Es gibt eine ganze Menge, die wir Menschen nicht ohne Hilfsmittel wahrnehmen können. Walgesänge gehören genauso dazu wie auch das Magnetfeld der Erde. Mit unseren Augen nehmen wir aber auch ein Leuchten nicht wahr, welches Pflanzen abgeben. Was uns dieses Glimmen sagen kann, warum dafür extra ein Satellit ins Weltall geschossen wurde und wie lange die Planung für so eine Mission ist, darum geht es in dieser Folge. Mein Name ist Wieland Mikulajczyk. Wie gut, dass ihr zuhört. Das Forschungsquartett – Wissenschaft bei detektor.fm. In Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich.
FLEX und seine Mission
Hoch über uns zieht seit Mitte September 2026 ein besonderer Satellit seine Kreise. Dieser heißt FLEX. FLEX beobachtet aber nicht uns Menschen, sondern ein für das menschliche Auge unsichtbares Glimmen, das von allen Pflanzen ausgeht. Was es mit diesem Leuchten auf sich hat, das kann mir mein heutiger Gast erklären: Professor Dr. Uwe Rascher. Er ist Direktor des Instituts für Pflanzenwissenschaften am Forschungszentrum Jülich und leitet das deutsche FLEX-Projektbüro. Herr Professor Dr. Rascher, herzlich willkommen im Forschungsquartett! Wunderschönen guten Tag!
Herr Professor Dr. Rascher, Sie haben Biologie mit dem Schwerpunkt Botanik studiert. Wie kommt man auf die Idee, für die Forschung dann ins Weltall mit einem Satelliten zu gehen? Hatten Sie als Kind den Traum, Astronaut zu werden? Ich hatte überraschenderweise nicht den Traum, Astronaut zu werden. Ich muss Ihnen zugeben, ich hatte nicht mal den Traum, Botaniker zu werden. Dass ich Botaniker wurde, ist mir wirklich während des Studiums passiert, wo ich im Rahmen von meinem Studium, im Rahmen vom Biologiestudium, festgestellt habe, dass die Pflanzen, obwohl sie sich nicht bewegen und obwohl man nicht mit ihnen sprechen kann, dennoch ziemlich interessante Organismen sind. Und gerade die Fähigkeit der Pflanzen, Photosynthese zu betreiben, sprich das Licht der Sonne zu nutzen, um darauf zu wachsen und die ganze Biomasse aufzubauen, hat mich damals fasziniert.
Der Weg zum Satelliten
Wie kommt man dann zu einem Satelliten? Auch während des Studiums habe ich meine Messungen ganz normal an Pflanzenblättern, an Einzelpflanzen gemacht. Und erst im Laufe der letzten 20 Jahre wurde uns klar, dass wir das Messsignal, das ich damals schon im Labor verwendet habe, während meiner Doktorarbeit und während meines Studiums, potenziell auch mit der modernen Technologie aus dem All beobachten können. Am 15. September 2026 ist FLEX ins Weltall gestartet. Wie schon gesagt, FLEX ist ein Satellit und steht für Fluorescence Explorer. Sie messen mit dem Satelliten die sogenannte sonneninduzierte Chlorophyllfluoreszenz. Was ist das?
Erstmal ist es ein kompliziertes Wort, aber man kann es auch relativ einfach erklären. Wenn die Pflanzen Photosynthese betreiben, dann nehmen sie durch den grünen Blattfarbstoff, das Chlorophyll, das Licht der Sonne auf. Die Energie aus diesem Sonnenlicht wird normalerweise in der Pflanze in der Photosynthese genutzt, um damit am Ende CO2 zu fixieren und Biomasse zu bilden. Dieser Prozess ist sehr effektiv, allerdings auch nicht immer ganz perfekt. Insbesondere wenn die Pflanze gestresst ist und nicht die ganze Energie ableiten kann oder die ganze Energie nutzen kann, staut sich ein bisschen Energie in den Photosynthesesystemen einer Pflanze. In diesem Prozess kann es nun passieren, dass ein Teil der Energie wieder abgegeben wird als ein rotes Hintergrundleuchten. Und dieses rote Hintergrundleuchten bezeichnen wir als Fluoreszenz – Chlorophyllfluoreszenz, eben das rote Leuchten von dem Chlorophyllfarbstoff.
