Photosysthese aus dem All beobachten: Jülich begleitet europäische Satellitenmission

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Mit der ESA-Mission FLEX beginnt eine neue Ära der Pflanzenforschung aus
dem All. 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.

Das Forschungszentrum Jülich betreibt das deutsche FLEX-Projektbüro,
bringt seine wissenschaftliche Expertise in die Mission ein und bereitet
Forschende auf die Nutzung der frei verfügbaren Satellitendaten vor.

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 voraussichtlich am 15. September 2026 (03:21 Uhr MESZ)
startet. 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 Prof. Uwe Rascher, Leiter des Instituts für Bio- und
Geowissenschaften – Pflanzenwissenschaften (IBG-2) am Forschungszentrum
Jülich.

Jülicher Expertise begleitet die Mission seit 2015

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. Prof. 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.

Offene Daten für Forschung und Innovation

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:innen 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“, sagt 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.

Europäische Spitzenforschung für globale Herausforderungen

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.

Stimmen zur Mission

Prof. Dr. Astrid Lambrecht, Vorstandsvorsitzende des Forschungszentrums
Jülich:

„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.“

Bundesforschungsministerin Dorothee Bär:

„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.“

Wissenschaftsministerin Ina Brandes:

„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.“