Bezeichnung für den Formationsflug auf sonnensynchronem Orbit von einigen amerikanischen, einem französischen und einem japanischen Satelliten zur Erzielung von Synergieeffekten der dann nahezu gleichzeitigen Datenaufnahme mit. Die Zusammensetzung des A-Train variiert aus unterschiedlichen Gründen.
Die NASA und ihre internationalen Partner betreiben mehrere Erdbeobachtungssatelliten, die auf derselben (oder einer sehr ähnlichen) Umlaufbahn eng aufeinander folgen. Als besonderes Beispiel für eine koordinierte Gruppe von Satelliten befinden sie sich auf einer sonnensynchronen polaren Umlaufbahn und überqueren den Äquator in aufsteigender (nordwärts gerichteter) Richtung um etwa 13.30 Uhr Sonnenzeit, innerhalb von Sekunden bis Minuten nacheinander - daher der Name Nachmittagskonstellation (Afternoon Constellation).
Dies ermöglicht nahezu gleichzeitige Beobachtungen mit einer Vielzahl von Instrumenten, die synergetisch eingesetzt werden, um der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu helfen, unser Wissen über die Erdsystemwissenschaft zu erweitern und dieses Wissen zum Nutzen der Gesellschaft anzuwenden.
Die ursprüngliche Nachmittagskonstellation bestand aus einem einzigen Satz koordinierter Satelliten, der 2006 seine Arbeit aufnahm, als sich CloudSAT und CALIPSO im Orbit mit den Satelliten Aqua (2002 gestartet), Aura (2004) und PARASOL (2004) zusammenschlossen. Die Konstellation erhielt den Spitznamen "A-Train", weil die Satellitennamen, die mit einem "A" beginnen, die damalige Konstellation führten und verfolgten. Der Zug wurde später durch die Aufnahme von GCOM-W1 (2012) und OCO-2 (2014) erweitert. Am 16. November 2011 wurde PARASOL auf 9,5 km unter den A-Train abgesenkt, und am 18. Dezember 2013 stellte PARASOL den Betrieb ein und verließ den A-Train vollständig. Im Februar 2018 senkte CloudSat seine Umlaufbahn aus dem A-Train ab, nachdem technische Probleme die Manövrierfähigkeit des Satelliten möglicherweise beeinträchtigt hatten. Im September 2018 führte CALIPSO eine Reihe von Manövern durch, um in die Umlaufbahn von CloudSat einzufliegen.
Daher umfasst die internationale Nachmittagskonstellation nun, wie unten dargestellt, sowohl die A-Train-Satelliten (OCO-2, GCOM-W1, Aqua und Aura) als auch die C-Train-Satelliten ("C" für CALIPSO und CloudSat). Der C-Zug fliegt 16,5 km unter dem A-Train und folgt daher einer etwas anderen Bodenspur, obwohl er die Bodenspur des A-Train etwa alle 20 Tage schneidet, was eine regelmäßige Gleichzeitigkeit der Beobachtungen von A-Train und C-Train-Instrumenten ermöglicht. Beachten Sie, dass nicht alle Instrumente weiterhin funktionieren.
Mikrowellen (beobachtet von beiden AMSR-Instrumenten, AMSU-A, CPR, MLS) werden als rot-violette bis tiefviolette Farben dargestellt; Gelb steht für solare Wellenlängen (OMI, OCO-2); Grau steht für solare und infrarote Wellenlängen (MODIS, CERES); und Rot steht für andere infrarote Wellenlängen (IIR, AIRS, TES, HIRDLS).
Der Begriff A-Train ist einer alten Jazzmelodie von Billy Strayhorn entlehnt, die durch Duke Ellingtons Band bekannt wurde. Der Bezug ergibt sich dadurch, dass Aqua den "Zug" anführt und Aura den Schluss bildet. Eine zweite Deutung ergibt sich aus der Bezeichnung Afternoon Constellation.
Übersicht über die A-Train-Missionen (unterschiedliche Zugehörigkeit)
Ursprünglicher Führungssatellit innerhalb der Formation.
Auf Synergien angelegte Zusammenstellung der Sensoren zur Untersuchung des irdischen Klimas mit besonderer Beachtung des Wassers im System Erde/Atmosphäre in allen drei Zustandsformen.
Folgt Aqua im Abstand von 30 sec bis 2 min. Der Abstand zu Aqua und CALIPSO ist zur Erzielung der Synergieeffekte besonders wichtig.
Profilierendes Wolkenradar, das eine sehr genaue Untersuchung der Wolkendecke und eine bessere Abschätzung der Wolken hinsichtlich ihrer Rolle für das irdische Klima erlaubt.
Folgt CloudSat in nicht mehr als 15 Sekunden nach. Muss seine Position relativ zu Aqua halten um Synergieeffekte zu ermöglichen.
Beobachtungen des Lidar in Kombination mit passiven Bildaufnahmeverfahren werden das Verständnis für den Einfluss des Aerosols und der Wolkendecke für das irdische Klima verbessern. Insbesondere wird Aufschluss über die Interaktion der beiden Parameter erwartet.
Folgt auf CALIPSO nach ca. 1 min, er fliegt inzwischen etwas unterhalb des A-Train.
Messungen polarisierten Lichtes ermöglicht die genauere Bestimmung von Aerosol und Wolken in der irdischen Atmosphäre, insbesondere wird die Unterscheidung nach natürlichen und anthropogenen Aerosolen möglich.
Folgt auf Aqua nach ca. 15 min., überquert aber wg. eines unterschiedlichen Orbits den Äquator 8 min. nach Aqua, um Synergieeffekte mit Aqua nutzen zu können.
Ausgestattet mit auf Synergieffekte zielender Nutzlast, die auf die Erkundung der horizontalen und vertikalen Verteilung der wichtigsten atmosphärischen Schmutzstoffe und Treibhausgase, sowie deren zeitliche Veränderungen ausgerichtet ist.
Engl. Akronym für Advanced Along Track Scanning Radiometer; ein abbildendes multispektrales Strahlungsmessgerät auf dem seit 2012 inaktiven ENVISAT zur Präzisionsmessung der Temperaturen von Meeres-, Land- und Wolkenoberflächen, der Wolkenbedeckung, von Aerosol, des atmosphärischen Gehalts an gasförmigem und flüssigem Wasser sowie von Vegetation. Mit AATSR konnte beispielsweise die Meeresoberflächentemperatur mit einer Genauigkeit von 0,1 Grad gemessen werden. Mit Hilfe des AATSR wurde die Kontinuität der Daten von ATSR-1/2 gewährleistet. Es sicherte so einen einmaligen Datenbestand der Oberflächentemperatur des Meeres über einen Zeitraum von mehr als zehn Jahren.
Die Meeresoberflächentemperatur (SST) gilt als eine der stabilsten geographischen Schlüsselvariablen, die den Zustand des atmosphärischen Systems der Erde kennzeichnen, wenn sie auf globaler Ebene bestimmt werden. Die exakte Ermittlung geringfügiger Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur liefert einen Hinweis auf recht bedeutende Änderungen des Wärmeaustauschs zwischen Ozean und Atmosphäre. Dies gilt besonders für die Tropen.
Die folgende Grafik gibt die Grundtemperatur der mediterranen Meeresoberfläche wider. Die Grundtemperatur SST (foundation SST, kurz SSTfnd) ist die von tageszeitlichen Temperaturschwankungen freie Temperatur, d.h. SSTfnd ist definiert als die Temperatur zur ersten Tageszeit, wenn der Wärmegewinn durch die Absorption der Sonnenstrahlung den Wärmeverlust an der Meeresoberfläche übersteigt.
Unter Verwendung von Daten des ENVISAT-Instruments Advanced Along Track Scanning Radiometer (AATSR) und von anderen Instrumenten lieferte die ESA tagesaktuelle Karten der Meeresoberflächentemperaturen der europäischen Meere als Teil des Medspiration-Projekts der europäischen Raumfahrtagentur. Die Aufgabenstruktur ist inzwischen geändert.
Grundtemperatur der Meeresoberfläche, aufgenommen 2006 Quelle: ESA
Für die Messung von Landflächen und Wolken wird im sichtbaren Bereich zusätzlich ein FPA, eine spezielle Anordnung von Strahlungssensoren, eingesetzt. Dieser liefert Hinweise auf
Aus diesen Parametern lassen sich anhand von bekannten Verhältnissen, die unter Berücksichtigung der zusätzlichen Informationen durch den AATSR-Modus mit zwei Blickwinkeln abgeändert wurden, globale Vegetationsindizes ableiten. Die sichtbaren Kanäle dienen auch zur Bestimmung von Wolkenparametern wie etwa der Unterscheidung zwischen Wasser und Eis sowie der Verteilung der Partikelgröße.
Das Prinzip, Verzerrungen durch atmosphärische Einwirkungen bei der Messung der Wasseroberflächentemperatur zu kompensieren, indem das Meer aus zwei Blickwinkeln betrachtet wird, ist die Grundlage der Familie der (A)ATSR-Instrumente. AATSR tastete in Flugrichtung einen 500 Kilometer breiten Streifen senkrecht unter dem Satelliten mit einer geometrischen Auflösung von 1 × 1 Kilometer ab.
Auftraggeber für dieses Instrument, das unter Leitung von Astrium (heute: Airbus Defence and Space) gebaut wurde, war das British National Space Centre (BNSC).
Engl. imaging spectrometer, franz. spectromètre imageant; Klasse abbildender Sensoren zur Erfassung der örtlichen und spektralen Verteilung der elektromagnetischen Strahlung. Sie können in bis zu weit über hundert verschiedenen Spektralbändern gleichzeitig aufnehmen. Ein abbildendes Spektrometer verbindet die Aufnahme von Bilddaten mit der Messung der spektralen Zusammensetzung der Strahlung.
Abbildende Spektrometer arbeiten ohne mechanische Scaneinheit. Statt dessen wird auf einem zweidimensionalen Detektorarray (meist CCD) die Rauminformation in Cross-Track-Richtung auf einer Dimension des Arrays und die spektrale Information auf der zweiten Dimension des Arrays abgebildet; die Rauminformation in Flugrichtung entsteht durch die Bewegung des Satelliten.
Lange Zeit wurden die meisten abbildenden Spektrometer von Flugzeugen aus eingesetzt (CASI, HyMap, etc.). Pionier im All war der seit 1996 betriebene Modulare Optoelektronische Scanner (MOS) des DLR. Es folgten SeaWIFS, MODIS (beides eigentlich Radiometer mit mechanischem Scanspiegel, im Amerikanischen aber meist als 'imaging spectrometer' bezeichnet) und MERIS auf ENVISAT.
Die Fernerkundung erfährt derzeit einen enormen Aufwind durch technische Innovationen im Bereich der hyperspektralen Sensorik für Anwendungen in der abbildenden Spektroskopie. Hierzu zählen: Abbildende Spektroskopie in Echtzeit für den sichtbaren (VIS: 0,35 µm – 0,7 µm), den nah-infraroten (NIR: 0,7 µm – 1,1 µm), den kurzwellig-infraroten (SWIR: 1,1 µm – 2,5 µm) und den thermal-infraroten (TIR: 3 µm – 15 µm) Wellenlängenbereich sowie innovative Entwicklungen bei hyperspektralen Videokameras und UAV-basierten (Fernerkundung mittels Drohnen) Hyperspektralkameras. Außerdem kommen derzeit hochpräzise, tragbare und batteriebetriebene und somit mobil einsetzbare hyperspektrale Spektrometer für den VIS, NIR, SWIR und TIR auf den Markt (Mobile Mapping).
Primäre Einsatzmöglichkeiten sind dabei Forschung und Entwicklung für Geo-, Hydro- und Biowissenschaften mit steigenden Anforderungen und Interessen in der Landwirtschaft (Precision Farming / Precision Agriculture).
Engl. imaging laser scanner, franz. enregistreur aérien des profiles; mit Laserstrahlen arbeitender aktiver Sensor, der über die Erfassung der dreidimensionalen Position (Koordinaten) als Höhenmessgerät (Altimeter) dient und gleichzeitig durch die Erfassung des reflektierten Signals ein Geländebild (3D-Information) der überflogenen Oberfläche erzeugt.
Die Aufnahme der Intensitätswerte des von den aufgenommenen Oberflächen reflektierten Laserlichtes erfolgt bei heutigen Lasermessystemen in 16-bit-Graustufen. Im Ergebnis erhält man ein Abbild der Oberflächen ähnlich dem eines Schwarzweißfotos.
Neben der Laseraltimetrie existieren zwei weitere Verfahren, dreidimensionale topographische Daten zu gewinnen: Stereophotogrammetrie und Radar-Interferometrie mit SAR (Radar mit Synthetischer Apertur).
Engl. image formation, franz. formation d'image; Erzeugung eines Bildes durch ein optisches System, bei der ein von einem Objektpunkt kommendes Strahlenbündel oder Wellenfeld infolge von Brechung und/oder Reflexion und/oder Beugung mehr oder weniger genau im zugehörigen Bildpunkt vereinigt wird.
Unerwünschter Störeffekt bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen. Abschattung entsteht durch Hindernisse im Freien (Berge, Gebäude, Wände, Bauwerke aller Art), die die freie Ausbreitung und den Empfang auf direktem Weg, insbesondere hochfrequenter Wellen, verhindern. Dies führt zu variierenden Signalpegeln über eine bestimmte Entfernung im Bereich des Schattens.
Engl. (atmospheric) absorption, franz. absorption; in der Physik die Abschwächung einer Teilchen- oder Wellenstrahlung beim Eindringen in Materie. Bei dieser Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie werden Photonen von Molekülen, Atomhüllen oder Kernen abgefangen. Die Energie der absorbierten Strahlung wird dabei in andere Formen, z.B. in Wärme, umgewandelt. Bei der Absorption von Licht gehen die Moleküle der durchstrahlten Materie zum Teil in angeregte Energiezustände über. Dabei werden, abhängig vom Material, stets nur bestimmte Wellenlängen absorbiert.
DIN 18716 formuliert: Die "Umwandlung von Strahlungsenergie in eine andere Energieform bei Wechselwirkung mit Materie" und macht die Anmerkung: "Aus Energieerhaltungsgründen ist Reflexionsgrad, Transmissionsgrad und Absorptionsgrad zusammen 1,0".
Flüssigkeiten und Festkörper absorbieren die Strahlung in großen Wellenlängenbereichen. Gase können im Gegensatz dazu nur in bestimmten, charakteristischen Wellenlängen absorbieren (Absorptionslinien und Absorptionsbanden).
Das absorbierende Medium kann seinerseits Strahlung aussenden, aber erst nachdem eine Energieumwandlung stattgefunden hat und meist in einer anderen Richtung. Durch diesen Prozess verliert die Strahlung an Intensität.
Absorption geschieht zum Beispiel in der Erdatmosphäre (atmosphärische Extinktion), in Hüllen um Sterne (bei Protosternen und bestimmten Typen von entwickelten Sternen mit starker Staubproduktion) und durch Gas- und Molekülwolken im interstellaren (interstellare Extinktion) oder intergalaktischen Raum (Entstehung des Lyman-Alpha Waldes). Auch kältere, äussere Schichten von Sternen, insbesondere der Sonne absorbieren Photonen aus tieferen und heisseren Schichten, wodurch das charakteristische stellare Absorbtionslinienspektrum entsteht.
In der Fernerkundung bezieht sich der Begriff Absorption auf das Aufnehmen von elektromagnetischer Energie durch Material der Atmosphäre oder der Oberfläche. Die atmosphärischen Gase absorbieren selektiv in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Wegen der Absorption erreicht Strahlung die Erdoberfläche nicht oder nur in erheblich reduziertem Maße. Die Spektralbereiche, die ungehindert die Atmosphäre durchdringen, werden atmosphärische Fenster genannt. Diese Wellenlängenbereiche werden in der Fernerkundung verwendet.
Die Absorption wirkt als Störgröße. Allerdings sind bei der Auswertung von Fernerkundungsdaten für atmosphärische Fragen gerade diese Absorptionsprozesse entscheidend.
Grafik zur atmosphärische Absorption der einfallenden kurzwelligen und der ausgehenden langwelligen Strahlung
Weiße Flächen kennzeichnen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums, die von der Atmosphäre nicht beeinflusst werden (geringe Absorption) und in denen die Sonnenstrahlung die Erdoberfläche erreichen und die terrestrische Strahlung in den Weltraum entweichen kann.