Stress und Photosynthese
Und das Spannende dabei ist nun, dass die Intensität dieses roten Hintergrundleuchten sich ändert, je nachdem, wie viel von der absorbierten Energie am Ende in die Photosynthese geschoben wird, die in der Photosynthese genutzt werden kann. Sprich, andersrum gesehen: Wenn die Pflanze gestresst ist und nicht genügend Ressourcen hat, kann es sein, dass das Fluoreszenzlicht ansteigt und die Intensität des Chlorophyllsignals sich ändert. Und das versuchen wir vom Satelliten zu messen. Damit können wir wirklich reingucken: Nicht nur wie grün ist die Pflanze, sondern wie effektiv ist wirklich die Photosynthese.
Also, wenn ich das jetzt richtig verstehe, kann ein Feld oder ein Wald optisch eigentlich saftig grün wirken, aber trotzdem die Photosynthese wegen Hitze oder Wassermangel längst ins Stocken geraten sein. Und das können Sie erkennen? Genau, exakt so ist es. Wir können heute schon mit bestehenden Satelliten erkennen, ob Vegetation, ob Pflanzen grün sind. Aber das sagt uns noch nichts aus, ob sie wirklich photosynthetisch aktiv sind. Genauso wie Sie sagen: Bei Hitzestress, extremen Temperaturen oder Wassermangel kann die Pflanze durchaus erst mal noch grün sein. Aber die Photosynthese ist heruntergesetzt, die Pflanze ist gestresst. Und genau diese Information können wir mit dem FLEX-Satelliten ableiten, indem wir das rote Leuchten, das Fluoreszenzlicht, messen.
FLEX-Daten und Landwirtschaft
In Zeiten des Klimawandels nehmen Hitzewellen und Dürreperioden ja zu. Wie können jetzt die gewonnenen FLEX-Daten der Land- und Forstwirtschaft denn konkret helfen, Umweltstress und drohende Ernteausfälle frühzeitig zu erkennen? Oder ist das dafür gar nicht da? Doch, genau dafür ist der Satellit da, um eben frühzeitig zu erkennen, ob Pflanzen und Ökosysteme unter Stress sind und eine Limitation haben. Man muss jetzt allerdings sagen, dass unser Satellit der erste Satellit ist, der wirklich gebaut wurde, um spezifisch das Fluoreszenzsignal zu messen. Das heißt, wir sind noch nicht an dem Punkt, dass wir hier jetzt operationelle Daten für den Landwirt liefern können. Sondern wir müssen im ersten Schritt jetzt erst mal verstehen, wo sehen wir wirklich Änderungen in dem Fluoreszenzsignal? Wie interpretieren wir das Signal auf einer wissenschaftlichen Basis?
Das heißt, in diesem ersten Schritt mit FLEX werden wir die Daten wissenschaftlich auswerten und werden genau mal untersuchen, ob denn so eine frühzeitige Erkennung von Vegetationsstress überhaupt möglich ist. Und das wäre dann die Basis, um wirklich Richtung operationelle Services für den Landwirt und Forstwirt zu gehen. Was wir heute allerdings schon machen, ist, dass wir mit den Kollegen aus der globalen Klimamodellierung zusammenarbeiten. Klimamodellierung versucht ja, in die Zukunft zu gucken. Wir versuchen über die Klimamodellierung abzuschätzen, wie wird sich unser Weltklima in Zeiten des globalen Wandels wirklich verändern. Und dafür müssen wir wissen, wie extreme Wetterbedingungen und wie sich auch eine Verschiebung der Vegetationsperioden auf unseren globalen CO2- und Wasserhaushalt auswirken. Da haben wir natürlich momentan Vorstellungen, aber die beruhen teilweise auf Annahmen.
Zukünftige Messungen
Mit FLEX werden wir das erste Mal nun wirklich Messungen auf einer globalen Skala zur Verfügung stellen, die dann in der Klimamodellierung verwendet werden, um hoffentlich besser in die Zukunft gucken zu können. Was hoffen Sie denn wirklich zu entdecken? Also Ihre Annahmen wollen Sie bestätigt haben? Wir wissen heute schon, dass wir wahrscheinlich extreme Temperaturen, das heißt extrem warme Temperaturen, aber auch Frostereignisse und Trockenheit erkennen können. Da wird es natürlich spannend, wenn man sich mal anguckt, weltweit, wo finden denn nun wirklich diese Klimaauswirkungen statt? Wo haben die jetzt heute schon Einfluss auf die globale Vegetation?
