieschätzt das Team, dass dieser Fußabdruck alle anderen forschungsbezogenen Aktivitäten übertrifft, eine Erkenntnis, die erhebliche Auswirkungen auf die Zukunft des Feldes hat.

Zur Durchführung der Studie fühlten sich die Forscher durch aktuelle Ereignisse motiviert: „Die Menschheit steht vor einem Klimanotstand“, sagt Teammitglied Annie Hughes (Max-Planck-Institut für Astronomie, Deutschland). „Die wissenschaftlichen Beweise sind eindeutig, dass menschliche Aktivitäten für die Veränderung des Klimas verantwortlich sind. Die wissenschaftlichen Beweise sind ebenso klar, dass wir unsere Aktivitäten im nächsten Jahrzehnt ändern müssen.“

Astronomen haben, wie alle anderen auch Kohlenstoffspuren. Dieser verwendete Begriff kann subtil unterschiedliche Definitionen haben; In diesem Fall definieren Jürgen Knodelsder (Universität Toulouse, Frankreich) und Kollegen ihn als die gesamten Treibhausgasemissionen einer Anlage über ihren Lebenszyklus. Emissionen bestehen hauptsächlich aus Kohlendioxid und Methan, enthalten aber auch eine Reihe anderer wärmespeichernder Gase.

Der allgemeine Mangel an Daten macht es schwierig zu bestimmen, wie viel Astronomen zu den Treibhausgasemissionen beitragen. Frühere Studien konzentrierten sich auf forschungsbezogene Aktivitäten wie Reisen zu Konferenzen und die Verwendung von Supercomputern. Aber die neue Studie stellt fest, dass die größte Quelle des CO2-Fußabdrucks der Astronomie der Bau und Betrieb von immer größeren Teleskopen ist.

Aufgrund eines Mangels an genauen Daten, häufig aufgrund von Vertraulichkeitsproblemen, kam das Team mit einer Technik namens Ökonomischer Input und Output Analytik. Kohlenstoffemissionen werden hauptsächlich durch Kosten und/oder Gewicht bestimmt. Knödlseder vergleicht den Vorgang mit dem Betanken eines Autos: Wird der Tank voll statt halb gefüllt, verdoppelt sich sein Gewicht. Eine Verdoppelung des Kraftstoffverbrauchs würde das Doppelte kosten und die doppelten Emissionen verursachen.

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Anhand dieser Input-Output-Analyse errechnete das Team, dass aktuelle Astronomieanlagen über ihren Lebenszyklus ein Äquivalent von 20 Millionen Tonnen Kohlendioxidäquivalent produzieren, mit einer jährlichen Emission von mehr als einer Million Tonnen Kohlendioxidäquivalent.

„Um Ihnen eine Perspektive zu geben“, bemerkt Knudelsder, „das ist der jährliche CO2-Fußabdruck von Ländern wie Estland, Kroatien oder Bulgarien.“ Noch ein Blickwinkel: 2019 haben die USA mehr als beigetragen 6.5 Eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid.

Es ist ein Anfang

Laut Knodelsder haben die Kosten-/Gewichtsdaten den Vorteil, dass sie öffentlich verfügbar sind, obwohl es manchmal schwierig sein kann, sie zu finden. Damit sind absolut beliebige Berechnungen möglich. Aber Andrew Ross Wilson (University of Strathclyde, UK), der den begleitenden Perspektivenartikel für geschrieben hat natürliche Astronomiesagt, dass die Methode bei der CO2-Bilanzierung, insbesondere bei Weltraumaktivitäten, nicht häufig verwendet wird.

„Er stellte fest, dass die Verwendung ökonomischer Input-Output-Methoden … die gesamten Umweltauswirkungen stark überschätzte.“ Die Gründe dafür sind vielfältig: Erstens ist die oft staatlich finanzierte Luft- und Raumfahrtindustrie kein wirklich freier Markt. Material kostet oft Sonderanfertigungen, die in Weltraummissionen verwendet werden, sind eher auf Forschung und Entwicklung als auf die Herstellung zurückzuführen.

„Aus diesem Grund haben die Europäische Weltraumorganisation (und andere) eine neue Prozessdatenbank erstellt, um diese Lücken genauer zu füllen, und empfehlen die Anwendung wirtschaftlicher Input- und Output-Datenbanken für Lebenszyklusbewertungen im Weltraum nicht“, sagt Wilson.

Das Team von Nodelsider erkennt diese Vorbehalte an, argumentiert jedoch, dass die Bereitstellung dieser ersten Schätzungen ein entscheidender erster Schritt ist. Der nächste Schritt besteht darin, dass die Energieversorger ihre eigenen, detaillierteren Analysen durchführen – und dann Maßnahmen ergreifen.

