Ground observations of a space laser for the assessment of its in-orbit
performance
Authors: The Pierre Auger Collaboration  , Halim A. Abdul , Abreu P. , Aglietta M. , Allekotte I. , Cheminant K. Almeida , Almela A. , Aloisio R. , Alvarez-Muñiz J. , Yebra J. Ammerman , Anastasi G.A. , Anchordoqui L. , Andrada B. , Andringa S. , Anukriti  , Apollonio L. , Aramo C. , Ferreira P.R. Araújo , Arnone E. , Velázquez J. C. Arteaga , Assis P. , Avila G. , Avocone E. , Badescu A.M. , Bakalova A. , Barbato F. , Mocellin A. Bartz , Bellido J.A. , Berat C. , Bertaina M.E. , Bhatta G. , Bianciotto M. , Biermann P.L. , Binet V. , Bismark K. , Bister T. , Biteau J. , Blazek J. , Bleve C. , Blümer J. , Boháčová M. , Boncioli D. , Bonifazi C. , Arbeletche L. Bonneau , Borodai N. , Brack J. , Orchera P.G. Brichetto , Briechle F.L. , Bueno A. , Buitink S. , Buscemi M. , Bwembya A. , Büsken M. , Caballero-Mora K.S. , Cabana-Freire S. , Caccianiga L. , Caruso R. , Castellina A. , Catalani F. , Cataldi G. , Cazon L. , Cerda M. , Cermenati A. , Chinellato J.A. , Chudoba J. , Chytka L. , Clay R.W. , Cerutti A.C. Cobos , Colalillo R. , Coleman A. , Coluccia M.R. , Conceição R. , Condorelli A. , Consolati G. , Conte M. , Convenga F. , dos Santos D. Correia , Costa P.J. , Covault C.E. , Cristinziani M. , Cruz Sanchez C.S. , Dasso S. , Daumiller K. , Dawson B.R. , de Almeida R.M. , de Jesús J. , de Jong S.J. , de Mello Neto J.R.T. , de Mitri I. , de Oliveira J. , de Oliveira Franco D. , de Palma F. , de Souza V. , de Souza de Errico B.P. , De Vito E. , Del Popolo A. , Deligny O. , Denner N. , Deval L. , di Matteo A. , Dobre M. , Dobrigkeit C. , D’Olivo J.C. , Mendes L.M. Domingues , Dorosti Q. , dos Anjos J.C. , dos Anjos R.C. , Ebr J. , Ellwanger F. , Emam M. , Engel R. , Epicoco I. , Erdmann M. , Etchegoyen A. , Evoli C. , Falcke H. , Farmer J. , Farrar G. , Fauth A.C. , Fazzini N. , Feldbusch F. , Fenu F. , Fernandes A. , Fick B. , Figueira J.M. , Filipčič A. , Fitoussi T. , Flaggs B. , Fodran T. , Fujii T. , Fuster A. , Galea C. , Galelli C. , Garca B. , Gaudu C. , Gemmeke H. , Gesualdi F. , Gherghel-Lascu A. , Ghia P.L. , Giaccari U. , Glombitza J. , Gobbi F. , Gollan F. , Golup G. , Gongora J.P. , González J.M. , González N. , Goos I. , Gorgi A. , Gottowik M. , Grubb T.D. , Guarino F. , Guedes G.P. , Guido E. , Berisso M. Gómez , Vitale P.F. Gómez , Góra D. , Gülzow L. , Hahn S. , Hamal P. , Hampel M.R. , Hansen P. , Harari D. , Harvey V.M. , Haungs A. , Hebbeker T. , Hojvat C. , Horvath P. , Hrabovský M. , Huege T. , Hörandel J.R. , Insolia A. , Isar P.G. , Janecek P. , Johnsen J.A. , Jurysek J. , Kampert K.H. , Keilhauer B. , Khakurdikar A. , Covilakam V.V. Kizakke , Klages H.O. , Kleifges M. , Knapp F. , Kunka N. , Köhler J. , Lago B.L. , Langner N. , de Oliveira M.A. Leigui , Lema-Capeans Y. , Letessier-Selvon A. , Lhenry-Yvon I. , Lopes L. , Lu L. , Luce Q. , Lundquist J.P. , Machado Payeras A. , Majercakova M. , Mandat D. , Manning B.C. , Mantsch P. , Marafico S. , Mariani F.M. , Mariazzi A.G. , Mariş I.C. , Marsella G. , Martello D. , Martinelli S. , Martins M.A. , Martínez Bravo O. , Mathes H.J. , Matthews J. , Matthiae G. , Mayotte E. , Mayotte S. , Mazur P.O. , Medina-Tanco G. , Meinert J. , Melo D. , Menshikov A. , Merx C. , Michal S. , Micheletti M.I. , Miramonti L. , Mollerach S. , Montanet F. , Morejon L. , Morello C. , Mulrey K. , Mussa R. , Namasaka