Das heißt, wir erwarten und wir haben dort auch schon die ersten Messungen, dass wir in den tropischen Regenwäldern, wo sich Niederschlagsereignisse großflächig ändern, dass wir dort ein Signal aus den Fluoreszenzdaten ableiten können. Wir haben dort auch schon Bodenmessstationen im Amazonas, und die deuten schon darauf hin, dass der tropische Regenwald dort teilweise in manchen Vegetationszeiten sich unterschiedlich verhält. Wir wissen auch heute schon, dass so extreme Ereignisse wie der Hitzesommer dieses Jahr die landwirtschaftliche Produktion ganz massiv beeinflusst hat. Wir hoffen und wir gehen stark davon aus, dass wir wirklich die Mechanismen, die dahinterstecken, also wann die Vegetation wirklich genau wo geschwächt und nicht mehr so produktiv ist, durch die FLEX-Daten ableiten können.
Satellitenabdeckung und Herausforderungen
Das heißt, wir wären sehr glücklich gewesen, wenn wir von FLEX Satelliten bereits diesen Sommer 2026 im All gehabt hätten. Aber wir gehen mal davon aus, dass in der Welt bei der Klimawandlung es ja leider noch weitere Umweltereignisse bereithalten wird. Wie viel Fläche kann der Satellit denn so abgreifen? In welcher Zeit? Also, es ist ja nur ein Satellit. Wenn man sich andere Satellitensysteme, zum Beispiel die Internetverbindungen, anschaut, da braucht man ja Hunderte und Tausende, um große Flächen zu bedienen. Wie ist das mit FLEX? Wie weit kann FLEX denn das anbieten?
Ja, FLEX ist momentan ein wissenschaftlicher Satellit. Und damit hatten wir zwar ein durchaus großzügiges Budget der Europäischen Raumfahrtsorganisation, aber nicht das Budget, was hinter diesen wirklich operationellen Satellitenmissionen steckt, die manche vielleicht im Kopf haben. Also eine Starlink-Satellitenkonstellation, die aus Hunderten und Tausenden von Satelliten besteht, hat ein ganz anderes Budget. Damit mussten wir uns von Anfang an schon ganz genau überlegen, wo haben wir den größten wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn. Und als Ergebnis, nach langen Diskussionen mit der wissenschaftlichen Community, sind wir darauf gekommen, dass wir auf jeden Fall eine globale Abdeckung haben wollen. Das heißt, FLEX wird wirklich den ganzen Globus, alle Landökosysteme, alle Küsten erfassen.
Wir mussten dann aber einige Einschnitte machen oder einige Kompromisse eingehen im Punkte, wie oft kommt so dieser eine Satellit dann wirklich wieder zurück und was ist die räumliche Auflösung? Das heißt, FLEX wird in unseren Breiten alle 15 Tage zurückkommen und alle 15 Tage ein Bild liefern. Und jedes Bild wird eine Auflösung von 300 Metern haben. Das heißt, jeder Pixel in diesem Bild sieht 300 Meter. Das heißt, wenn Sie das übertragen auf so ein natürliches Ökosystem, die wirklich großen Felder und Wälder und großen Ökosysteme bei uns, wird man ganz klar sehen. Aber wir sind leider noch nicht an diesem Punkt, dass wir wirklich dem Landwirt für die kleineren Felder oder innerhalb von dem Feld wirklich jetzt Handlungsempfehlungen geben können.
Herausforderungen der Datenfrequenz
Alle 15 Tage klingt jetzt nicht so viel. Also, wenn ich mir überlege, was an Wetter und Ähnlichem schon die letzten zwei Wochen hier bei mir passiert ist, ist das für Sie auch ein Problem, dass es 15 Tage sind? Oder sind Sie froh, dass es 15 Tage sind? Wir haben natürlich vollkommen recht. Wenn man so ein typisches Nachverfolgen von dem Hitzesommer in diesem Jahr denkt, dann reichen 15 Tage nicht. Dann würden Sie hoffen, dass der Satellit wirklich jeden Tag oder mindestens jeden zweiten Tag zurückkommt. Das ist auch unsere Vision für zukünftige Satellitenmissionen. Wenn wir aus der Wissenschaft sagen, das ist wirklich ein Mehrwert, dann werden wir natürlich versuchen, Satelliten zur Verfügung zu stellen, die häufiger und auch mit einer höheren räumlichen Auflösung zurückkommen. Das ist aber noch ein bisschen Zukunftsmusik.