Beachten Sie, dass das sichtbare Lichtspektrum und das infrarote atmosphärische Fenster in dieser Hinsicht hervorstechen. Beachten Sie auch die herausragende Rolle, die Wasserdampf bei der Absorption der langwelligen Strahlung der Erde spielt.
Atmosphärische Absorption der einfallenden kurzwelligen (links) und der ausgehenden langwelligen (rechts) Strahlung
Gesamte atmosphärische Absorption in der untersten Zeile angegeben
Der Strahlungsumsatz an der Erdoberfläche ist ebenfalls gekennzeichnet durch spezifische, stofflich bestimmte Absorptionsprozesse, die z.T. durch sehr schmalbandige Absorptionsbanden bestimmt sein können. Die Variation der Absorptionszusammenhänge/-muster hilft, zwischen verschiedenen Materialien zu unterscheiden.
Spezielle Wellenlängenbereiche des elektromagnetischen Spektrums, in denen die Strahlungsenergie, z. B. der Sonne, durch spezifische stofflich-substantielle Eigenschaften von in der Atmosphäre enthaltenen Gasen wie Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Ozon, Methan u. w. selektiv absorbiert wird. Im Bereich dieser Wellenlängenintervalle ist daher die Atmosphäre für Strahlung gar nicht oder nur schwach durchlässig. Das ursprünglich kontinuierliche Spektrum der Strahlungsquelle kommt beim Empfänger nun mit dunklen Lücken, den so genannten Absorptionsbanden an. Außerhalb der Absorptionsbanden kann die solare und die terrestrische Strahlung im Bereich der atmosphärischen Fenster fast ungehindert die Erdatmosphäre passieren.
Die folgende Abbildung zeigt die Absorptionsbanden in der Erdatmosphäre (mittleres Feld) und die Auswirkungen, die dies auf die Sonnenstrahlung und die aufsteigende Wärmestrahlung (oberes Feld) hat. Die einzelnen Absorptionsspektren der wichtigsten Treibhausgase sowie die Rayleigh-Streuung sind im unteren Feld dargestellt.
Absorptionsbanden in der Erdatmosphäre, entstanden durch Treibhausgase Quelle: Wikipedia (engl.)
Wichtige Absorptionsbanden in der Atmosphäre sind vor allem die 6,3 µm-Wasserdampfbande, die 15 µm- und 4,3 µm-Kohlendioxidbanden sowie die 9,6 µm-Ozonbande, welche in Infrarotspektren deutlich hervortreten (Strahlungsabsorption). Die Absorptionsbanden anderer Spurengase sind in der Atmosphäre deutlich schwächer wegen deren geringerer Konzentration (z.B. Methan, Distickstoffoxid). Da die Linien in Absorptionsbanden relativ nahe beieinander liegen, können diese in Spektren nur bei entsprechend hoher spektraler Auflösung getrennt werden.
Eine besondere Bedeutung haben die Absorptionsbanden für die Meteorologie und die Luftchemie. Die Atmosphäre der Erde, die Luft, ist ein Gasgemisch, in dem Substanzen mit den verschiedensten Absorptionseigenschaften vorkommen, weshalb die von der Sonne ausgesandte Strahlung an der Erdoberfläche nicht vollständig ankommt, sondern immer nur bestimmte Wellenlängenintervalle, die nicht auf ihrem Weg durch die Atmosphäre von den verschiedenen Gasmolekülen der Luft absorbiert worden sind. Für diese Wellenlängenbereiche ist die Atmosphäre also durchlässig, weshalb man hier auch von einem so genannten "Atmosphärischen Fenster" spricht.
Insbesondere für die Detektierung von Gesteinen und Mineralen eignen sich sehr schmalbandige Absorptionsbanden im Bereich des SWIR. Neben den Anwendungen in der Geologie ist vor allem die Absorption von Chlorophyll hervorzuheben.
Engl. absorptance oder absorption factor, franz. facteur/degré d‘absorption; wellenlängenabhängiges Verhältnis des von einem Medium absorbierten zum einfallenden Strahlungsfluss. Im Speziellen ist damit das wellenlängenabhängige Verhältnis des von einer Oberfläche absorbierten Strahlungsflusses zu dem eines Schwarzen Körpers mit derselben Temperatur gemeint. DIN 18716 definiert den Begriff: Das "Verhältnis der absorbierten Strahlungsleistung zur auffallenden Strahlungsleistung".
Häufig syn. zu Absorptionskonstante verwendet; dimensionslose Größe für das Absorptionsvermögen eines Mediums. Je grösser der Absorptionskoeffizient, desto effektiver wird Strahlung vom Medium aufgenommen. Der Absorptionskoeffizient hängt stark von physikalischen Grössen wie der Wellenlänge der Strahlung, Temperatur, Dichte, Aggregatzustand des Mediums usw. ab.
Engl. absorbance, franz. pouvoir d'absorption oder absorptivité; Anteil der Strahlungsenergie, den Materie aus der auf sie treffenden Strahlung aufnimmt. Das Absorptionsvermögen ist abhängig von der Beschaffenheit (Farbe, Material, Oberfläche etc.) des Stoffes und der Wellenlänge der auftreffenden Strahlung.
Engl. scanning radiometer; franz. radiomètre à balayage/à scannage; Instrument zur Bilderzeugung durch Abtastung des Geländes mit Hilfe mechanischer Rotation eines Reflektors quer zur Flugrichtung oder auf elektronische Weise. Durch die Fortbewegung der Plattform wird eine streifenweise Erfassung des Geländes erreicht.
Engl. Akronym für Accelerometer; Nutzlast auf Champ und auf der SWARM-Mission. Dieser hochauflösende Beschleunigungsmesser misst alle nicht durch das Schwerefeld der Erde verursachten Kräfte (Beschleunigungen), hauptsächlich Atmosphärenreibung und Strahlungsdruck der Sonne. Sie gelten als Störkräfte bei der Messung des Gravitationsfeldes der Erde.
Engl. Akronym für Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor III Satellite; 1999 gestarteter Satellit der NASA zur Untersuchung der Sonnenstrahlung (Gesamtstrahlung und Solarkonstante) mit Hilfe des Instruments ACRIM III. ACRIMSAT befindet sich auf einer 716 km hohen, sonnensynchronen Umlaufbahn mit einer Neigung von 98,13°. Diese Art der Erdumlaufbahn hat den Vorteil, dass der Satellit nie in den Erdschatten eintritt und so rund um die Uhr die Sonne beobachten kann.
ACRIMSat ist Teil des Earth Observing System (EOS), einem ca. 20 Missionen umfassenden, längerfristigen Forschungsprogramm der NASA.
NASA-Forschungssatellit ACRIMSAT (1999-2014) Quelle: NASA
Von der Sonne, dem Zentrum unseres Sonnensystems, geht die Energie aus, die auf der Erde Winde entstehen lässt, für Strömungen in den Meeren sorgt, das Land erwärmt und somit für das globale Wetter verantwortlich ist. Wissenschaftler, die sich mit globalen Klimaveränderungen beschäftigen, sind der Auffassung, dass nur kleine Schwankungen während einiger Jahrzehnte in der Energieabstrahlung der Sonne, auch Total Solar Irradiance (TSI) genannt, eine Rolle in Klimawechseln spielten könnten. Durch das Messen dieser gesamten Menge an Energie, die von der Sonne her die Erde erreicht und in die Erdatmosphäre eintritt, sollen bessere Modelle des Klimasystems unserer Erde möglich werden. Um Klimamodelle entwickeln zu können, werden Messdaten zweier verschiedener Messungen benötigt:
Die Gesamtmenge an Sonnenenergie, die die Erde erreicht; bestehend aus dem sichtbaren Licht (ca. 85 %), Ultraviolett- (etwa 10 %) und Nahinfrarot-Wellenlängen (etwa 5 %)
Die Menge an Energie, welche von der Erde zurück ins All reflektiert wird und somit nicht Teil vom Energiesystem der Erde wird
Die erste Messung wird vom Instrument ACRIM-III an Bord von ACRIMSat durchgeführt, während für die zweite Messung andere Satelliten der NASA zuständig sind. Die Differenz zwischen der Energie, welche die Erde erreicht und jener, die wieder in den Weltraum reflektiert wird, resultiert in der Energiemenge, welche auf der Erde für die Prozesse in der Umwelt verantwortlich ist. Kombiniert mit Messungen der Ozeanströmungen, der Winde und Oberflächentemperaturen können Klimamodelle erstellt werden, die Aussagen über die Zukunft des irdischen Klimas machen können.Daten von ACRIMSAT werden korreliert mit Daten zur globalen Erwärmung, mit Daten zum Schrumpfen der polaren Eisbedeckungen sowie mit Daten zum Rückgang der Ozonschicht.
Die folgende Grafik enthält eine Reihe von ACRIM-Kompositdaten der Energieabstrahlung der Sonne (TSI). Die roten Punkte sind 6-Monats-Mittelwerte während aufeinanderfolgender Sonnenminima. Der Aufwärtstrend während der Sonnenzyklen 21-23 fällt mit dem anhaltenden Anstieg der globalen mittleren Temperaturanomalie in den letzten beiden Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts zusammen.
Der Abwärtstrend während der Sonnenzyklen 23-24 fällt mit einem Abkühlungstrend der globalen mittleren Temperaturanomalie während des 21. Jahrhunderts zusammen (UAH GMTA). Die Verfolgung der globalen mittleren Temperaturanomalie und der TSI ist ein wichtiges Ergebnis für das Verständnis des relativen Beitrags der solaren Einstrahlung und anderer Klimaantriebe.
Seit 2013 liefert AcrimSat keine Daten mehr, vermutlich aufgrund erschöpfter Batterien. Nach mehreren Kontaktversuchen wurde die Mission 2014 als beendet erklärt. Der Satellit wird noch ca. 64 Jahre auf einer Umlaufbahn bleiben.
Syn. Cross-Track Scanning, Whiskbroom Scanning; Fernerkundungssystem, das ein zweidimensionales Image des darunterliegenden Bodens aufbaut, indem von einer Seite zur anderen und in einer Richtung im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Flugzeugs oder des Satelliten gescannt wird. Die gescannten Querstreifen werden in eine Abfolge von räumlichen Elementen (ground resolution cell) untergliedert, welche durch ihre Größe die räumliche Auflösung eines Bildes repräsentieren. Die von jedem Element ausgehende elektromagnetische Strahlung wird nacheinander entlang des Querstreifens aufgenommen.
Dies wird erreicht durch die Verwendung eines oszillierenden Spiegels, der die elektromagnetische Strahlung auf die Sensorgeräte richtet. Jedem Element ist im Sensor ein mikroelektronischer Detektor zugeordnet, der die Messung als Einzelwert für einen Bildpunkt ausdrückt. Der Thematic Mapper Sensor an Bord der Landsat-Satellitengruppe (bis Landsat-7) verwendet diese Scanningmethode.
Across-Track Scanner Quelle: Researchgate (Modified from Canadian Centre for Remote sensing)
Rot, Grün und Blau (RGB) werden additive Farben genannt, da Weiß erzeugt wird, wenn alle drei Farben kombiniert werden. Wird farbiges Licht zusammengeführt, so erscheint das Ergebnis immer heller. Additive Farben werden beispielsweise für Monitore und Scanner benutzt.
Jede additive Farbe hat eine gewisse Anzahl von Farbpartikeln aus Rot, Grün und Blau. Die Zusammensetzung der verschiendenen Grundfarben erzeugt dann die additive Farbe. Die Farbtöne werden durch Zahlen zwischen 0 (00) und 255 (FF) bestimmt.
Java verwendet die Dezimaldarstellung. HTML Farben setzen sich aus den umgewandelten Zahlen des Hexadezimalcodes (00) bis (FF) zusammen. Da alle drei Grundfarben enthalten sind, benötigt man 6 Hexadezimalwerte. (vgl. Grafik unten)
Engl. additive colour mixing, franz. synthèse additive des couleurs; ein optisches Modell (Lichtfarben), bei dem durch das Hinzufügen neuer Spektralbereiche Mischfarben entstehen, wodurch man die Strahlungssumme der einzelnen Primärfarben erhält. Durch additive Farbmischung kann die Veränderungen zwischen zwei Satellitenbildaufnahmen des gleichen Raumes, z.B. vom SatellitenLANDSAT, veranschaulicht werden.
Zunächst wird mittels einer Hauptkomponentenanalyse aus dem mehrkanaligen LANDSAT-Bild ein Grauwertbild berechnet, welches den maximalen Informationsgehalt aus allen sieben LANDSAT-Kanälen bündelt. Den beiden Grauwertbildern der entsprechenden Aufnahmezeitpunkte wird dann ein Farbkanal der drei Grundfarben Rot, Grün oder Blau zugeordnet. Einer der drei Farbkanäle bleibt unbelegt. Haben keine Veränderungen zwischen den beiden Aufnahmezeitpunkten stattgefunden, sind die Intensitäten der Hauptkomponenten identisch. Nach den Gesetzen der additiven Farbmischung entstehen aus den beiden Grundfarben hellere Mischfarben. So wird beispielsweise aus Grün und Rot Gelb. Alle gelben Flächen können somit mit keinen bzw. geringen Veränderungen assoziiert werden, während sich Veränderungen in unterschiedlichen Intensitäten der Hauptkomponenten und der ihnen zugeordneten Farbkanäle darstellen werden. Siehe auch Subtraktive Farbmischung
Engl. Akronym für Advanced Earth Observing Satellite, syn. Midori-I; Erdbeobachtungssatellit der japanischen Weltraumbehörde NASDA, den eine Trägerrakete des Typs H-II am 17. August 1996 vom Tanegashima Space Center aus auf eine etwa 800 km hohe sonnensynchrone Umlaufbahn brachte. Die Startmasse betrug 3,56 Tonnen, die elektrische Leistung seiner Sonnenpaneele 5 Kilowatt.
Die Mission endete bereits im Juli 1997, nachdem der Satellit einen strukturellen Schaden am Solarpanel-Array erlitten hatte. Sein Nachfolger, ADEOS-II, wurde 2002 gestartet. Wie die erste Mission endete auch sie nach weniger als einem Jahr - ebenfalls nach einer Fehlfunktion der Solarpanels.
ADEOS wurde entwickelt, um die Umweltveränderungen der Erde zu beobachten, wobei der Schwerpunkt auf der globalen Erwärmung, dem Abbau der Ozonschicht und der Entwaldung lag.
An Bord des Satelliten befanden sich acht Instrumente, die von NASDA, NASA und CNES entwickelt wurden. Der Ocean Color and Temperature Scanner (OCTS) ist ein von der NASDA entwickeltes Whiskbroom-Radiometer. Das Advanced Visible and Near Infrared Radiometer (AVNIR), ein optoelektronisches Abtast-Radiometer mit CCD-Detektoren, wurde ebenfalls von der NASDA hergestellt. Das NASA Scatterometer (NSCAT), das zusammen mit dem Jet Propulsion Laboratory entwickelt wurde, nutzte Fächerstrahl-Doppler-Signale, um Windgeschwindigkeiten über Gewässern zu messen. Das Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) wurde von CNES gebaut, um Veränderungen in der Ozonschicht der Erde zu untersuchen. Das POLDER-Gerät (Polarization and Directionality of the Earth's Reflectance) wurde ebenfalls von CNES entwickelt und wurde ebenfalls mit ADEOS II gestartet. Das Improved Limb Atmospheric Spectrometer (ILAS) wurde von der NASDA und der japanischen Umweltbehörde entwickelt und nutzte Rasterspektrometer zur Messung der Eigenschaften von Spurengase mittels Sonnenokkultation. Der Retroreflector in Space (RIS) und der Interferometric Monitor for Greenhouse Gases (IMG) wurden beide von Japan entwickelt und untersuchten atmosphärische Spurengase bzw. Treibhausgase (THG).
Engl. Akronym für Advanced Earth Observing Satellite, syn. Midori-II; japanischer Satellit mit 8 Sensoren zur Beobachtung von Ozeanfarben und Temperaturen, Ozon, Landoberfläche als Nachfolger der vorzeitig beendeten ADEOS-I-Mission.