W.M. , Negi S. , Nellen L. , Nguyen K. , Nicora G. , Niechciol M. , Nitz D. , Nosek D. , Novotny V. , Nožka L. , Nucita A. , Núñez L.A. , Oliveira C. , Palatka M. , Pallotta J. , Panja S. , Parente G. , Paulsen T. , Pawlowsky J. , Pech M. , Pelayo R. , Pereira L.A.S. , Martins E.E. Pereira , Armand J. Perez , Perrone L. , Petrera S. , Petrucci C. , Pierog T. , Pimenta M. , Platino M. , Pont B. , Pothast M. , Shahvar M. Pourmohammad , Privitera P. , Prouza M. , Puyleart A. , Pérez Bertolli C. , Pękala J. , Querchfeld S. , Rautenberg J. , Ravignani D. , Akim J.V. Reginatto , Reininghaus M. , Ridky J. , Riehn F. , Risse M. , Rizi V. , Carvalho W. Rodrigues de , Rodriguez E. , Rodriguez Rojo J. , Roncoroni M.J. , Rossoni S. , Roth M. , Roulet E. , Rovero A.C. , Ruehl P. , Saftoiu A. , Saharan M. , Salamida F. , Salazar H. , Salina G. , Sanabria Gomez J.D. , Santos E.M. , Santos E. , Sarazin F. , Sarmento R. , Sato R. , Savina P. , Scherini V. , Schieler H. , Schimassek M. , Schimp M. , Schmidt D. , Scholten O. , Schoorlemmer H. , Schovánek P. , Schröder F.G. , Schulte J. , Schulz T. , Schäfer C.M. , Sciutto S.J. , Scornavacche M. , Segreto A. , Sehgal S. , Shivashankara S.U. , Sigl G. , Silli G. , Sima O. , Simkova K. , Simon F. , Smau R. , Šmída R. , Sommers P. , Soriano J.F. , Squartini R. , Stadelmaier M. , Stanič S. , Stasielak J. , Stassi P. , Straub M. , Strähnz S. , Suomijärvi T. , Supanitsky A.D. , Svozilikova Z. , Szadkowski Z. , Sánchez F. , Tairli F. , Tapia A. , Taricco C. , Timmermans C. , Tkachenko O. , Tobiska P. , Todero Peixoto C.J. , Tomé B. , Torrès Z. , Travaini A. , Travnicek P. , Trimarelli C. , Tueros M. , Unger M. , Vaclavek L. , Vacula M. , Valdés Galicia J.F. , Valore L. , Varela E. , Veberič D. , Ventura C. , Vergara Quispe I.D. , Verzi V. , Vicha J. , Vink J. , Vlastimil J. , Vorobiov S. , Vásquez-Ramírez A. , Watanabe C. , Watson A.A. , Weindl A. , Wiencke L. , Wilczyński H. , Wittkowski D. , Wundheiler B. , Yue B. , Yushkov A. , Zapparrata O. , Zas E. , Zavrtanik D. , Zavrtanik M. , Lux Oliver , Krisch Isabell , Reitebuch Oliver , Huber Dorit , Wernham Denny , Parrinello Tommaso 
Published: December 2023

The wind mission Aeolus of the European Space Agency was a
groundbreaking achievement for Earth observation. Between 2018 and
2023, the space-borne lidar instrument ALADIN onboard the Aeolus
satellite measured atmospheric wind profiles with global coverage,
which contributed to improving the accuracy of numerical weather
prediction. The precision of the wind observations, however, declined
over the course of the mission due to a progressive loss of the
atmospheric backscatter signal. The analysis of the root cause was
supported by the Pierre Auger Observatory in Argentina whose
fluorescence detector registered the ultraviolet laser pulses emitted
from the instrument in space, thereby offering an estimation of the
laser energy at the exit of the instrument for several days in 2019,
2020, and 2021. The reconstruction of the laser beam not only allowed
for an independent assessment of the Aeolus performance, but also
helped to improve the accuracy in the determination of the laser
beam’s ground track on single pulse level. The results presented in
this paper set a precedent for the monitoring of space lasers by
ground-based telescopes and open new possibilities for the calibration
of cosmic-ray observatories.