Bis dahin sind wir eigentlich relativ glücklich mit der Auswahl von FLEX, weil wir haben wirklich den großen Vorteil, dass wir alle Ökosysteme weltweit beobachten. Also es ist nicht nur ein Blick auf Deutschland, sondern wir sehen wirklich die Auswirkungen des weltweiten Klimawandels auf unsere Vegetation global. Und dann sind wir natürlich als Wissenschaftler immer kreativ und überlegen uns, wie kriegt man dann solche Lücken gestopft. Und wir sind momentan schon dabei, bestehende Satelliten umzuprogrammieren beziehungsweise mit bodengestützten Stationen zu arbeiten. Und dann in diesen Pausen, wo FLEX keine Daten zur Verfügung stellt, trotzdem Daten von anderen Satelliten und von Bodenstationen zur Verfügung zu stellen, um genau diese Lücke zu stopfen, die Sie gerade richtigerweise erwähnt haben.
Langfristige Motivation
Kommen wir von 15 Tage Lücke zu 25 Jahre Lücke. Vom ersten Konzept bis zum Start der Rakete beziehungsweise des Satelliten sind über 25 Jahre vergangen. Die Idee ist also ungefähr so alt wie wir beide aussehen. Sie sind seit 20 Jahren federführend wissenschaftlich hinter der FLEX-Mission her. Wie behält man eigentlich so lange die Motivation, so eine Mission auch durchzuziehen? Zurückblickend, wo ich festgestellt habe, dass es jetzt wirklich schon über 20 Jahre sind, habe ich mich das auch gefragt. Aber die spannende Sache ist, ich bin Wissenschaftler geworden, weil mich der Prozess des Wissenschaffens, was ja der Name schon sagt, einfach wirklich fasziniert.
Und mit der Idee – und am Anfang war es ja eine Idee, einen Satelliten zu bauen, der global die Fluoreszenz und die Vitalität der Vegetation aufnimmt – das war damals noch ein Traum, eine Vision. Und als wir aber gemerkt haben, dass aus diesem Traum Realität werden kann, wo wir das Feedback bekommen haben von den Ingenieuren, dass es technisch möglich ist, und auch in der Diskussion mit unseren Fachkollegen gemerkt haben, dass, wenn man sowas messen kann, das wäre ja wirklich cool, weil dann könnte man das und das wird sich erklären, erkennen, verstehen. Das war eine Motivation, die über Jahre hinweg mich wirklich getragen hat.
Und damit sage ich auch immer: Es ist nicht meine Mission. Ich habe mit vielen Kollegen eine Idee gehabt, die wir in mühevoller Kleinarbeit in vielen Diskussionen dann zur Realität gebracht haben. Das war teilweise ein mühsames Geschäft. Hinter jeder kleinen Spezifikation stehen lange Diskussionen mit Kollegen für das Für und Wider. Aber zu merken, dass viele Wissenschaftler und insbesondere auch junge Doktoranden, junge Wissenschaftler die Idee toll fanden und damit weiterarbeiten wollen, und damit eine Vision hatten, wie wir die Dynamik unserer globalen Vegetation wirklich besser verstehen können, das war für mich ausreichend mit der Motivation. Und über 20 Jahre immer am Ball zu bleiben, hat immer Spaß gemacht.
Der Raketenstart
Wie haben Sie eigentlich den Start der Rakete erlebt? Also ich kann mir vorstellen, dass man dann gebannt vor dem Bildschirm sitzt oder diesen Countdown hört, den man vielleicht aus Filmen kennt. Und wie erleichtert waren Sie, als FLEX dann in seiner Umlaufbahn war? Ich war unglaublich erleichtert, dass ich erst die Tage später gemerkt habe, was für ein Höhepunkt nach so langer Arbeit und so langer Zeit es wirklich war. Ich hatte zusätzlich das Privileg, dass ich den Raketenstart nicht nur am Bildschirm miterlebt habe, sondern ich war in Französisch-Guayana im Kontrollzentrum, wo die Rakete wirklich gestartet ist. Das heißt, vielen Dank auch noch mal an die Europäische Raumfahrtsorganisation, dass sie das möglich gemacht hat.