Der Satellit wurde mit einer H-IIA-Rakete vom Tanegashima Raumfahrtzentrum in der Präfektur Kagoshima im Dezember 2002 in seine Umlaufbahn geschossen. Die Höhe des Perigäums beträgt 803 km, die des Apogäum 820 km, die Inklination 98,7°.
Die Mission stand unter der Leitung der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) - früher die National Space Development Agency (NASDA) von Japan - mit Beteiligung der USA (NASA) und des französischen Centre Nationale d'Etudes Spatiales (CNES).
Ein Sonnensturm im Oktober 2003 zerstörte die Sonnenkollektoren und mit ihnen den 630 Mio. $ teuren Satelliten.
ADEOS-II sollte Beiträge liefern zur Untersuchung
der Wasser- und Energiekreisläufe von Atmosphäre, Ozean und Land
Multispektralkamera mit sechzehn Kanälen (0,46 - 13,3 µm), die im Bereich des sichtbaren Lichts (3 Bänder), des nahen Infrarots (3 Bänder) und im Infrarotbereich (10 Bänder) Übersichts- und Detailaufnahmen liefert. Sie wird von Harris Space & Intelligence Systems (früher Exelis Geospatial Systems) gebaut und ist das wichtigste Instrument auf der amerikanischen Wettersatellitenserie GOES-R, um Bilddaten zum Wetter, Klima und zur Umwelt der Erde zu beschaffen.
ABI liefert dreimal mehr spektrale Informationen und eine bis zu vier Mal höhere Bodenauflösung (abhängig vom Spektralband) und eine über fünf Mal raschere Bildwiederholung. Meteorologen sind mit diesen hochaufgelösten Bildern in der Lage, Stürme schon in ihren frühen Entwicklungsstufen aufzuspüren. ABI verbessert jedes Produkt des vorherigen GOES-Imagers und führt eine Reihe neuer Produkte ein.
Die verschiedenen Kanäle (Wellenlängen) werden von Modellen und Analysetools verwendet, um verschiedene Elemente auf der Erdoberfläche oder in der Atmosphäre anzuzeigen, wie Bäume, Wasser, Wolken, Feuchtigkeit oder Rauch.
Satelliten sammeln mit Hilfe der Fernerkundung Informationen über die Erde. Die GOES-R-Satelliten sind mit einem Instrument namens Advanced Baseline Imager (ABI) ausgestattet, das Energie in verschiedenen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums misst. Jeder der 16 ABI-Kanäle misst die Menge der reflektierten oder emittierten Energie in einer bestimmten Wellenlänge des elektromagnetischen Spektrums, um Informationen über die Atmosphäre, das Land oder den Ozean der Erde zu erhalten. ABI sammelt diese Lichtteilchen und wandelt sie in ein digitales Signal um, das an Antennen am Boden übertragen wird. Die Informationen werden dann an Computer in einem Verarbeitungszentrum für Satellitendaten weitergeleitet. Diese Informationen werden im Binärcode übertragen, einer numerischen Sprache, die nur zwei Ziffern verwendet: 0 und 1, die in achtstelligen Zeichenketten angeordnet sind, die von der Computersoftware verstanden werden können. Computer übersetzen den Code in eine Sammlung von Pixeln, die ein Schwarz-Weiß-Bild ergeben. Dem vom Satelliten gesammelten Licht wird eine Farbe zugewiesen, je nachdem, welchen Teil des elektromagnetischen Spektrums die Daten repräsentieren. Kombinationen aus Rot, Grün und Blau ergeben eine Darstellung dessen, was das menschliche Auge aus dem Weltraum sehen würde.
Raumsonde der NASA, die im am 25. August 1997 gestartet wurde und insbesondere als Sonnenwinddetektor Echtzeitdaten über Vorgänge zwischen Sonne und Erde liefert. ACE wurde im Rahmen des Explorer-Programms realisiert und trägt daher auch den Namen Explorer 71.
Ziel der 752 kg schweren Sonde ist die Analyse von solaren, interplanetaren, interstellaren und kosmischen Partikeln an der Grenze des Erdschwerefeldes nahe dem Lagrange-Punkt L1. Sie wurde mit einer Delta II 7920-8 von Cape Canaveral aus gestartet und in einer Umlaufbahn um L1 positioniert, in der sie wahrscheinlich bis ca. 2024 arbeiten kann. Aufgrund dieser Position (L1-Orbitalpunkt) liefert die Sonde etwa eine Stunde, bevor eine Störung des interplanetaren Magnetfeldes IMF die Erde erreicht, relevante Daten über die zu erwartende Intensität der geomagnetischen Störung.
Trotz Störungen eines Instruments ist die Sonde weiterhin aktiv und befindet sich in einem allgemein guten Zustand (Dezember 2022). Sie hat wahrscheinlich bis 2024 genügend Treibstoff, um ihre Umlaufbahn zu halten. Seit 2015 umkreist der Nachfolger DSCOVR ebenfalls L1. Beide sollen vorläufig parallel in Betrieb bleiben.
Instrument an Bord des NASA-Satelliten Earth Observing-1 (EO-1). Es ist das erste Erdbeobachtungsinstrument, das im Rahmen des New Millennium Program (NMP) zum Einsatz kam. ALI setzt neuartige Weitwinkeloptiken ein und ein kombiniertes multipektral-panchromatisches Spektrometer. ALI wurde als Prototyp für die Landsat-Nachfolgemission konzipiert und befindet sich auf dem im Jahr 2000 gestarteten EO-1 im Formationsflug mit den Satelliten Landsat 7 und Terra.
Der Betrieb des Satelliten ist stark kundenorientiert. Interessenten vom Archäologen bis zu einer Katastrophenschutzorganisation können Bilder anfordern. Gelegentlich zählen auch andere Satelliten zu den "Kunden". Als Teil des SensorWeb nimmt EO-1 automatisch Bilder auf, wenn ein entsprechender Impuls von anderen Satelliten kommt. Beispielsweise überwacht EO-1 100 Vulkane. Wenn der MODIS-Sensor an Bord von Terra oder Aqua einen heißen Fleck in einem der Vulkane entdeckt, nimmt EO-1 beim nächsten Überflug automatisch ein Bild auf. ALI spürt die Aschewolken auf, wohingegen Hyperion die Temperatur und die Position der Lavaströme aufzeichnen kann. Wenn die bordeigene Software eine heiße Stelle in den Hyperion-Messungen entdeckt, wird sie automatisch eine weitere Aufnahme bei der nächsten Gelegenheit vornehmen. Die Bilder werden lokalen Stellen zur Verfügung gestellt. Das SensorWeb-System ist ein Wegbereiter für internationale Kooperation, insbesondere bei Katastropheneinsätzen.
Die folgende Aufnahme des Krakatau (Indonesien), aufgenommen vom Instrument ALI auf EO-1 entstand am 17. November 2010. Das System ist in der Lage, eine Zielanfrage noch bis zu 5 Stunden vor dem Überfliegen des Ziels anzunehmen. Andere Sensoren benötigen dazu 2-3 Tage Vorlaufzeit. Der an Bord befindliche Zeitplaner stellt eine themen- und wetterabhängige Aufgabenliste zusammen. Dabei nutzt er Wolkenvorhersagen der NOAA und gibt einem weniger bewölkten Gebiet Priorität, wenn das ursprünglich präferierte Ziel zu sehr verdeckt ist.
Krakatau (Indonesien), beobachtet mit dem Instrument ALI auf EO-1 Quelle: NASA Earth Observatory
EO-1 war für eine Betriebsdauer von 18 Monaten ausgelegt, er übertraf aber alle Erwartungen als er erst nach 17 Jahren im März 2017 abgeschaltet wurde.
Nach dem griech. Windgott Aiolos (altgr.Αἴολος) bezeichnete Satellitenmission der ESA aus der Reihe Earth Explorer Core Mission, einer Missionsfamilie, die sich mit den dringlichsten geowissenschaftlichen Fragen unserer Zeit auseinandersetzt. Die auf drei bis vier Jahre angelegte Mission startete am 22. August 2018 mit einer Vega-Trägerrakete vom europäischen Raumflughafen Kourou in Französisch-Guayana und ist seit April 2023 beendet.
Sie lieferte globale Daten zur dreidimensionalen Darstellung von Windfeldern sowie Daten über die Umweltverschmutzung der Atmosphäre für wissenschaftliche Studien. Die Messungen dienen der genaueren Kenntnis der Windenergie und der atmosphärischen Zirkulationsmuster einschließlich des weltweiten Transports von Energie, Wasser, Aerosol und Chemikalien. Man erhofft sich weitere Erkenntnisse über Phänomene wie El Niño/Southern Oscillation. Daneben sollen die Daten helfen, Klimavariabilität zu quantifizieren und zur Validierung und Verbesserung von Klimamodellen beitragen.
Die Kenntnis der Windgeschwindigkeit ist für die Wettervorhersage als auch für die Klimaforschung von entscheidender Bedeutung. Die globale Messung des Höhenprofils des Windes wurde daher von Experten der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) an erster Stelle der Prioritäten für zukünftige Satelliteninstrumente für die Wettervorhersage gesetzt. Die europäische Raumfahrtagentur ESA hat daher im Jahr 1999 die Atmospheric Dynamics Mission ADM-Aeolus als Mission ausgewählt, die Lücke im globalen Beobachtungsnetz für Windmessungen zu schließen.
Die folgende Grafik veranschaulicht das LIDAR-Konzept von Aeolus. Das Aladin-Instrument besteht aus zwei leistungsstarken Lasern, einem großen Teleskop und sehr empfindlichen Empfängern. Der Laser erzeugt ultraviolettes Licht, das auf die Erde gestrahlt wird. Dieses Licht prallt an Luftmolekülen und kleinen Partikeln wie Staub, Eis und Wassertröpfchen in der Atmosphäre ab. Der Anteil des Lichts, der zum Satelliten zurückgestreut wird, wird vom Aladin-Teleskop aufgefangen und gemessen.
Aus der Laufzeit zwischen Ausstrahlung und Empfang berechnet ein Computer die Distanz und aus dem durch Dopplereffekt erzeugten Frequenzversatz das Tempo der Teilchen als Projektion bezogen auf die Bahn des Satelliten. Der Messfehler der Winddaten beträgt dabei maximal rund 0,7 m/sec.
Der Satellit trägt als einziges Instrument einen aktiven Doppler-Windlidar (ALADIN, Atmospheric Laser Doppler Lidar Instrument). Es sendet kurze Lichtpulse im nahen UV (355 nm) aus, deren Rückstreuung ein Spiegelteleskop von 1,5 m Durchmesser registriert. Aus den Laufzeiten der in der Atmosphäre reflektierten Strahlung und ihrer Dopplerverschiebung erhält man Hinweise auf die Feuchtigkeitsverteilung, Strömungs- und Windverhältnisse in der Atmosphäre in unterschiedlichen Höhen. Die horizontale Ortsauflösung ist besser als 50 km.
Der knapp 1,4 Tonnen schwere Satellit einschließlich seiner 266 kg Treibstoffvorräte misst 4,6 mal 1,9 mal 2 Meter. Aeolus befindet sich in 320 km Höhe auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn mit 96,99° Neigung. Um diese relativ niedrige Umlaufbahn zu halten, braucht der Satellit wegen der vorhandenen Restatmosphäre und der damit verbundenen Reibung viel Treibstoff. Alle sieben Tage muss der Satellit angehoben werden, um nicht in die Atmosphäre zu stürzen.
Der außergewöhnlich niedrige Orbit ist nötig, um ausreichend Licht zurückzubekommen. 50-mal pro Sekunde schickt das Instrument Lichtbündel aus, jedes erhält zehn hoch 16 Photonen, die in alle Richtungen streuen. Genügend Photonen müssen den ganzen Weg wieder zurückfinden durch das Teleskop bis hin ins Instrument – das gelingt nur einem Bruchteil. Je höher der Satellit fliegt, desto länger die Strecke und desto weniger Licht kommt zum Auswerten zurück.
Aeolus braucht 90 Minuten für eine Erdumrundung, in einem Tag zeichnet er dabei 16 Erdumdrehungen auf – und damit alle Winde vom Boden bis 30 Kilometer darüber. Oder er nimmt globale die Daten von Wolken bis in 30 Kilometer Höhe auf. Jeden Tag bewegt der Satellit sich ein Stück weiter, sodass er innerhalb einer Woche nahezu die ganze Erde vermessen hat. Die kurzfristige Prognose für Gebiete mit vielen anderen Beobachtungen, zum Beispiel für Europa, wird Aeolus also nur bedingt verbessern können. Wohl aber die für die kommenden sieben oder zehn Tage. Langfristige Wettervorhersagen werden also bald genauer.
Vor allem die genaue Kenntnis der Dynamik des Wetters in den Tropen und über dem Paziik lässt eine zuverlässigere Vorhersage von starken und plötzlichen Stürmen in unseren Breitengraden zu. Bisher müssen sich die Wetterdienste bei ihren Vorhersagen auf vergleichsweise wenige und punktuelle Winddaten verlassen. Die Abdeckung über den Ozeanen, Afrika und Südamerika sowie den Polargebieten ist sehr gering. Viele Extremwetter wie etwa Orkane, die auch hohe Schäden in Deutschland und Europa verursachen können, entstehen zwischen den Subtropen und den subpolaren Breitengraden. Das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) wird die Aeolus-Daten verarbeiten und den europäischen Wetterdiensten zur Verfügung stellen. Damit füllt Aeolus eine sehr wichtige Lücke.
Die folgende Grafik veranschaulicht Profilmessungen der weltweiten Winde mit Aeolus. Der Aeolus-Satellit fliegt auf einer sonnensynchronen Bahn in etwa 320 Kilometern Höhe. In sieben Tagen schafft er 111 Umläufe, also etwa 16 pro Tag. Sein Laser strahlt quer zur Flugrichtung schräg im 35-Grad-Winkel nach unten und vermisst dabei jeweils einen 230 Kilometer schräg unter ihm liegenden Streifen. So lässt sich auch die horizontale Bewegungskomponente von Partikeln in der Atmosphäre ermitteln.
Profilmessungen der Winde weltweit mit Aeolus Quelle: ESA/ATG medialab
In Bezug auf die Klimaforschung überbrückt der von Airbus Defence and Space gebaute Aeolus die Zeit, in der die NASA-Satelliten CloudSAT und CALIPSO keine Daten über Aerosole und Wolken mehr liefern werden und das europäische Projekt EarthCARE noch nicht gestartet ist. Letzteres wird erst für 2024 erwartet.
Die Daten werden auf Svalbard (Spitzbergen) und an der norwegischen Forschungsstation Troll in der Antarktis empfangen und in Tromsø/Norwegen prozessiert. Daraus werden beim EZMW (Europäisches Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage) die Windprofile erstellt und anschließend von EUMETSAT (Europäische Organisation für meteorologische Satelliten) über EUMETCast den Nutzern zur Verfügung gestellt.
Aeolus half bei der Nachverfolgung des Ausbruchs des Hunga Tonga
Aeolus erweist sich auch bei der Verfolgung von Ereignissen wie Vulkanausbrüchen als hilfreich, da die Daten über die virtuelle Forschungsumgebung von Aeolus innerhalb von drei Stunden nahezu in Echtzeit beim Nutzer ankommen. Anfang dieses Jahres nutzten Wissenschaftler, die am Aeolus Data Science Innovation Cluster arbeiten, das Online-Visualisierungstool, um den Vulkanausbruch des Hunga Tonga zu verfolgen.
Am 15. Januar 2022 deutete ein starker Abfall des Aeolus-Signals über der Region des Ausbruchs darauf hin, dass die Aschewolke eine Höhe über der Reichweite von Aeolus erreicht haben muss, wie im obigen Bild zu sehen ist. Das folgende Bild verwendet Daten vom 18. Januar, also drei Tage später, und zeigt, wie Aeolus die Vulkanfahne verfolgen konnte, die sich über Australien ausbreitete und nach Westen verteilte.
