Die Auswirkungen des Klimawandels sind eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Daher ist es von großer Bedeutung, die zugrundeliegenden Prozesse und Ursachen zu verstehen. Ein wichtiger Weg diese Informationen auf weltweiter Ebene zu ermitteln, ist die satellitengestützte Messung von Veränderungen der Massenverteilung der Erde, z. B. aufgrund schmelzender Gletscher oder des Verlusts von Grundwasser. Die erforderlichen hochpräzisen Messungen sind mit neuartigen Quantensensoren möglich.
Das heute gestartete Projekt CARIOQA-PMP (Cold Atom Rubidium Interferometer in Orbit for Quantum Accelerometry - Pathfinder Mission Preparation) im Rahmen des Programms Horizon Europe der Europäischen Kommission hat das Ziel, einen solchen Quantensensor für die Anwendung im Weltraum zu entwickeln. Die europäische Industrie wird in Zusammenarbeit mit europäischen Forschungseinrichtungen ein technisches Modell eines Beschleunigungsmessers auf der Grundlage der Atominterferometrie für eine Pathfinder-Mission zur Quantengravimetrie im Weltraum entwickeln.
Die Atominterferometrie ist eine effiziente Methode für hochpräzise Messungen des Gravitationsfeldes der Erde. Sie profitiert von den Quanteneigenschaften von Atomen, die als Testmasse dienen. Die Empfindlichkeit von Atominterferometern in Bezug auf die Schwerkraft kann durch lange Zeiten des freien Falls, wie sie im Weltraum möglich sind, weiter erhöht werden. In der Erdumlaufbahn lassen sich mit diesen Geräten globale Prozesse wie der Anstieg des Meeresspiegels mit bisher unerreichter Empfindlichkeit beobachten. Ihre Anpassung und Vorbereitung für den Weltraum ist jedoch eine Herausforderung. Das Projekt CARIOQA-PMP wird diese Quantensensoren zur Reife bringen und damit den Boden für künftige hochpräzise Gravimetriemissionen im Weltraum bereiten.
CARIOQA-PMP bringt 16 Akteure aus fünf EU-Ländern zusammen. Dazu gehören Experten für die Entwicklung von Satelliteninstrumenten, für Quantensensorik, Weltraumgeodäsie, Geowissenschaften und Nutzer von Schwerefelddaten. Die Vorbereitung der Pathfinder-Mission wird von den französischen und deutschen Raumfahrtbehörden CNES und DLR unter der Leitung des CNES koordiniert. Das Projekt hat eine Laufzeit bis März 2026 und wird von der Europäischen Kommission mit insgesamt knapp 17 Millionen Euro gefördert.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Exzellenzclusters QuantumFrontiers sowie des Sonderforschungsbereichs TerraQ sind wichtige Partner des Konsortiums. Sie verfügen über einzigartige Erfahrungen in der terrestrischen und satellitengestützten Gravimetrie, in der Atominterferomterie, sowie in der Entwicklung und Kontrolle von Quantensensoren. Das Institut für Quantenoptik des Leibniz Universität ist am Bau des Prototypen beteiligt, das Institut für Erdmessung der LUH wird sich um das mission design und die zugehörige Entwicklung von Simulationstools und Fehlermodellen kümmern.