Und das Spannende war eigentlich, dass in den letzten Jahren viele von den Arbeiten dann gar nicht mehr in den Händen der Wissenschaftler lagen, sondern in den Händen der Ingenieure. Unsere Ideen, unsere Konzepte waren fertig diskutiert. In den letzten zwei Jahren war das dann wirklich Ingenieurskunst, diesen Satelliten zu bauen, zu testen, auf eine Rakete zu packen und in Französisch-Guayana dann in der Umlaufbahn zu schießen. Und das Faszinierendste für mich war nicht nur persönlich zu sehen, dass meine Idee wirklich Realität werden kann, sondern auch zu sehen, dass es wahrscheinlich zwischen 50 und 100 Ingenieuren waren, die am Endeffekt daran beteiligt waren, so einen Satelliten zu realisieren.
Mitzuverleben und Teil zu sein, dass Wissenschaftler und Ingenieure sich stark mit diesem System identifizieren und am Schluss sehen, dass nur dadurch, dass man gemeinsam daran gearbeitet hat, jeder seinen Beitrag geleistet hat, dass es im Endeffekt dann zum Erfolg kam. Und so ein Raketenstart ist wirklich so ein Moment, wo es dann darauf ankommt: Man geht das Ding hoch und kommuniziert, dass der Satellit dann wirklich erfolgreich im Weltall ist. Und zu sehen, dass alle gemerkt haben, ich habe meinen Teil dazu beigetragen, ich habe mein Bestes gegeben. Es war anstrengend, es war herausfordernd, aber gemeinsam haben wir das geschafft, was so ein bisschen die Grenze zum Science-Fiction kratzt und zu vielleicht eines der besten optischen Geräte gebaut haben, die die Menschheit halt momentan so bauen kann.
Zukunft der Zusammenarbeit
Zum Abschluss habe ich noch eine Frage: Was wünschen Sie sich denn persönlich für die Zusammenarbeit zwischen der internationalen Raumfahrt und der Pflanzenforschung am Boden? Wir haben die FLEX-Mission gestartet von Anfang an mit einer globalen Mission und haben auch von Anfang an gesagt, die Daten wollen wir global der ganzen wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung stellen. Und wir haben auch bis heute es geschafft, dass wir wirklich international über die verschiedenen Kontinente, über die verschiedenen Disziplinen zusammenarbeiten und alle Leute und alle Beteiligten auch ihre Bodenmessungen zur Verfügung stellen.
Weil nur dann kann so eine Mission wirklich zum vollen Erfolg werden, dass man die globalen Daten verbindet mit dem lokalen Wissen, dem individuellen Wissen von den Leuten, die ihre Pflanzen vor Ort kennen. Was ich mir wünsche, ist, dass wirklich diese Idee des globalen Zusammenarbeitens zur Beherrschung unserer globalen Klimakrise, dass diese Idee, diese Vision wirklich anhält. Dass wir zukünftig auch nach wie vor die Daten gemeinsam teilen, die Daten gemeinsam nutzen und uns gemeinsam Gedanken machen, wie wir in der Zukunft unsere Erde so managen, dass es nachhaltig ist.
Das sagt Professor Dr. Rascher, Direktor des Instituts für Pflanzenwissenschaften am Forschungszentrum Jülich und Leiter des Deutschen FLEX-Projektbüros. Herr Rascher, vielen Dank für das spannende Gespräch und Ihre Zeit. Vielen Dank für das Interview.
Das war es mit dem Forschungsquartett für diese Woche. Immer donnerstags erscheint eine neue Episode. Wir freuen uns, wenn ihr wieder reinhört und sind richtig glücklich, wenn ihr einem wissenschaftsbegeisterten Menschen vom Podcast erzählt. Mein Name ist Wieland Mikulajczyk. Vielen Dank fürs Zuhören. Bleibt neugierig und bis zum nächsten Mal. Das Forschungsquartett – Wissenschaft bei detektor.fm in Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich.
Foto: privat