Obwohl die ESA-Mission Aeolus ihre geplante Lebensdauer in der Umlaufbahn überschritten hatte, lieferte sie weiterhin hervorragende Daten. Die Verwendungszwecke der Aeolus-Winddaten sind vielfältig und reichen von der Wettervorhersage über die Verbesserung von Klimamodellen bis hin zur Verfolgung von Ereignissen in nahezu Echtzeit, wie etwa dem jüngsten Vulkanausbruch des Hunga Tonga. Das Bild, das aus den am 18. Januar 2022 gesammelten Daten verarbeitet wurde, zeigt, wie Aeolus die Vulkanfahne verfolgte, die sich über Australien ausbreitete und nach Westen zog
Ausbreitung der Vulkanasche von Tonga, dargestellt in den Aeolus-Daten vom 18. Januar 2022 Quelle: ESA
Wie nützlich solche Analysen sind, machte Anna Kampouri vom Nationalen Observatorium von Athen deutlich, die in Taormina auch zeigte, wie die Aeolus-Daten die Modelle der Aschewolke des Ätna verbesserten, als diese im März 2021 über Griechenland hinwegzog. Dieser Effekt ist wichtig, um die Luftfahrtindustrie vor potenziellen Gefahren zu warnen, da Begegnungen mit Aschewolken in hohen Konzentrationen die Sicht beeinträchtigen und Flugzeugtriebwerke beschädigen können.
Nach dem griech. Windgott Aiolos (altgr.Αἴολος) bezeichnete operationelle Nachfolgemission der ESA zu Aeolus. Mit Aeolus-2 folgt dem Testsatelliten Aeolus (demonstrator satellite) ein Programm bei der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten, EUMETSAT. Zwei Satelliten mit sich überschneidender Lebensdauer sollen im Zeitraum 2030 bis 2040 routinemäßig globale 3-D-Windfelder messen, um unsere Wettervorhersage deutlich zu präzisieren.
Im Vorbereitungsprogramm von Aeolus-2 ist Deutschland mit nationalen Mitteln an der Entwicklung des Lasertransmitters beteiligt. Vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnologie in Aachen wurden in Zusammenarbeit mit Airbus in Friedrichshafen neue, weltweit führende Technologien entwickelt, die beim Laserinstrument der nationalen Methanmission MERLIN eingesetzt werden. Für die Entwicklung weiterer Instrumentenbaugruppen wie dem Teleskop kommen OHB System AG und Jena-Optronik in Frage.
Aus wissenschaftlicher Sicht spielt das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre eine zentrale Rolle. Seitens des Deutschen Wetterdienstes DWD besteht ein großes Interesse an einer Nutzung der Daten. Auch die europäische Wissenschaftsgemeinschaft, das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) und die UN-Behörde für Meteorologie WMO unterstützen diese Mission. Deutschland hat in Paris 105 Millionen Euro für Aeolus-2 gezeichnet, damit das LiDAR-Instrument in Deutschland gebaut werden kann.
Zur Aeroelektromagnetik (airborne electromagnetics, AEM) zählen diejenigen Verfahren der Elektromagnetik, mit denen eine schnelle Erkundung des Erduntergrundes im Bereich von wenigen Metern bis mehreren hundert Metern Tiefe aus der Luft möglich ist. Das BGR-System nutzt einen Hubschrauber zum Schleppen der Sender und Empfänger, die sich in einer Flugsonde befinden. Diese etwa 10 m lange Flugsonde hängt an einem 45 m langen Kabel etwa 30 m bis 40 m über dem Gelände.
Die dipolförmigen Sendesignale (Primärfelder) werden bei sechs diskreten Messfrequenzen im Bereich von 386 Hz bis 133 kHz als kontinuierliche Sinusschwingungen generiert. Für jede Messfrequenz werden je zwei Komponenten des im Erduntergrund induzierten sekundären Magnetfeldes registriert (siehe Prinzipskizze), die mittels einfacher Modelle für den Erduntergrund in spezifische Widerstände (Kehrwert der elektrischen Leitfähigkeit) umgerechnet werden. Die Ergebnisse werden in Vertikal- oder Horizontalschnitten dargestellt.
Seit etwa einem halben Jahrhundert werden aeroelektromagnetische (AEM) Verfahren vor allem zur Auffindung von mineralischen Rohstoffen genutzt. In den letzten drei Jahrzehnten werden diese Verfahren auch zunehmend zur Grundwassererkundung eingesetzt. Mit ihnen können große Areale in kurzer Zeit effizient erfasst werden. Aufgrund der Abhängigkeit des Untersuchungsparameters, der elektrischen Leitfähigkeit, sowohl von den lithologischen Verhältnissen im Untergrund als auch von der Salinität des Porenwassers können Struktur und Beschaffenheit von Grundwasserleitern untersucht werden.
Alternativ zu diesem Frequenzbereichsverfahren der Aeroelektromagnetik existieren auch Zeitbereichsverfahren, bei denen das Sendesignal durch Ein- und Ausschaltvorgänge generiert wird. Für beide Verfahren können sowohl Flächenflugzeuge als auch Hubschrauber eingesetzt werden.
Nachfolgend eine Prinzipskizze der Hubschrauber-Elektromagnetik. Für die Aeroelektromagnetik trägt der Hubschrauber eine torpedoförmige zehn Meter lange Messsonde, die zugleich Sender und Empfänger schwacher elektromagnetischer Felder ist. Bis in etwa hundert Meter Tiefe lässt sich damit der Untergrund "durchleuchten".
Als Träger für AEM-Systeme werden Flugzeuge und Hubschrauber eingesetzt, die mit Frequenz- oder Zeitbereichsverfahren bestückt sein können.
Engl. airborne geophysics, franz. géophysique aérienne; Verfahren der Fernerkundung aus geringer Flughöhe für geophysikalische Zwecke. Der Begriff fasst alle geophysikalischen Methoden zusammen, die auf Flächenflugzeugen, Hubschraubern, Luftschiffen oder Ballonen eingesetzt werden. Dabei überstreicht das geophysikalische Anwendungsspektrum ein weites Feld. Zu den ersten Methoden, die auf Flugzeugen eingesetzt wurden, zählt die Aeromagnetometrie (oft verkürzt als Aeromagnetik bezeichnet). Damit lässt sich über verschiedene Reduktionen und Korrekturen zum Beispiel das magnetische Feld der Erdkruste bestimmen.
Artverwandt damit sind die Aeroelektromagnetik-Verfahren, die sowohl auf Flächenflugzeugen wie auf Hubschraubern eingesetzt werden können. Sie dienen dazu, Leitfähigkeitsstrukturen in den obersten Schichten der Erde zu kartieren. Daraus kann unter anderem abgeleitet werden, ob dort wasserführende Schichten, Kohleflöze, Salzstöcke und dergleichen vorhanden sind. Daneben wurden speziell verschiedene Aeroradar-Verfahren entwickelt, die zum Beispiel Eisdicken und die innere Schichtung des Eises vermessen oder die obersten Bodenschichtungen erkunden können.
In den letzten Jahren sind besonders große Entwicklungssprünge in der Aerogravimetrie zu verzeichnen. Mit dieser Methode können Schwerefeldanomalien in der Erdkruste ermittelt werden, die Aufschluss über ihren inneren Aufbau geben. Zusätzlich kann von Flugzeugen aus mittels der Aeroradiometrie in bodennahen Flügen das Spektrum und die Intensität der natürlichen Strahlung aus dem Boden erfasst werden.
Engl. aerogravimetry, franz. gravimétrie aérienne; passive gravimetrische Erkundung aus der Luft mit hypersensitiven Federwaagen zur Entdeckung von Anomalien des Erdschwerefeldes, die auf Salzdome, Intrusionen, Erzlager usw. hinweisen können.
Mit der Satellitengravimetrie lässt sich das Erdschwerefeld einheitlich, aber mit reduzierter Auflösung aufgrund der Höhe der Satellitenbahn erfassen. Mit gravimetrischen Messungen an der Erdoberfläche kann dagegen die Erdschwere mit hoher Auflösung, jedoch mit inhomogener Messpunktverteilung verursacht durch Umgebungsbedingungen beobachtet werden. Die Aerogravimetrie vom Flugzeug aus schließt die Lücke zwischen terrestrischen und satellitengestützten Messungen.
Ein Schweresensor, der auf einer bewegten Plattform installiert wird, misst die Summe der Schwere- und Inertialbeschleunigungen der Systems im Fluggerät. Die Störungen durch die Trägheitsbeschleunigungen bei einem normalen Messflug können die 100 bis 10000 fache Amplitude des Nutzsignals einer zu erfassenden geologisch bedingten Schwerevariation aufweisen, je nach Filterung der Daten. Die Trägheitsbeschleunigung kann jedoch aus der Flugzeugbewegung abgeleitet werden. Die Flugbahn muss mittels eines nicht-inertialen Systems, wie dem satelliten-gestütztem GPS, bestimmt werden. Die Reduktion um die Vertikalbeschleunigung sowie des Einflusses der Horizontalbeschleunigungen stellen somit wesentliche Komponenten der Datenbearbeitung dar.
Mittels Kenntnis der Schwerkraft (Gravitation) können Geowissenschaftler Modelle zur Dichteverteilung im Untergrund und damit zum Aufbau der Erdkruste erstellen. Messungen der Variation der Schwerkraft erfolgten in vergangenen Jahrzehnten punktuell an Land und kontinuierlich entlang von Profilen auf See. Damit diese Messungen auch aus der Luft per Hubschrauber oder Flächenflugzeug erfolgen können, modifiziert die BGR das im Einsatz befindliche Seegravimetersystem des Typs KSS31M so, dass es auch als Teilkomponente eines Aerogravimetrie-Messsystems angewendet werden kann.
Das KSS31M-System besteht aus zwei Hauptkomponenten: der kreiselstabilisierten Plattform mit dem Schweresensor und dem Rack mit der Steuerelektronik und der Stromversorgung. Das Rack enthält daneben einen Industrie-PC zur Steuerung und Datenaufzeichnung, ein rechnergesteuertes Präzisionsmultimeter und die GPS-Empfänger.
Von giech.: άέριος(aerios) „in der Luft befindlich, hoch“ und -logie; diese "Höhenwetterkunde" erforscht als Teilgebiet der Meteorologie die freie Atmosphäre bis in 50 km Höhe mit physikalischen Methoden und technischen Hilfsmitteln. Beispielsweise tragen Wetterballone die Messinstrumente (Radiosonden) in die Atmosphäre, ein mitgeführter Sender überträgt laufend die Messdaten zur Erde. Aerologische Aufstiege mittels Radiosonden werden in der Regel zweimal täglich durchgeführt und messen Luftdruck, Temperatur, Feuchtigkeit und Wind bis in durchschnittlich 30 km Höhe. Meist werden noch zwei weitere Aufstiege ohne Messgeräte durchgeführt, die nur Winddaten (aus der Radarpeilung) liefern. Weltweit gibt es ca. 500 aerologische Aufstiegsstationen. Diese besonders für die Luftfahrt wichtigen Daten werden durch Flugzeugmessungen und durch Fernmessungen von Wettersatelliten aus ergänzt. Der Zustand der freien Atmosphäre kann auch vom Erdboden aus mittels Windprofilern gemessen werden.
Die Daten werden verschlüsselt und das weltumspannende Netz der WMO für die Verbreitung von Wetterdaten GTS (Global Telecommunication System) eingespeist. Da diese Daten in einem wichtigen Zusammenhang mit den Wettervorgängen auch am Boden stehen, stellen aerologische Daten eine wesentliche Grundlage für die Wettervorhersage dar. Ferner ergeben sich aus diesen Daten wesentliche Erkenntnisse für das Klima der freien Atmosphäre.
Syn. Aeromagnetik, engl. aeromagnetometry, airborne magnetometry, franz. magnétometrie aérienne; die Erfassung von Parametern des Erdmagnetfeldes durch Überfliegen der Erdoberfläche. Das Flugzeug zieht ein Magnetometer nach, dessen Daten digital aufgezeichnet werden. Die aeromagnetischen Messungen können die Horizontal-, Vertikal- oder Totalintensität des Magnetfeldes erfassen, woraus man die Existenz und Mächtigkeit magnetisierter Gesteine anhand ihrer Suszeptibilität erschließen kann. Neben der Erforschung der Erdkruste (Magnetische Landesaufnahme) dienen sie auch der Suche (Exploration) nach gewissen Lagerstätten.
Die Messungen erfolgen mit Magnetfeld-Sensoren vom Flugzeug oder Hubschrauber aus. Da die Gesteine der Erdkruste unterschiedliche Magnetisierungen aufweisen, lassen sich aus den Messungen Aussagen über die Struktur der Erdkruste machen. Bei oberflächennahen, lokal begrenzten Flügen werden magnetische Störkörper in den obersten Erdschichten erkundet. Dazu zählen z.B. Magnetitgänge und Erzlagerstätten, aber auch künstliche Strukturen wie Deponien. Bei größeren Flughöhen sowie bei Flügen über Eis und Wasser liegt der Schwerpunkt in der Erkundung geologisch-tektonischer Strukturen von regionaler Größenordnung. Die Ergebnisse der Messungen werden in Form von Karten und Profilen der magnetischen Anomalien dargestellt. In weiterführenden Auswertungen der Messdaten können Form und Eigenschaften der magnetischen Störkörper modelliert werden. Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) setzt die Aeromagnetik im BGR-Hubschrauber sowie auf wechselnden Flächenflugzeugen in der Polarforschung ein.
Prinzipskizze der Hubschrauber-Aeromagnetik Quelle: BGR
Als Sensoren kommen in der Aeromagnetik in den meisten Fällen Cäsium-Magnetometer zur Messung des magnetischen Totalfeldes zum Einsatz. Es handelt sich hierbei um spezielle, optisch gepumpte Systeme, die als Ausgangssignal eine sehr genau messbare, der Stärke des äußeren Magnetfeldes proportionale Frequenz liefern (Larmorfrequenz). Hiermit lassen sich Totalfeld-Messungen in hoher Auflösung durchführen. Sind nicht nur die Stärke sondern auch die Richtung des Magnetfeldes von Interesse, werden Vektormagnetometer (Fluxgate-Sensoren) verwendet. Diese erlauben die Messung der magnetischen Feldstärke in allen drei Raumrichtungen. Bei Messungen vom Flugzeug aus werden die Sensoren für gewöhnlich in den Flügelspitzen montiert („Stinger“). Um den störenden Einfluss des Flugzeuges auf die Magnetfeld-Messungen so gering wie möglich zu halten, können die Sensoren in aerodynamisch geformten Schleppkörpern montiert und in einiger Entfernung zum Flugzeug oder Helikopter geschleppt werden. Verbleibende Störeinflüsse können über spezielle Flugfiguren bestimmt und durch Kompensations-Einrichtungen oder während der Datenprozessierung eliminiert werden. Ist eine hohe räumliche Auflösung gefordert, muss der Sensor nahe der Oberfläche geflogen werden. Dies wird sichergestellt, indem das Flugzeug der Geländestruktur mit einem festen Höhenabstand folgt.
Neben den Magnetfeldvariationen, die durch die Untergrundstruktur hervorgerufen werden, werden auch das Dipolfeld der Erde und die zeitlichen Variationen aus Effekten in der Ionosphäre und Magnetosphäre gemessen. Um die zeitlich variablen Anteile abzutrennen, werden im Messgebiet ortsfeste Magnetfeldstationen betrieben. Deren Aufzeichnungen werden zur Reduktion der Messwerte der Aeromagnetik genutzt. Um den quasi-statischen Dipolanteil des Magnetfeldes abzutrennen, wird ein Referenzfeld herangezogen und zur Reduktion genutzt. Am Ende bleiben die Magnetfeldanomalien, die Aufschluss über die Struktur der Erdkruste geben.
Bei der Aerophotogrammetrie werden - im Gegensatz zur terrestrischen Photogrammetrie - Luftbilder ausgewertet. Normalerweise ist es nicht möglich während des Bildfluges die Parameter der äußeren Orientierung mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen, d.h. sie müssen hinterher mithilfe von Passpunkten indirekt bestimmt werden.
Anwendung des Radarverfahrens aus der Luft, im zivilen Bereich z.B. zur Erkundung von Strukturen im Untergrund; die Anwendung von Radarsystemen zur Erkundung von Untergrundstrukturen ist seit mehr als 30 Jahren ein Standardverfahren in der Geophysik und als GPR (ground penetrating radar), RES (radio echo sounding) oder EMR (Elektromagnetisches Reflexionsverfahren) bekannt.
