Man kennt die Aufnahmen: Satelliten fotografieren nachts die Erde und zeigen so unter anderem auf, wo die Lichtverschmutzung auf dem Globus am größten ist. Politikwissenschaftler der Universität Konstanz nutzen solche Satellitenbilder inzwischen, um daraus auch Prognosen über die Verteilung von Wohlstand insbesondere in Entwicklungsländern abzuleiten – heruntergebrochen bis auf kleine geografische Einheiten wie zum Beispiel Dörfer oder einzelne Ansiedlungen.

Dazu bedienen sich die Wissenschaftler aus zwei öffentlich zugänglichen Datenquellen: Zum einen nutzen sie Nachtlicht-Daten des „Defense Meteorological Satellite Program“ (DMSP), einem Wettersatellitenprogramm der US-Streitkräfte. Diese Datensätze umfassen jeweils einjährige Beobachtungszeiträume, was eventuelle Verfälschungen etwa durch Wolken oder Waldbrände weitgehend ausschließt. Verknüpft werden die Nachtlicht-Daten mit georeferenzierten Umfragen aus den sogenannten „Demographic and Health Surveys“ (DHS), die bislang für rund 100 Schwellen- und Entwicklungsländer erstellt wurden.

Das Ergebnis ist laut den Wissenschaftlern eindeutig: Mehr Licht korreliert mit mehr Wohlstand. Der Zusammenhang zwischen Wohlstand und Nachtlichtern sei in den meisten der untersuchten Länder „sehr stark“, erklärt Dr. Sebastian Schutte von der Uni Konstanz. „Wir können zum Beispiel mit sehr hoher Genauigkeit vorhersagen, in welcher Rangordnung befragte Haushalte zueinander stehen.“ Sei bekannt, wo in einem Land sich diese Haushalte befinden, lasse sich die Methode auch für Regionen außerhalb der untersuchten Stichprobe einsetzen.

Interessant sind die gewonnenen Informationen unter anderem für die Friedensforschung: Je genauer die Datenlage, erklärt die Uni Konstanz, desto präziser könne beispielsweise geschätzt werden, inwieweit Wohlstand und Wohlstandsunterschiede Konfliktrisiken beeinflussen, oder wie hoch der wirtschaftliche Schaden durch Gewalt in einer bestimmten Region ist. Die Ergebnisse der Wissenschaftler sind in einer Sonderausgabe des „Journal of Peace Research“ zum Thema „Prognose in der Friedensforschung“ erschienen. (pmz@ct.de)

Journal of Peace Research:ct.de/ywjb

Gleich mehrere Unternehmen wie Airbus, OneWeb, SpaceX und Google arbeiten derzeit daran, Hunderte von Kleinsatelliten in Serie zu konstruieren, die in den kommenden Jahren auf niedrigen Erdumlaufbahnen positioniert werden sollen, um den gesamten Globus mit schnellem Internet aus dem All zu versorgen. Andere Firmen konzentrieren sich auf den Bau sogenannter fliegender Höhenplattformen, die einige Etagen tiefer in der Stratosphäre unterwegs sind, die eines Tages aber ebenfalls einzelne Erdregionen mit Breitband-Internet versorgen sollen.

Bei diesen fliegenden Stratosphären-Plattformen handelt es sich in der Regel um Leichtbauflugzeuge, die mit Solarstrom betrieben werden, ein autonomes Steuerungssystem an Bord haben, Höhen von 20 bis 25 Kilometer erreichen und dort ihre Kreise ziehen. Mit dem Motorsegler Elektra-2 hat Anfang Mai jetzt das bislang größte solarelektrische Ultraleichtflugzeug seinen Erstflug erfolgreich absolviert, das künftig als eine solche fliegende Höhenplattform dienen soll. Elektra-2 weist eine Flügelspannweite von 25 Meter auf, hat ein Eigengewicht von 420 Kilogramm und soll später autonom bis zu 100 Kilogramm Nutzlast in über 20 Kilometer Höhe transportieren.

Gebaut wurde Elektra-2 von der bayerischen Firma Elektra-Solar, einer Ausgründung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das auch für die autonome Flugsteuerung des Motorseglers verantwortlich zeichnet. Firmenangaben zufolge werden zunächst jedoch Flüge mit einem Piloten an Bord und bis zu 50 Kilogramm Nutzlast anvisiert. Bei den Forschungsexperimenten wird der Pilot von der autonomen Steuerung unterstützt und soll die Mission nur noch überwachen. Die nächste Version der Elektra-2, die sich bereits im Aufbau befindet, soll dann ganz ohne Piloten längere Missionen in der Stratosphäre fliegen. (pmz@ct.de)

Physiker der Uni Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen photonischen Wellenleiter-Chip entwickelt, der die sogenannte Nanoskopie (eine sehr hoch auflösende Lichtmikroskopie) auch mit herkömmlichen Mikroskopen ermöglicht. Bei der Nanoskopie, für deren Erfindung der deutsche Biophysiker Stefan W. Hell im Jahr 2014 gemeinsam mit zwei US-Forschern den Chemie-Nobelpreis verliehen bekam, lassen sich die Positionen einzelner fluoreszierender Moleküle mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern bestimmen. Aus den Informationen können dann Bilder mit einer Auflösung von etwa 20 bis 30 Nanometern berechnet werden – zehn Mal schärfer als bei der herkömmlichen Lichtmikroskopie.

Beim neuen „Nanoskopie auf dem Chip“-Verfahren werden die Proben nicht auf einem durchsichtigen Objektträger platziert, sondern direkt auf dem optischen Chip, der mehrere Wellenleiter zur Fluoreszenz-Anregung der Moleküle enthält. Spezielle Interferenzmuster sorgen außerdem für Variationen bei den Fluoreszenzintensitäten. Das Signal wird senkrecht dazu mit einem Objektiv und einer Kamera erfasst. Die gewonnenen Daten lassen sich schließlich als super-aufgelöste Bilder rekonstruieren.

Während die etablierte Nanoskopie lediglich in der Lage sei, Bruchteile von Zellen bis hin zu wenigen Zellen simultan sichtbar zu machen, ließen sich mit den neuen photonischen Chips nun mehr als 50 Zellen super-aufgelöst in einer Aufnahme abbilden, erklärt die Universität Bielefeld. Ihre zum Patent angemeldete Technik haben die Wissenschaftler unter dem Titel „Chip-based wide field-of-view nanoscopy“ im Fachmagazin Nature Photonics veröffentlicht. (pmz@ct.de)

Fachartikel in Nature Photonics:ct.de/ywjb