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Wilson stimmt zu und sagt: „Ich denke, Knodelsiders Einschätzung ist eine ziemlich angemessene Annäherung an die erste Ordnung, da ihm und seinem Team keine Daten zur Verfügung standen.“ „Es ist definitiv ein guter erster Schritt für detailliertere Bewertungen.“

Aber er warnt: „Ich bin nicht davon überzeugt, dass irgendein Praktiker in der Weltraum-Lebenszyklusanalyse dieses Ergebnis speziell für seine eigenen Analysen verwenden würde. Die ESA würde sich diese Schätzung sicherlich nicht zweimal ansehen.“

langsame Flagge

Knodelsiders Team argumentiert jedoch, dass auch ungefähre Zahlen die Grundlage der Arbeit sind: „Die Lösungen liegen in unserer Hand, wir müssen sie nur akzeptieren können“, sagt Teammitglied Luigi Tibaldo (Institute for Research in Astrophysics and Planetary Science, Frankreich).

Im ersten Schritt geht es darum, bestehende Anlagen von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energiequellen umzustellen, was vielerorts bereits im Gange ist. Für Teleskope an abgelegenen Standorten gibt es noch Schwierigkeiten, da sie meist nicht an das örtliche Stromnetz angeschlossen sind. Die Atacama Large Millimeter / Submillimeter Range in Chile beispielsweise wird von Dieselgeneratoren angetrieben. Es kann einfacher sein, andere Einrichtungen in laufende methodische Änderungen einzubeziehen.

Das Team sagt, dass diese Maßnahmen nicht ausreichen werden. Astronomen müssen auch das Tempo beim Bau neuer Einrichtungen verlangsamen. Die Vorteile gehen über die Reduzierung von Emissionen hinaus, denn „langsame Wissenschaft“ würde uns mehr Zeit geben, die bereits vorhandenen Daten voll auszuschöpfen. Sicherlich wurden die gesamten Dissertationen nur anhand der archivierten Notizen durchsucht.

European Extra Large Telescope (Künstlerkonzept)
Die Europäische Südsternwarte baut am Cerro Armazon in Chile ein Very Large Telescope, eines von mehreren großen laufenden Astronomieprojekten. Das Teleskop wird 39 Meter breit sein.
ESO/L. Calsada

Jennifer Wiseman, Chefwissenschaftlerin des Hubble-Weltraumteleskopprojekts, stimmt dem Wert der Archivdaten zu. „Wir haben das Hubble-Datenarchiv so leistungsfähig gemacht, dass heutzutage mindestens so viele wissenschaftliche Arbeiten auf der Grundlage von Archivdaten wie auf neuen Beobachtungen veröffentlicht werden“, sagt sie. „Das bedeutet eine gute, mehrfache Nutzung von Daten, die noch viele Jahre verfügbar sein werden.“

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Aber viele Astronomen protestieren gegen die Verlangsamung. Tatsächlich stießen einige Mitglieder bereits vor der Veröffentlichung des Papiers auf Widerstand von Kollegen.

„Es gibt nichts, was besagt, dass die Astronomie nicht zusammen mit dem Rest der Wirtschaft auf erneuerbare Energien umsteigen kann oder will“, sagt John Mather (Goddard Space Flight Center der NASA), Projektwissenschaftler des James Webb Space Telescope. „Die berechneten CO2-Fußabdrücke sind keine Naturkonstanten, sie sind nur Schätzungen eines Teils eines Systems, das von Rückkopplungsschleifen bestimmt wird.“

Mather bringt auch ein Gegenargument gegen die Verlangsamung der Wissenschaft vor: „Einige Arten der Astronomie werden bereits durch Lichtverschmutzung, Funkstörungen und Satellitenkonstellationen erschwert oder unmöglich gemacht“, sagt er. „Man könnte argumentieren, dass wir unsere Bemühungen verstärken müssen, so schnell wie möglich alles zu lernen, was wir können, bevor wir es können.“

Dennoch bleibt das Team fest bei seiner Position: „Der Kampf gegen den Klimawandel ist eine kollektive Herausforderung, und jeder, jeder Tätigkeitsbereich und jedes Land muss dazu beitragen, dieser Herausforderung zu begegnen“, sagt Knudelsider. „Im Kampf gegen den Klimawandel gibt es keine vorrangigen Lösungen; wir müssen alle möglichen Hebel aktivieren, um unsere Emissionen zu reduzieren. Natürlich werden einige Maßnahmen effizienter sein als andere, aber wir brauchen sie alle, um erfolgreich zu sein.“


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