Eis-Radarsystem der BGR in einem Antarktiseinsatz Quelle: BGR
Beim Aeroradar wurde zunächst das Prinzip des Pulsradar verfolgt. Der Einsatz entsprechender Pulsradarmesssysteme aus der Luft beschränkte sich dabei bislang auf Eisdickenmessungen polarer Gletscher, da mit kaltem Gletschereis ideale Messbedingungen für eine maximale Eindringtiefe elektromagnetischer Wellen vorliegen. Insbesondere in schwer zugänglichen Gebieten, wie der weithin eisbedeckten Antarktis, sind Messungen vom Helikopter bzw. Flugzeug die einzige Möglichkeit um die Mächtigkeit antarktischer Gletscher zu bestimmen. Dabei kann durch die gute Manövrierfähigkeit eines Helikopters, auch für engräumige Areale, eine weit bessere Detailgenauigkeit erzielt werden als bei Messungen von einem Flugzeug aus. Mit dem Flugzeug können dagegen größere Messgebiete beflogen werden.
Seit 2009 steht der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) ein weiteres Helikopter-Pulsradarsystem zur Verfügung: Das BGR-P30. Es kann sowohl für Eisdickenmessungen auf Gletschern als auch zur Untersuchung von geologischen Strukturen (z.B. Sand, Salz) und Grundwasser eingesetzt werden.
Ca. 98 % Antarktikas sind von Gletschereis bedeckt und damit nicht für geologische Untersuchungen zugänglich. Mit Radarverfahren ist es möglich, die Mächtigkeit des bis zu 4,6 km Eises zu bestimmen und so die Topographie unter dem Eis zu ermitteln. Diese Informationen sind nicht nur für die glaziologische und geodätische Fragestellungen wichtig, sondern vor allem eine wesentliche Zusatzinformation bei der Erstellung von geologischen Modellen aus geophysikalischen Daten eisbedeckter Areale.
Auch außerhalb der Polargebiete liefern Gletschereiserkundungen mit Aeroradar wertvolle Informationen für die hydrologische und wasserwirtschaftliche Einschätzung des Gletscherinventars. Beispielsweise sind Gletscher in den Hochanden östlich von Santiago in Zentralchile von erheblicher Bedeutung für die Trinkwasserversorgung und die lokalen Minenbetriebe. Eine fortschreitende Klimaerwärmung und das damit verbundene beschleunigte Abschmelzen der Andengletscher kann einen Einfluss auf die zukünftige Trinkwasserversorgung haben. Umfasssende Informationen über das Potential der Andengletscher ist von Bedeutung für das Wassermanagement der Region.
Als weiteres Prinzip wurde beim Aeroradar für den Einsatz im Helikopter die Stepped FrequencyTechnik weiter entwickelt. Diese Technologie hat den Vorteil durch optimierte Anpassung der Frequenzbandbreite eine bessere Auflösung von Strukturen im Untergrund zu ermöglichen. Darum ist dieses Verfahren besonders für geologische Anwendungen geeignet. Das BGR betreibt die Weiterentwicklung in Kooperation mit der Firma RST-Group.
In der Aeroradiometrie wird die natürliche Radioaktivität (Gammastrahlung) der oberflächennahen Gesteine und Böden eines Messgebietes bestimmt. Die Messungen erfolgen mit einem Gammastrahlen-Spektrometer vom Flugzeug oder Hubschrauber aus. Aus den Messungen lassen sich Aussagen über Gesteins- und Bodeneigenschaften, insbesondere ihren Gehalt an natürlichen Radionukliden machen. Bei den natürlichen Radionukliden handelt es sich hauptsächlich um die Elemente Kalium, Uran und Thorium. Diese finden sich in Mineralien verschiedener Krustengesteine in unterschiedlichen Konzentrationen, z.B. in Granit, Gneis, Tonschiefer und Basalt, sowie in deren Verwitterungsprodukten. Eine Befliegung mit dem Gammastrahlen-Spektrometer liefert Informationen über die Verteilung der Radioelemente an der Erdoberfläche und ist ein wichtiges Hilfsmittel zur geologischen Kartierung.
Der Detektor für die Gammastrahlung besteht aus großen Natriumjodid-Kristallen, die beim Eintreffen von Gammaquanten schwache Lichtimpulse emittieren. Je nach strahlendem Element besitzen die Impulse ein charakteristisches Energieniveau (gemessen in Mega-Elektronenvolt, MeV), welches durch im Detektor eingebaute Photovervielfacherröhren für jeden Zählimpuls bestimmt wird.
Vermessung des Gamma-Spektrums der obersten Bodenschichten aus der Luft Quelle: BGR
Das z.B. von der BGR eingesetzte System, Typ Exploranium GR-820, besteht aus einem Paket von fünf Kristallen mit insgesamt 21 Liter Volumen und etwa 100 kg Gewicht. Der Detektor und die zugehörige Auswerteelektronik sind im BGR-Hubschrauber eingebaut. Das System zeichnet pro Sekunde ein komplettes Gammaspektrum mit 255 Kanälen im Bereich von 0 bis 3 MeV auf. In der Datenprozessierung werden die aufgezeichneten Gamma-Spektren in Gehalte an Kalium (in %), Uran und Thorium (in ppm) an der Erdoberfläche umgerechnet, die Ergebnisse werden in Form von Karten für die Gesamtstrahlung sowie für die Gehalte an Kalium, Uran und Thorium dargestellt.
Aerosole sind (meteorologisch gesehen) Bestandteile von Beimengungen der Atmosphäre als in ihr schwebende feste oder flüssige Teilchen. Das Max-Planck-Institut grenzt die Größe der Aerosolpartikel zwischen 1 nm (z. B. Sulfate, Nitrate, organische Verbindungen, Ruß, Viren) bis 100 μm (z. B. Bakterien, Pilzsporen, Pollen, Mineralstaub, Seesalz usw.) ein.
Wolkentröpfchen, Eiskristalle oder fallende Niederschläge zählen nicht zu den Aerosolen. Sichtbar werden Aerosole als Dunst, der die Atmosphäre trübt. In einer trüben Atmosphäre werden größere Strahlungsanteile absorbiert und reflektiert. Damit greifen Aerosole in den Energiehaushalt der Atmosphäre ein. Ihre Wirkung erstreckt sich sowohl auf den solaren Strahlungsanteil, was wir an der Trübung wahrnehmen können, wie auch auf die von der Erde ausgehenden Strahlungsströme. Insgesamt überwiegen die Einflüsse auf die solare Strahlung (Sonnenstrahlung). Vulkanausbrüche können besonders hohe Aerosolkonzentrationen verursachen, die für eine deutlich geringere solare Einstrahlung und damit für eine Abkühlung der Erdatmosphäre sorgen.
Aerosole können auf direktem Wege in die Atmosphäre gelangen (Industrielle Partikelemission, Winderosion, Vulkanausbrüche u.a.) oder aus der Umwandlung von Gaspartikeln entstehen. Rauch und sehr feiner Staub besteht aus festen in Luft suspendierten Teilchen. Vulkanausbrüche können besonders hohe Aerosolkonzentrationen verursachen, die für eine deutlich geringere solare Einstrahlung und damit für eine Abkühlung der Erdatmosphäre sorgen.
Beispiel 1: CALIPSO entdeckte Aschepartikel vom isländischen Vulkan Eyjafjallajokull
Während der Eruptionsserie des Vulkans Eyjafjallajokull stieg über Südisland eine kieselsäurereiche Wolke aus Asche, Rauch und Dampf in die Atmosphäre auf. Erschöpfte Reisende saßen auf den Flughäfen fest, als der Flugverkehr über dem Atlantik und über Teilen Europas zum Erliegen kam. Ein europäischer geostationärer Satellit verfolgte die Bewegung der Aschewolken, die von Westwinden hoch über den Ozean und in Richtung Nordeuropa getragen wurden. Währenddessen maß der NASA-Satellit CALIPSO mit seinem Lidar-Instrument und Infrarotsensoren die Höhe und Dicke des in die Atmosphäre geschleuderten Materials. Zusammen lieferten die Satelliten ein noch nie dagewesenes Bild von den Folgen des Ausbruchs.
Aschepartikel am 17. April 2010 über Frankreich Quelle: NASA
Die Bedeutung von Aerosolen ergibt sich daraus, dass sie
als Kondensationskerne wirken,
die Strahlung absorbieren oder streuen und so den Strahlungshaushalt oder die Optik der Atmosphäre verändern,
an ihren Oberflächen chemische Prozesse ablaufen, welche die Zusammensetzung der Atmosphäre verändern und
dass sie schädigende Wirkung haben können.
Die europäische Geschichte ist voller Hinweise auf Niederschlagsereignisse, bei denen Regen oder Schnee braun, gelb oder dunkelrot wurden. Sogenannter Blutregen wurde von Cicero und Plinius d.Ä. erwähnt, von Geoffrey of Monmouth und von Autoren während des gesamten Mittelalters.
Die Ereignisse wurden oft als böses Omen für menschliches Leid gedeutet. Als roter Regen im Jahr 191 v. Chr. den römischen Senat unter Wasser setzte, schilderte der römische Geschichtsschreiber Livius die Reaktion wie folgt: „Da die (Stadt-)Väter durch diese wundersamen Ereignisse beunruhigt waren, ordneten sie an, dass die Konsuln erwachsene Menschen an jene Götter opfern sollten, die sie für angemessen hielten.“ Tausende von Jahren später treten rot gefärbte Niederschläge in bestimmten Abständen noch immer in Europa auf, allerdings mit weniger dramatischen Auswirkungen.
Beispiel 2: Blutregen und Blutschnee aus Saharastaub
Am 29. Mai 2013 nahm der Ozone Mapping Profiler Suite (OMPS) auf dem Suomi NPP-Satelliten diese Ansicht eines großräumigen Staubereignisses über Afrika und dem südlichen Europa auf. Staubwolken erstreckten sich über der Türkei, Griechenland, Albanien, Montenegro, Serbien und Teilen von Bosnien-Herzegowina. Die Aerosolkonzentration in der Luft wird quantitativ durch den sog. Aerosolindex angegeben, wobei die höchsten Konzentrationen dunkelrot und die geringsten in hellgelb dargestellt sind. Die größten Staubfrachten scheinen aus der Nähe der Bodele-Depression im Tschad zu kommen.
Engl. aerial triangulation, franz. triangulation aérienne; nach DIN 18716 die "Bestimmung der Orientierung von Bilddaten (Luftbildern oder Satellitenaufnahmen) mit Bildverbänden".
Ein Index, der auf der Einbindung von zwei für die Einschätzung eines Dürreereignisses wichtigen Größen des Vegetation Health Index (VHI) aufbaut: Zeit und Raum. Der erste Schritt der ASI-Berechnung ist die Ermittlung von zeitlichen Durchschnittswerten des VHI, womit auf Pixelebene die Intensität und die Dauer von Trockenperioden abgeschätzt wird, die während der Vegetationsperiode auftreten. Der zweite Schritt bestimmt das räumliche Ausmaß von Dürreereignissen, indem er den Prozentanteil von Pixeln in Ackerland mit einem VHI-Wert unter 35 % errechnet. Dieser Wert wurde in Studien als kritischer Wert für das Ausmaß von Dürren ermittelt. Schließlich wird jedes Verwaltungsgebiet entsprechend seines Prozentwertes an betroffener Fläche klassifiziert, um die rasche Interpretation der Ergebnisse durch Analysten zu erleichtern.
Agricultural Stress Index
Prozentangaben zu den von Dürre betroffenen Gebieten im Spätjahr 2016
Die Satellitendaten, die bei der Berechnung des ASI und des mittleren VHI verwendet werden, sind die 10-Tageswerte zur Vegetation vom Sensor AVHRR des WettersatellitenMetOp. Diese Daten stehen seit 2007 zur Verfügung, und zwar mit einer Bodenauflösung von 1 km. Davor standen Daten des älteren NOAA-AVHRR mit einer gröberen Auflösung zur Verfügung. Die Datenmaske für die Nutzpflanzen ist eine modifizierte Version eines EC-JRC-Datensatzes, der verschiedene Quellen mit Landbedeckungsdaten kompiliert, darunter GlobCover V2.2, Corine-2000, AfriCover, SADC data set und USGS Cropland Use Intensity Data Set.
Engl. Akronym für Aeronomy of Ice in the Mesosphere; NASA-Satellit zur Beobachtung der leuchtenden Nachtwolken (NLCs, engl. für noctilucent clouds, alt. PMCs für Polar Mesospheric Clouds). Das wichtigste Ziel von AIM ist die Antwort auf die Frage, warum sich diese hohen Wolken bilden und zunehmend verändern. Indem das thermische, chemische und dynamische Umfeld der PMCs gemessen wird, kann eine Verbindung zwischen der Mesosphäre und diesen Wolken quantifiziert werden. Schlussendlich stellen diese Ergebnisse die Grundlage einer längerfristigen Studie zur Veränderlichkeit des mesosphärischen Klimas und sein Verhältnis zur globalen Klimaänderung dar.
AIM wurde am 25. April 2007 um 20:26 UTC mit einer Pegasus-XL gestartet und umkreist die Erde in einem polaren Orbit. Nach dem Start erhielt der Satellit die zusätzliche Bezeichnung Explorer 90. Die Mission wurde mehrfach verlängert, im Dezember 2022 war der Satellit noch immer in Betrieb.
AIM lieferte das bisher detaillierteste Bild der nordhemisphärischen Wolken:
Die Wolken erscheinen jeden Tag, sind weit verbreitet und stark variabel auf stündlichen bis täglichen Zeitskalen.
Die Helligkeit der PMC variiert in horizontaler Erstreckung um einige Kilometer. Aufgrund der hohen Auflösung der AIM-Sensoren weiß man, dass in kleineren Bereichen die Wolken zehnmal heller sind, als in älteren weltraumbasierten Messungen ermittelt.
Ein schon zuvor vermutetes Auftreten von sehr kleinen Eispartikeln wurde nachgewiesen. Man nimmt an, dass es für starke Radarechos während der sommerlichen Mesosphäre verantwortlich ist.
Mesophärisches Eis kommt in einer durchgehenden Schicht vor, die sich von der größten Dichte bei 83 km bis in ca. 90 km Höhe erstreckt.
Mesophärische Wolkenstrukturen weisen komplexe Charakteristika auf, die auch in normalen troposphärischen Wolken vorhanden sind. Mit dem CIPS-Imager wurden sie zum ersten Mal dargestellt.
CIPS Das Cloud Imaging and Particle Size Experiment ist ein komplexes Kamerasystem, das die Wolken fotografieren soll. Das Instrument wurde vom Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) der University of Colorado gebaut und verfügt über vier Kameras. Es können Panoramabilder mit 120° mal 80° angefertigt werden. Außerdem wird der Kontrast der Fotos durch ein Filter für ultraviolettes Licht verstärkt.
SOFIE Das Solar Occultation for Ice Experiment verfügt über verschiedene Sensoren. So soll die Temperatur der Wolken gemessen werden. Mit SOFIE soll die Beschaffenheit der Wolken erforscht werden. Dazu gehört, die Menge des gefrorenen Wasserdampfes zu ermitteln. Zusätzlich kann SOFIE Gase definieren, wodurch die Chemie dieser Wolken erklärt werden soll. Gebaut wurde das System von der Utah State University.
CDE Das Cosmic Dust Experiment wurde wie das CIPS-Gerät vom LASP gebaut und soll, wie Stardust, kleine Meteoritenpartikel auffangen, die in die Erdatmosphäre gelangt sind. Dies ist wichtig, da vermutet wird, dass dieser Staub für die Entstehung oder Veränderung der hohen Wolken von Bedeutung ist. Auf dem Satelliten ist CDE so befestigt, dass es von der Erde weg gerichtet ist.
Aktives Fernerkundungsverfahren ( LiDAR, Light Detection and Ranging) mit Hilfe flächenhaft abtastender Sensoren, das von einem Luftfahrzeug aus zur direkten Erfassung der topographischen Geländeoberfläche dient. Grundsätzlich ist die Funktionsweise dieser Fernerkundungstechnologie mit der eines Echolotes zu vergleichen. Die Entfernungsmessung beruht dabei auf der Messung der Zeitspanne, die zwischen dem Aussenden des Lichtimpulses und der Reflexion des zurückkommenden Impulses verstreicht.
Diese Technik, die u. a. zur Erstellung von digitalen Oberflächenmodellen dient, hat in der Geoinformatik eine große Bedeutung erhalten: Die senkrecht unter dem Trägerflugzeug montierten Messinstrumente strahlen einen gepulsten oder kontinuierlichen Laserimpuls ab, der bei einer Flughöhe von z. B. 1.000 Metern und Lichtgeschwindigkeit 6,671 Mikrosekunden für die gesamte Messstrecke benötigt. Die zurückgelegte Zeit zwischen Aussenden und Empfang der Signale wird benutzt, um die Entfernung zwischen Sensor und Oberfläche zu bestimmen. Die äußere Orientierung, d.h. die Position und die Lage des Sensors im Raum errechnet sich aus einem GPS-System und einem inertialen Navigationssystem. Zusammen mit der Scanwinkelmessung lässt sich für jeden Reflexionspunkt des Laserimpulses auf der Erdoberfläche die Position ableiten.
Es wird unterschieden in gepulste Laser und in permanent messende Laser, die für unterschiedliche Einsatzzwecke verwendet werden.
Die direkte Erfassung der topographischen Geländeoberfläche mit profilierenden oder scannenden Lasersensoren hat in den vergangenen Jahren ihre Leistungsfähigkeit insbesondere in Waldgebieten mehrfach durch Testflüge unter Beweis gestellt. Mit der kommerziellen Verfügbarkeit von flächenhaft abtastenden Lasersensoren, sogenannten Laserscannern, ist der Übergang von der früheren linearen zur flächendeckenden Erfassung der Geländeoberfläche möglich. Der Vorteil der Laserscanning-Techniken ist in der vollständigen digitalen Weiterverarbeitung zu sehen, die dann off-line im Büro geschieht.
Gepulste Laser bieten die Möglichkeit, die erste und letzte Reflektion des ausgesandten Signals getrennt zu messen. Daher kann bei einer Messung im Wald, aufgrund der hohen Durchdringungsraten durch Laub- und Nadelwaldbestände, zwischen dem Bodenprofil (letzte Reflektion) und dem Bedeckungsprofil (erste Reflektion) unterschieden werden. Dieses Prinzip liegt beim permanent messenden Continuous Wave Laser nicht vor. Er ist damit ungeeignet für Waldgebiete, da er eine mittlere Höhe zwischen Waldboden und Laubfläche liefern wird.
Hinsichtlich des Scanprinzips kann noch zwischen Scannern mit kippenden oder rotierenden Spiegeln bzw. mehrfach nebeneinander liegenden Laserdioden, wobei jeder Diode eine bestimmte Messrichtung zugewiesen wird, differenziert werden. Die Öffnungswinkel für die flächenhafte Abtastung liegen bei etwa 10 Grad. Bei Flughöhen von 1.000-1.500 m sind Genauigkeiten in der Lage von 1 m und in der Höhe von 0,1-0,3 m zu erreichen. Die erreichbare Genauigkeit wird im Wesentlichen durch die Genauigkeit der Sensorpositionierung/-orientierung mittels GPS und INS limitiert. Da i.d.R. 4 Punkte pro m² vorliegen, kann daraus ein repräsentativer Punkt für eine Rasterzelle der Größe 1×1 m berechnet werden. Ergebnis ist z.B. ein Geländemodell in Rasterform mit der Rasterzellengröße von 1×1 m. Diese Raster-DGM, kombiniert mit digitalen Orthophotos sind ideale Datenquellen für 3-D-Stadtmodelle, für Senderstandortplanung im Mobilfunk, für Hochwassersimulation, für Waldgebietskartierung und Virtual Reality-Szenen.
Division (Geschäftsbereich) der Airbus Group, spezialisiert auf zivile und militärische Luft- und Raumfahrtsysteme, sowie Sensoren und Kommunikationstechnologie für Verteidigung und Sicherheit. Das Unternehmen geht aus den bisherigen EADS-D ivisionen Cassidian, Airbus Military und Astrium hervor.
Die rechtliche Gliederung erfolgt derzeit in vier Gesellschaften, mit dem entsprechenden Zusatz (GmbH, SAS, SA, Ltd.) für die Länder Deutschland, Frankreich, Spanien und Großbritannien auf.
Im Zuge weiterer Umstrukturierungen wurde 2014 beschlossen, sich von Non-core-Geschäftsfeldern zu trennen. Dies beinhaltet den Bereich der Verteidigungselektronik (Avionik, Radar und Systeme für die elektronische Kampfführung), der in der Airbus DS Electronics and Border Security GmbH zusammengefasst wurde und die ehemalige Airbus DS Optronics GmbH.
Airbus Defence and Space gilt mit seinem Geo-Intelligence Portfolio (vormals Infoterra) als ein weltweiter Marktführer für Geoinformationen. Aufgrund ihres privilegierten Zugangs zu den optischenSatellitenPléiades, Pléiades Neo, Vision-1, DMC und SPOT sowie den Radarsatelliten TerraSAR-X, TanDEM-X und PAZ deckt die Firma die gesamte Wertschöpfungskette im Geoinformationsbereich ab. Airbus erweitert seine Konstellation kontinuierlich, um noch bessere Datenlösungen zu liefern.
Airbus zielt ab auf nachhaltige Lösungen für mehr Sicherheit, verbesserte Projektplanung und -durchführung, gesteigerte Effizienz, verbessertes Management natürlicher Ressourcen und nicht zuletzt einen besseren Schutz der Umwelt.
Airbus Defence and Space hat im Oktober 2016 OneAtlas eingeführt, eine neue Satellitenbild-Basiskarte, die die Landmassen der Erde mit professionellen Bildern abdeckt. Die über Google Drive verfügbaren Bilder können rund um die Uhr abgerufen werden und werden innerhalb eines Zeitraums von 12 Monaten erneuert. One Atlas wurde entwickelt, um Kunden, die Verteidigungs- oder Sicherheitsmissionen und -einsätze planen, einen nachweisbaren Mehrwert zu bieten, beispielsweise bei der Kartierung, Meldung und Aktualisierung von Positionen, Bewegungen oder Risikogebieten, aber auch bei der Auswahl von Transportrouten und Zugangspunkten.
Engl. Akronym für Atmospheric Infrared Sounder; sondierender Sensor an Bord des NASA-Satelliten Aqua zur Erstellung von Temperaturprofilen und zur Messung von flüssigem und gasförmigem Wasser in der Atmosphäre.
AIRS ist eines von sechs Instrumenten, die an Bord von Aqua fliegen, der am 4. Mai 2002 gestartet wurde. Das Instrument wurde entwickelt, um die Klimaforschung zu unterstützen und die Wettervorhersage zu verbessern.
In Kombination mit seinem Partner-Mikrowelleninstrument, der Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU-A), beobachtet AIRS die globalen Wasser- und Energiekreisläufe, Klimaschwankungen und -trends sowie die Reaktion des Klimasystems auf erhöhte Treibhausgase. AIRS nutzt Infrarot-Technologie, um dreidimensionale Karten der Luft- und Oberflächentemperatur, des Wasserdampfs und der Wolkeneigenschaften zu erstellen. AIRS kann auch Spuren von Treibhausgasen wie Ozon, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Methan messen.
AIRS und AMSU-A teilen sich den Aqua-Satelliten mit dem Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES), und dem Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS (AMSR-E). Aqua ist Teil des "A-Train" der NASA, einer Reihe von sonnensynchronen Satelliten mit hoher Neigung in einer niedrigen Erdumlaufbahn, die für langfristige globale Beobachtungen der Landoberfläche, der Biosphäre, der festen Erde, der Atmosphäre und des Ozeans vorgesehen sind.
Mittlerweile wurde die Überwachung des Anstiegs von CO2 auf globalen Skalen zu einer weiteren wichtigen Aufgabe der AIRS-Mission. AIRS bestimmt die Verteilung des CO2 in der mittleren Atmosphäre mit 100 km Auflösung und erlaubt es so, die globale Verteilung des CO2 täglich zu erfassen. AIRS erlaubt auch die Beobachtung noch weiterer Parameter, z.B. SO2-Konzentrationen (Bspl. Ausbruch des Grimsvötn-Vulkans 2011).
Beispiel 1: Isabel
Mit Hilfe von AIRS-Daten wurde eine 3D-Struktur des Hurrikans Isabel erstellt (vgl. Abb.). Die thermische Struktur des tropischen Wirbelsturms wird durch drei Flächen gleicher Temperatur (isotherme Flächen) veranschaulicht. Die Temperatur jeder Fläche wird durch ihre Farbe repräsentiert: Rot als wärmste Temperatur mit 17 °C, orange im Gefrierbereich mit 0 °C und gelb für die kältesten Temperaturen mit -23 °C. Die drei Ebenen weißen als markanteste Erscheinung einen Buckel auf, der der aufsteigenden Luft innerhalb der Gewitter von Isabel entspricht.
AIRS befindet sich an Bord des Aqua-Satelliten und erfasst in Verbindung mit der Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU) die von der Erde ausgesandte Infrarot- und Mikrowellenstrahlung, um einen 3D-Blick auf das Wetter und das Klima des Planeten zu ermöglichen.
Die beiden Instrumente arbeiten im Tandem und führen gleichzeitig Beobachtungen bis zur Erdoberfläche durch. Mit mehr als 2.000 Kanälen, die verschiedene Regionen der Atmosphäre erfassen, erstellt das System eine globale 3D-Karte der atmosphärischen Temperatur und Luftfeuchtigkeit, der Wolkenmengen und -höhen, der Treibhausgaskonzentrationen und vieler anderer atmosphärischer Phänomene.
Beispiel 2: Atmosphärischer Fluss 2023:
Zu Beginn des Jahres 2023 wurde Kalifornien von einer Reihe von Stürmen durchtränkt, die von einem atmosphärischen Fluss transportiert wurden - einer relativ schmalen, windigen Region in der Erdatmosphäre, die Feuchtigkeit oder winzige Partikel über Tausende von Kilometern transportieren kann, ähnlich wie ein Fluss an Land Wasser bewegt. Der Atmospheric Infrared Sounder der NASA zeichnete die Serie von Stürmen auf, die in einigen Teilen Kaliforniens Rekordregenmengen brachten, Überschwemmungen verursachten und die Infrastruktur beschädigten.
Die Bilder der folgenden Animation (Grafik anklicken) zeigen die Wolkentemperaturen bei Infrarot-Wellenlängen, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. Lila und violette Bereiche sind kälter, zwischen etwa minus 82 Grad Fahrenheit und minus 46 Grad Fahrenheit (minus 63 Grad Celsius bis minus 44 Grad Celsius), als blaue und grüne Regionen, die etwa minus 28 Grad Fahrenheit bis 26 Grad Fahrenheit (minus 33 Grad Celsius bis minus 3 Grad Celsius) aufweisen.
Die wärmeren roten Abschnitte liegen zwischen etwa 17 Grad Celsius bis 27 Grad Celsius und repräsentieren überwiegend wolkenfreie Luft. Die kühleren Teile der Wolken sind mit sehr starken Regenfällen verbunden. Weiße Flecken stellen Lücken in der Satellitenabdeckung dar.
California Atmospheric River Storms Captured by NASA's AIRS (Animation) Quelle: NASA JPL
Engl. Akronym für Aircraft Remote Sensing of Greenhouse Gases with combined Passive and Active instruments, dt. Flugzeuggetragene Fernerkundung von Treibhausgasen mit dem kombinierten Einsatz von passiven und aktiven Instrumenten. Im Rahmen des Projektes soll eine wissenschaftliche Nutzlast aus den derzeit fortschrittlichsten Fernerkundungsinstrumenten mit Unterstützung durch hochgenaue in situ-Instrumente entwickelt, getestet und durch Modellaktivitäten begleitet werden. Übergeordnetes Ziel des AIRSPACE-Projektes ist es, zwei Fernerkundungsmethoden (aktiv und passiv) auf Forschungsflugzeugen zusammenzubringen, um die jeweiligen Vorteile synergetisch zur Messung der beiden wichtigsten, von Menschen beeinflussten Treibhausgase, Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4), zu nutzen.
Eine derartige Infrastruktur zur Erkundung der Treibhausgase gibt es bisher weltweit nicht. Sie wird über die rein wissenschaftlichen Zielsetzungen hinaus auch zur Validierung und unabhängigen Verifizierung zukünftiger Treibhausgasmissionen einsetzbar sein, die in Zukunft zur Überwachung von Emissionszielsetzungen im Rahmen internationaler Klimavereinbarungen vom Satelliten aus geplant sind.
Eine gleichermaßen wichtige Komponente des Projektes ist die Modellierung. Ziel ist es hier, mit Hilfe der Messergebnisse auf regionaler Skala die Treibhausgasflüsse mit der Methode der inversen Modellierung genauer zu bestimmen als bisher möglich.
Im Verlauf des Projektes ist eine koordinierte Messkampagne im mitteleuropäischen Raum vorgesehen (CoMet = Carbon dioxide and Methane mission). Im Rahmen von AIRSPACE werden die dabei von den verschieden Instrumente gewonnenen Daten ausgewertet, gegenseitig validiert und mit Hilfe von Modellen verglichen. Dies dient bereits zur Validierung von Satellitenbeobachtungen: den Methanprodukten der Sentinel-5P-Mission des europäischen Copernicus–Programms sowie den CO2-Produkten der OCO-2-Mission der NASA.
Mit der erfolgreichen Realisierung der Instrumentierung und der entsprechenden Modellinfrastruktur werden die Projektpartner in die Lage versetzt, (a) die hier für Europa entwickelten Methoden für Untersuchungen in den hoch relevanten Quell- und Senkenregionen der Arktis und der Tropen einsetzen zu können, (b) auf diese Weise an zukünftigen internationalen Projekten zur Erforschung der Treibhausgase teilzunehmen und (c) maßgeblich zur Validierung der deutsch-französischen Klimamission MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission) beizutragen.
Projektpartner sind das Institut für Physik der Atmosphäre am DLR Oberpfaffenhofen, das Institut für Umweltphysik (Uni Bremen) und das Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena. Die Laufzeit des Projektes umfasste drei Jahre (1.04.2017 – 31.03.2020).
Die umfassendste Zusammenstellung von Akronymen und Abkürzungen bietet Kramer (Earth Observation History of Technology Introduction) in englischer Sprache. Sie ist hier dem Anhang beigefügt. Für evtl. aktualisierte Versionen empfiehlt sich ein Blick in eoportal.org:
Engl. active sensor, franz. capteur actif; ein Sensor, der seine eigene Quelle an elektromagnetischer Strahlung hat; er sendet eine Serie von Signalen zum Zielobjekt aus und registriert das Echo.
Zu den aktiven Sensoren gehören:
Laseraltimeter - Ein Instrument, das mit Hilfe von Lidar die Höhe der Plattform (Raumfahrzeug oder Flugzeug) über der Oberfläche misst. Die Höhe der Plattform in Bezug auf die mittlere Erdoberfläche wird verwendet, um die Topographie der darunter liegenden Oberfläche zu bestimmen.
Lidar - Ein Lidar-Sensor verwendet einen Laser-Radar (Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission) zur Aussendung eines Lichtimpulses und einen Empfänger mit empfindlichen Detektoren zur Messung des rückgestreuten oder reflektierten Lichts. Die Entfernung zum Objekt wird durch Aufzeichnung der Zeit zwischen gesendeten und rückgestreuten Impulsen und durch Verwendung der Lichtgeschwindigkeit zur Berechnung der zurückgelegten Entfernung bestimmt.
Radar - Gerät zur aktiven funkgestützten Ortung und Abstandsmessung, das seine eigene Quelle elektromagnetischer Energie liefert. Ein aktiver Radarsensor, ob luft- oder weltraumgestützt, sendet Mikrowellenstrahlung in einer Reihe von Impulsen von einer Antenne aus. Wenn die Energie das Ziel erreicht, wird ein Teil der Energie zum Sensor zurückreflektiert. Diese rückgestreute Mikrowellenstrahlung wird erfasst, gemessen und zeitlich erfasst. Die Zeit, die die Energie benötigt, um zum Ziel zu gelangen und zum Sensor zurückzukehren, bestimmt den Abstand oder die Reichweite zum Ziel. Durch die Aufzeichnung der Entfernung und des Betrags der Energie, die von allen Zielen reflektiert wird, während das System an dem Objekt vorbeizieht, kann ein zweidimensionales Bild der Oberfläche erzeugt werden.
Ranging Instrument - Ein Gerät, das den Abstand zwischen dem Instrument und einem Zielobjekt misst. Radargeräte und Radar-Altimeter arbeiten, indem sie die Zeit bestimmen, die ein ausgesandter Impuls (Mikrowellen oder Licht) benötigt, um an einem Ziel zu reflektieren und zum Instrument zurückzukehren. Eine andere Technik verwendet identische Mikrowelleninstrumente auf einem Plattformpaar. Signale werden von jedem Instrument zum anderen übertragen, wobei der Abstand zwischen den beiden aus der Differenz zwischen der empfangenen Signalphase und der gesendeten (Referenz-)Phase bestimmt wird. Dies sind Beispiele für aktive Techniken. Bei einer aktiven Technik wird das Ziel von beiden Enden einer Grundlinie mit bekannter Länge aus betrachtet. Die Änderung der scheinbaren Blickrichtung (Parallaxe) hängt mit dem absoluten Abstand zwischen Instrument und Ziel zusammen.
Scatterometer - Ein Hochfrequenz-Mikrowellenradar, das speziell zur Messung rückgestreuter Strahlung entwickelt wurde. Über Meeresoberflächen können Messungen der rückgestreuten Strahlung im Mikrowellen-Spektralbereich verwendet werden, um Karten der Oberflächenwindgeschwindigkeit und -richtung abzuleiten.
Sounder - Ein Instrument, das die vertikale Verteilung des Niederschlags und andere atmosphärische Eigenschaften wie Temperatur, Feuchtigkeit und Wolkenzusammensetzung misst.
Systeme mit aktiven Sensoren arbeiten im Bereich der Mikrowellen. In diesem Segment des elektromagnetischen Spektrums kann unabhängig von Tageszeit und Wetter gemessen werden. Die Sensoren senden selbst Strahlung (Mikrowellen) aus und messen anschließend die von den Objekten reflektierte oder rückgestreute Strahlung. Aktive Radarsensoren sind beispielsweise auf Sentinel-1 und TerraSAR-X verbaut.
Schema eines passiven Sensors im Vergleich zu einem aktiven Sensor
Aktive Sensoren eignen sich u.a. zur Messung der vertikalen Profile von Aerosolen, der Waldstruktur, des Niederschlags und der Winde, der Topographie der Meeresoberfläche und des Eises.
Engl. active remote sensing system, franz. système de télédétection active; ein Fernerkundungssystem, das seine eigene elektromagnetische Strahlung oder Schallwellen (SONAR, SODAR) aussendet, um ein Objekt aufzuspüren, um ein Gebiet zu beobachten oder die Atmosphäre bzw. Gewässer(böden) zu untersuchen. Das Signal wird am beobachteten Objekt bzw. in der Atmosphäre verändert, und das System empfängt die von dort reflektierte Strahlung bzw. Schallwellen. Aus dem Unterschied zwischen gesendetem und empfangenem Signal können geophysikalische Größen abgeleitet werden.
DIN 18716 definiert den Begriff als "Gesamtheit der Komponenten, die für die Aufnahme von Fernerkundungsdaten die Quelle der elektromagnetischen Strahlung mitführt und nutzt".
Elektrooptische Systeme strahlen mit Wellenlängen im nm- bis µm-Bereich, Mikrowellensysteme hingegen mit Wellenlängen im mm- bis m-Bereich. Elektro-optische Systeme (aktive optische Sensoren) sind beispielsweise Laserscanner, auch als Lidarsysteme bezeichnet. Für aktive Mikrowellensensoren wird der Begriff Radar-Systeme verwendet. Wie aktive optische Sensoren können auch Radar-Systeme stationäre oder auf mobilen Plattformen eingesetzt werden. Aus Gründen der Auflösungssteigerung wird in Photogrammetrie und Fernerkundung häufig das Synthetische Apertur Radar (SAR) eingesetzt.
SONAR basiert auf der Aussendung von Schallwellen durch eine Wassersäule und der anschließenden Registrierung von rückgestreuten Signalen vom Gewässerboden oder von Objekten in der Wassersäule.
Beim SODAR werden hörbare Schallimpulse gebündelt in die Atmosphäre abgestrahlt. Ein Teil der Schallenergie wird von der Atmosphäre zurückgestreut und wieder empfangen. Aus der gemessenen Laufzeit, der wieder empfangenen Intensität sowie der Frequenzverschiebung des zurückgestreuten Schallsignals lassen sich die Windrichtung und Windgeschwindigkeit berechnen.
Zwei Arten von Fernerkundung: Passiv und Aktiv
Passive Sensoren erfassen Strahlung, die vom Objekt oder der Umgebung emittiert oder reflektiert wird. Reflektiertes Sonnenlicht ist die häufigste Strahlungsquelle, die von passiven Sensoren gemessen wird. Beispiele für passive Fernsensoren sind Filmfotografie, Infrarot, ladungsgekoppelte Geräte und Radiometer.
Bei der aktiven Erfassung hingegen wird Energie ausgesandt, um Objekte und Bereiche abzutasten, woraufhin ein Sensor die vom Ziel reflektierte oder zurückgestreute Strahlung erfasst und misst. RADAR und LiDAR sind Beispiele für die aktive Fernerkundung, bei der die Zeitverzögerung zwischen Emission und Rückkehr gemessen wird, um den Standort, die Geschwindigkeit und die Richtung eines Objekts zu bestimmen.
Aktive Fernerkundungsverfahren unterscheiden sich in der Aufnahmetechnik sowie in der Geometrie und im Informationsgehalt des von ihnen gelieferten Bildes. Bei aktiven Fernerkundungsverfahren wird die Intensität der zurückgestreuten elektromagnetischen Strahlung zu deren Erkennung und Unterscheidung gemessen. Hierbei wird das zu erkundende Objekt oder die Oberfläche von einem Sender aus mit Mikrowellen oder Strahlung anderer Wellenlängenbereiche bestrahlt und deren Rückstreuung über eine Antenne empfangen. Die Strahlungsbedingungen sind gut definiert und reproduzierbar. Es können auch Wellenlängenbereiche genutzt werden, die in der Solarstrahlung nur geringe Intensitäten haben (z.B. Mikrowellenbereich).
Aktive Fernerkundungsverfahren operieren im Gegensatz zu passiven (Fernerkundungs)Systemen unabhängig von den natürlichen Bestrahlungsverhältnissen und sind zum größten Teil wetterunabhängig und daher besonders für die Anwendung in tropischen Bereichen geeignet. Aktive Fernerkundungsverfahren können flugzeug- und satellitengetragen operieren. Häufige Anwendungsgebiete sind z.B. Ozeanographie (Wellenmuster, Meereisbedeckung, Ölverschmutzungen), Glaziologie, Geologie (Tektonik), Hydrologie (Bodenfeuchte, Hochwasser, Schneebedeckung) und die Meteorologie. Für Landnutzungs- und Vegetationsklassifikationen gewinnen sie vor allem in Gebieten mit hoher Bewölkung an Bedeutung. In jüngerer Zeit werden neben den Radarsystemen vor allem Lasersysteme zur Erzeugung hochauflösender digitaler Geländemodelle immer wichtiger.
Die Darstellung der Erdoberfläche mittels satellitengestützter (oder luftgestützter) Fernerkundungstechniken hat unser Verständnis der Erde, der Ozeane und der atmosphärischen Systeme in den letzten fünf Jahrzehnten revolutioniert. Die meisten dieser Sensoren nutzen Informationen aus dem elektromagnetischen (EM) Spektrum zur Messung und Überwachung der Erde. Diese Technologien haben es ermöglicht, terrestrische Systeme und die Meeresoberfläche wiederholt mit hoher Auflösung zu kartieren. Elektromagnetische Wellen dringen jedoch nicht sehr weit durch Wasser hindurch, und da 70 % der Erde von den Ozeanen mit einer durchschnittlichen Tiefe von 3,6 km bedeckt sind, ist der überwiegende Teil des Erdballs nach wie vor äußerst schlecht kartiert. So sind schätzungsweise nur 18 % des Meeresbodens mit einer Auflösung kartiert, die mit der des Festlandes vergleichbar ist.
Akustische Fernerkundungsanwendungen
Ozeanographische und aquatische Anwendungen, z.B. die Fernerkundung von Fauna, Flora und Lebensräumen, insbesondere zur schnellen Bewertung der biologischen Vielfalt
Geologische Anwendungen, z. B. seismische Erkundung für die Öl-, Gas- und Mineralexploration; Geomorphologie und Untergrundcharakterisierung
Geräuschkulisse, z. B. räumliche, zeitliche und spektrale Charakterisierung und Lokalisierung von Umwelt-, Nachbarschafts-, Arbeitsplatz-, Straßen- und Wildtiergeräuschen.
Formen von akustischen Ausbreitungsmedien
Luft für die Aeroakustik
Wasser für die Unterwasserakustik
und feste Stoffe, wie der Boden für seismische Anwendungen, Gletscher und Sanddünen
Akustische Wellen tragen Informationen über ihre Quelle und sammeln Informationen über ihre Umgebung, während sie sich ausbreiten. In fast allen Fällen umfasst die moderne akustische Fernerkundung die Aufzeichnung von Tönen durch eine Messanordnung (Array) und die Verarbeitung von Array-Signalen zur Gewinnung multidimensionaler Ergebnisse. Der Anwendungsbereich der akustischen Fernerkundung erstreckt sich über einen beeindruckenden Bereich von Signalfrequenzen (10-2 bis 107 Hz) und Entfernungen (10-2 bis 107 m) und umfasst die biomedizinische Ultraschallbildgebung, die zerstörungsfreie Bewertung, die Öl- und Gasexploration, militärische Systeme und die Überwachung des Kernwaffenteststoppvertrags. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden Ansätze entwickelt, um entfernte Quellen zuverlässig zu lokalisieren, Rauschen und Mehrwegverzerrungen aus aufgezeichneten Signalen zu entfernen und die akustischen Eigenschaften der Umgebung zu bestimmen, durch die sich die Schallwellen bewegt haben.
Obwohl die aktive akustische Fernerkundung vor allem im Unterwasserbereich eingesetzt wird, gibt es auch einige terrestrische (z. B. seismische Erkundung) und atmosphärische Anwendungen (z. B. Sonic Detection and Ranging (SODAR) und Radio Acoustic Sounding Systems (RASS)).
Passive akustische Technologien konzentrieren sich in erster Linie auf die Messung von Schall und/oder Vibrationen in Luft, Wasser und/oder Festkörpern. Diese passiven Technologien konzentrieren sich auf drei wichtige Spektralbereiche - den für den Menschen hörbaren Bereich (20-20.000 Hz), den Bereich oberhalb des menschlichen Gehörs (>20.000 Hz) oder Ultraschall und den Bereich unterhalb der menschlichen Hörempfindlichkeit (weniger als 20 Hz) oder Infraschall. Zu den Schallquellen in diesen Bereichen gehören Geräusche von biologischen Organismen (Tiere, die mit Hilfe von Schall kommunizieren), geophysikalische Dynamik (Donner, Regengeräusche und Erdbeben) und Geräusche von vom Menschen geschaffenen Objekten (Sirenen, Straßenlärm). Zusammen bilden sie eine Geräuschkulisse.
Akustische Fernerkundung der Atmosphäre
Akustische Fernmessverfahren, z.B. das SODAR (Sonic Detection And Ranging), wenden aktiv ausgesendete Schallwellen und ihre Wechselwirkung mit der Atmosphäre zur Sondierung an. Es nutzt die Rückstreuung von Schallwellen (Schallausbreitung) an turbulenten Dichteschwankungen (Turbulenz) aus. Die Laufzeit der vom Boden ausgesandten und wieder zurückgestreuten Schallimpulse wird gemessen. Unter Verwendung der Schallgeschwindigkeit wird die Höhe der Turbulenzen ermittelt. Auf diese Weise lässt sich die Mächtigkeit der turbulent durchmischten atmosphärischen Grenzschicht vom Boden aus feststellen.
Doppler-SODAR-Geräte senden die Schallimpulse in drei unterschiedliche Raumrichtungen. Neben der Laufzeit wird die Frequenzverschiebung des rückgestreuten Signals (Doppler-Effekt) ermittelt, woraus sich die Windgeschwindigkeit und Windrichtung ableiten lässt. Die maximale Reichweite ergibt sich aus der Schallleistung des Senders und der Verteilung der Turbulenz. Sie umfasst in der Regel eine Schicht von 100 bis max. 1000 m.
SODAR-Messungen dienen vor allem der Aufnahme vertikaler Windprofile, Turbulenzmessungen und der Ortung unsichtbarer Abgasfahnen in den unteren Schichten der Atmosphäre.
Hydroakustische Fernerkundung
Die Akustik ist die wichtigste Methode zur Fernerkundung der Unterwasserwelt, da sich Schall über viel größere Entfernungen unter Wasser ausbreiten kann als elektromagnetische Wellen. Da etwa 70 % der Erdoberfläche von Meerwasser bedeckt sind, ist die Akustik in der Regel erforderlich, um den größten Teil der Ökosysteme der Erde und den größten Teil der festen Oberfläche, die unter Wasser liegt, zu untersuchen. Die Akustik hat sich auch zu einem wichtigen Instrument für die Fernerkundung der geophysikalischen Eigenschaften der Ozeane selbst entwickelt.
Aus historischen Gründen wird begrifflich unterschieden zwischen Sonargeräten (kurz als „Sonare“ bezeichnet), die überwiegend horizontal, und Echoloten, die überwiegend vertikal orten.
Die hydroakustische Fernerkundung stellt sowohl die Basis für die Kartographierung des Meeresbodens als auch die Erkundung von Erdölvorkommen unter den Ozeanen dar, da die klassischen Fernerkundungsverfahren auf der Basis elektromagnetischer Wellen wegen ihrer hohen Absorption in Wasser in Tiefen von mehr als ca. 50 Meter versagen.
Oft wird von passivem Sonar gesprochen, das auf die Geräusche eines anderen Objekts (eines Schiffs, eines Wals usw.) hört. Diese Angabe kann sich auf den passiven Betriebsmodus eines auch zum aktiven Senden fähigen Ortungssystems beziehen. Dabei werden nur die von Objekten eigenständig generierten Signale bzw. Geräusche empfangen, was die Tarnung des ortenden Systems schützt. In beiden Betriebsarten kann die Richtung des einfallenden Schalles bestimmt werden, eine präzise und verlässliche Entfernungsmessung ist jedoch oft nur im aktiven Betriebsmodus möglich.
Aktive Sonare benutzen das Echoprinzip wie Radaranlagen, strahlen also selbst Schallimpulse aus, deren Echo sie empfangen, aus dem sie über Laufzeit des Echos die Entfernung bestimmen. Echolote gehören zu diesem Typ. Sie werden zur Entdeckung, Entfernungsmessung und Vermessung von Unterwasserobjekten und des Geländes eingesetzt wird.
Aktive akustische Fernerkundungsmethoden erzeugen einen Schallimpuls und messen das zurückkehrende Signal (Echo), um daraus Informationen über die erfasste Umgebung abzuleiten. Diese aktiven Systeme haben diese Sensorlücke geschlossen und helfen uns, Unterwassersysteme zu verstehen, die von EM-Sensoren nur schwer erreicht werden können. Sonarsysteme (Sound Navigation and Ranging) nutzen in erster Linie Frequenzen von 1 kHz bis zu mehreren hundert kHz, und das Design und die Technik dieser Sensoren haben sich für eine Vielzahl von Anwendungen weiterentwickelt und diversifiziert:
Einstrahl-Echolote (singlebeam echosounders, SBES) und Mehrstrahl-Echolote (multibeam echosounders, MBES) werden zur Kartierung der Bathymetrie des Meeresbodens für Seekarten verwendet;
MBES, Sidescan-Sonar (sidescan sonar, SSS) und Sub-Bottom-Profiler (SBP) mit niedrigeren Frequenzen werden zur Untersuchung der Morphologie und Geologie des Meeresbodens eingesetzt;
SBES, MBES und akustische Telemetrie werden in der Fischerei zur Kartierung der Fischbiomasse und -bewegung oder zur Kartierung benthischer Ökosysteme verwendet;
Sonare mit synthetischer Apertur (synthetic aperture sonars, SAS) werden in erster Linie für Verteidigungszwecke eingesetzt, wobei in letzter Zeit auch andere Anwendungen wie die Kartierung des benthischen Lebensraums oder des Substrats hinzugekommen sind;
akustische Doppler-Strömungsmesser (Acoustic Doppler Current Profilers, ADCP) werden zur Untersuchung physikalischer ozeanographischer Phänomene wie Strömungsgeschwindigkeit, -richtung und Transport biologischer oder geologischer Partikel eingesetzt.
Für niedrigere Frequenzen (<1.000 Hz) wurden seismische Systeme entwickelt, um den tiefen Meeresboden und die physikalische Struktur der darüber liegenden Ozeane aus der Ferne zu charakterisieren.
Für Schallwellen empfindlicher Sensor, z.B. Sonar zur Ermittlung der Meeresbodengestalt oder akustische Impedanz-Messverfahren zum Aufspüren von Chemikalien am Meeresboden.
Engl. Akronym für Atmospheric Laser Doppler Lidar Instrument; Bezeichnung für das für direkte Windmessungen ausgelegte Lidar an Bord der 2023 beendeten SatellitenmissionAeolus. Zusätzlich kann es Informationen über die Höhe von Wolkenobergrenzen, die vertikale Wolkenverteilung, Aerosoleigenschaften und Windvariabilität liefern.
Das Instrument Aladin basiert auf der Messung von Entfernungen und Eigenschaften der Atmosphäre mit Hilfe von Laserlicht. Aladin schickt dabei kurze UV-Lichtimpulse zur Erdoberfläche. Mit einem Teleskop werden die an Molekülen, Wolken und Staubteilchen gestreuten Signale dann wieder eingesammelt und die Laufzeit der Strahlung und die Frequenz ausgewertet. Daraus soll ALADIN Höhenprofile einer Komponente des horizontalen Windvektors vom Boden bis in die Stratosphäre mit einer vertikalen Auflösung von 0,5 bis 2 km und einer Genauigkeit von 1 bis 3 m/s horizontal gemittelt über 90 km ableiten. Das DLR hat zur Auswahl von Aeolus mit der Entwicklung eines Instrumenten-Simulators, Technologie-Studien, Untersuchungen zum Einfluss auf die Wettervorhersage zusammen mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) und der Entwicklung des Flugzeug-Lidars WIND (Wind Infrared Doppler Lidar) beigetragen.
Engl. albedo, reflectance, franz. albédo; generell die Bezeichnung für das Reflexionsvermögen (Rückstrahlvermögen) eines Körpers, bzw. einer Oberfläche. Sie beschreibt den prozentualen Anteil an diffus reflektierter Strahlung beim Auftreffen auf eine nicht selbst leuchtende und nicht spiegelnde Fläche. Häufig werden auch Werte zwischen 0 und 1 verwendet. Ein Wert von 0 bedeutet keine Rückstrahlung, 1 perfekte Rückstrahlung. Die Albedo kann sich auf das ganze Spektrum oder nur auf das sichtbare Licht beziehen.
Die Albedo eines Körpers bestimmt auch sein Temperaturverhalten. Körper mit hoher Albedo reflektieren gut, absorbieren aber schlecht. Temperaturänderungen sind dabei klein und langsam. Körper mit geringer Albedo sind schlechte Reflektoren und absorbieren gut, ihre Temperatur ändert sich schnell und stark, z.B. durch Bestrahlung mit Sonnenlicht.
Die durchschnittliche planetarische Albedo der Erde liegt bei ca. 0,31, was bedeutet, dass ungefähr 31 % des einkommenden Sonnenlichts in das Weltall zurückgestrahlt wird.
Die Albedo ist abhängig von der Art und Beschaffenheit der bestrahlten Fläche sowie vom Spektralbereich der eintreffenden Strahlung. Insbesondere unterscheidet sich die Albedo einer Oberfläche für kurz- und langwellige Strahlung erheblich.
Ausgewählte Albedowerte für kurz- und langwellige Einstrahlung
kurzwellige Albedo
langwellige Albedo
Neuschnee
70-95 %
Sand
10 %
tiefes Wasser bei tiefstehender Sonne
80 %
Wolken
10 %
Dünensand
30-60 %
Ackerboden, brach
8 %
Ackerboden, brach
7-17 %
Wasser
4 %
Tropischer Regenwald
10-12 %
Rasen
1,5 %
Laubwald
15-20 %
Schnee
0,5 %
landwirtschaftliche Kulturen
15-25 %
tiefes Wasser bei hochstehender Sonne
3-10 %
Der Begriff Albedo wird i.a. für einen breiten Wellenlängenbereich verwendet, während der Begriff Reflektivität für monochromatische Strahlung bevorzugt wird. Albedo wird in verschiedenen Zusammenhängen mit unterschiedlichen Bedeutungen verwendet:
In der Fernerkundung wird mit dem Begriff Albedo meist das Reflexionsvermögen der Erdoberfläche bzw. einer bestimmten Oberfläche beschrieben. In diesem Zusammenhang wird oft von spektraler Albedo gesprochen, wenn Werte für unterschiedliche Wellenlängen bekannt sind. Albedo bezeichnet oft aber auch das Reflexionsvermögen des Systems Erde/Atmosphäre (oder eines anderen nicht selbst leuchtenden Himmelskörpers) als Ganzes.
Der MODIS-Sensor an Bord des SatellitenTerra sammelt die detailliertesten und genauesten Messungen, die jemals zu den weltweiten Albedowerten gemacht wurden. Der MODIS hilft den Wissenschaftlern beim Verständnis des Einflusses unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit auf einerseits kurzfristige Wettermuster und andererseits auf langfristige Klimatrends.
Die folgende Grafik veranschaulicht die globale Albedo mit Hilfe von MODIS-Daten. Die Farben heben die Albedo über den Landflächen hervor. Auf einer Skala von 0 bis 0,4 stehen die roten Flächen für die reflexionsstärksten Gebiete; gelb und grün sind mittlere Werte; blau und violett symbolisieren relativ dunkle Oberflächen. Weiß repräsentiert Gebiete, für die keine Daten verfügbar sind. Für die Ozeanflächen wurden keine Albedowerte erhoben. Das Bild ist eine Kompositdarstellung mit den Werten einer 16-Tage-Periode (7.-22.4.2002).
Darstellung der globalen Albedo mit Hilfe des MODIS-Sensors Quelle: NASA
Die ÑuSat-Satellitenserie (spanisch: ÑuSat, manchmal ins Englische als NewSat übersetzt) ist eine Serie von kommerziellen argentinischen Erdbeobachtungssatelliten. Sie bilden die Konstellation Aleph-1, die von Satellogic, einem argentinischen Unternehmen, entwickelt, gebaut und betrieben wird.
Die von diesen Mikrosatelliten gelieferten Stand- und Videobilder stehen den Kunden für Anwendungen in den Bereichen Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion, Überwachungsaufgaben in der Öl- und Gasindustrie, Kartographie und Stadtplanung, Klimaüberwachung, Ressourcenmanagement, Katastrophenschutz und Infrastrukturüberwachung zur Verfügung.
Alle NewSat-Satelliten sind identisch und tragen ein Bildgebungssystem, das im sichtbaren und nahen Infrarotspektrum arbeitet, um hochauflösendes Videomaterial und statische Bilder der Erde zu erzeugen. Die Bilder werden über einen panchromatischen Imager, der Graustufenbilder erzeugt, sowie über einen multispektralen Imager gewonnen. Hyperspektrale Bilder mit sehr hoher Auflösung sind ebenfalls verfügbar.
Leistungsspezifikationen
Die operationelle 26-Satelliten-Konstellation erreicht eine Wiederbesuchszeit von 1,2 Stunden, was 20 Szenen innerhalb eines Tages von einem gewählten Standort aus entspricht. Jeder Satellit (mit einer Lebensdauer von drei Jahren) sammelt bis zu 1000 Szenen pro Tag, mit einem Datenvolumen von etwa 50 MB pro Szene.
Der panchromatische Imager liefert Schwarz-Weiß-Bilder mit einer Bodenauflösung von 1 m und ist empfindlich für Licht mit Wellenlängen zwischen 400 und 900 Nanometern. Monochromatische Full-Motion-Videoaufnahmen mit 10 Bildern pro Sekunde können bis zu 60 Sekunden lang aufgenommen werden. Die multispektralen Bilder, die der Satellit aus einem 5 km breiten Streifen am Boden liefert, haben ebenfalls eine Bodenauflösung von 1 m und decken fünf Spektralkanäle ab: vier für das Rot-Grün-Blau-System und für die Weitwinkelaufnahme sowie einen Nahinfrarotkanal, der im Wellenlängenbereich von 750 bis 900 nm arbeitet. Die zeitliche Auflösung der multispektralen Bildgebung beträgt sieben Mal pro Tag, während die hyperspektrale Bildgebung ein- oder zweimal täglich stattfindet und 29 Spektralbänder mit einer Bodenauflösung von 25 m abdeckt.
Die Satelliten sind in der Lage, Bilder innerhalb eines Kegels von 25° Grad außerhalb des Nadirs aufzunehmen. Sie befinden sich auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn in einer Höhe von 500 km mit einer Neigung von 97,5°.
Genau festgelegtes Ablaufschema für oft wiederkehrende Vorgänge, das nach einer endlichen Anzahl von Arbeitsschritten zu einem eindeutigen Ergebnis führt. Als präzise und eindeutig formulierte Verarbeitungsvorschrift kann ein Algorithmus von einer mechanisch oder elektronisch arbeitenden Maschine durchgeführt werden. Somit beschreiben Algorithmen Lösungsstrategien von Anwendungsaufgaben.
Viel einfacher und allgemeiner verstanden, umfasst der Begriff Algorithmus die formalisierte Beschreibung eines Lösungsweges, der dann durch ein Programm in einer über einen Computer verständlichen und ausführbaren Form umgesetzt wird. Ein Programm kann somit als die Realisierung eines Algorithmus definiert werden.
Jeder Algorithmus zeichnet sich dadurch aus, dass er absolut reproduzierbar ist. Das bedeutet, unter immer gleichen Voraussetzungen bzw. Eingangsbedingungen muss ein bestimmter Algorithmus stets dasselbe Ergebnis liefern. In der Mathematik treten Algorithmen häufig als sehr leistungsfähige Hilfsmittel zur Lösung komplizierter Probleme auf.
Algorithmen sind grundlegende Elemente im Bereich der Computer. Jedes Computerprogramm enthält aufgrund der Definition des Begriffs Programm mindestens einen Algorithmus. Es lassen sich allerdings innerhalb eines Programms beliebig viele Algorithmen miteinander verknüpfen und ineinander verschachteln. Dabei kann zuletzt das Programm als funktionale Einheit durchaus als ein Algorithmus bezeichnet werden, selbst wenn mehrere einzelne Algorithmen als Untergruppen enthalten sind. Über Algorithmen bzw. Programme lassen sich Vorgänge, die häufig und in immer gleicher Form oder einer bekannten Anzahl von Abwandlungen auftreten, zur Vereinfachung der Handhabung für den Anwender und damit zu dessen Vorteil automatisieren.
Ein Lernalgorithmus ist ein Algorithmus, der Beispieldaten (Lerndaten oder Trainingsdaten) erhält und ein Modell für die gesehenen Daten berechnet, das auf neue Beispieldaten verallgemeinert.
In der Fernerkundung helfen Algorithmen z.B. bei der Erstellung von atmosphärischen Temperatur- und Feuchteprofilen aus Datensätzen über Strahlungsbeobachtung, die mit Hilfe von sondierenden Satellitensensoren ermittelt wurden. So werden aus den Quelldaten niedrigerer Stufe Datenprodukte auf höherer Stufe.
Treppenförmige Strukturen, die z.B. durch Diskretisierung gegenüber dem Bildschirm-Koordinatensystem geneigter Geraden entstehen. Abhilfe schafft entweder eine höhere Auflösung (technisch nicht immer machbar) oder Antialiasing.
Akronym für Amtliches Liegenschaftskataster-Informationssystem. ALKIS wurde von der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Bundesrepublik Deutschland (AdV) entwickelt. Es soll die Automatisierte Liegenschaftskarte (ALK) und das Automatisierte Liegenschaftsbuch (ALB) in einem einheitlichen System vereinen. Damit wird ein bundeseinheitlicher Standard geschaffen.
Engl. Akronym für Artic Lidar Observatory for Middle Atmosphere Research. Das Observatorium zur Erforschung vor allem der mittleren Atmosphäre liegt nahe der Andoya Rocket Range in Norwegen (69°16'42''N / 16°00'31'' E, 380 m NN). Die Forschungseinrichtung enthält verschiedene Typen von Lidar, Radar, Kameras, IV/UV-Sensoren, Magnetometern und Geräte zur Wetterbeobachtung. Mit diesen Instrumenten kann die Atmosphäre von der Troposphäre bis zur unteren Thermosphäre beobachtet werden. Zusätzliche Spezialinstrumente dienen ferner der Beobachtung physikalischer Parameter in Ionosphäre und Magnetosphäre.
Fernerkundungssysteme, die ein zweidimensionales Bild des Bodens aufbauen, indem sie rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Flugzeuges oder Satelliten scannen. Dies wird erreicht durch die Verwendung einer linearen Anordnung vieler Detektoren (CCDs), die jede Scanlinie zur selben Zeit aufnimmt. Es ist auch bekannt als Pushbroom scanning. Die Sensoren an Bord von SPOT arbeiten auf diese Weise. Der Begriff wird gleichermaßen für optische, als auch für Radarsysteme verwendet.
Along-track Scanner können hohe spektrale Auflösungen besitzen, in Abhängigkeit von der Anzahl der CCDs. Jedes CCD kann in einem anderen Spektralband sehen, folglich lässt sich durch die Erhöhung der Anzahl der Sensorelemente die spektrale Auflösung erhöhen. Probleme können sich ergeben, wenn jedes CCD kalibriert werden muss. Die Vorteile von CCDs liegen in ihrem geringen Gewicht, ihrer starren Position, ihrem geringen Stromverbrauch, ihrer Verlässlichkeit und langen Lebensdauer.
Engl. Akronym für Advanced Land Observing Satellite, japanischer Erdbeobachtungssatellit als Nachfolger für JERS-1 mit im Januar 2006 vom Tanegashima Space Center im Süden Japans erfolgtem Start. ALOS befindet sich auf einer sonnensynchronenUmlaufbahn mit 98,16° Neigung in 692 km Höhe. Die Umlaufdauer beträgt knapp 99 Minuten, der Wiederholzyklus 46 Tage. Die Mission wurde 2011 aufgrund eines Ausfalls der Spannungsversorgung beendet. Der Start der Nachfolgemission ALOS-2, syn. DAICHI-2, (SAR-Satellit) erfolgte am 24.5.2014, der von ALOS-3 (optischer Satellit) wurde bei einem Fehlstart 2023 zerstört. Der Start von ALOS-4 soll 2024 erfolgen.
Instrumente auf ALOS:
Panchromatic Remote Sensing Instrument for Stereo Mapping (PRISM); panchromatischesRadiometer mit einer räumlichen Auflösung von 2,5 m zur Erstellung digitaler Höhenmodelle
Advanced Visible and Near Infrared Radiometer Type 2 (AVNIR-2); im sichtbaren Bereich und im nahen Infrarot arbeitendes Radiometer zur genauen Beobachtung der Landbedeckung
Phased Array Type L-Band Synthetic Aperture Radar (PALSAR); aktiver Mikrowellensensor zur ganztägigen und wetterunabhängigen Beobachtung der Landflächen
Aufgaben von ALOS:
Erstellung von Karten und digitalen Geländemodellen Japans und anderen Staaten mit Schwerpunkt im asiatisch-pazifischen Raum
regionale Erdbeobachtung zur Unterstützung von "Nachhaltiger Entwicklung" (Planungsfragen, Land- und Forstwirtschaft)
Engl. Akronym für Advanced Land Observing Satellite, japanischer Erdbeobachtungssatellit als Nachfolger für ALOS (DAICHI), dessen Mission 2011 wegen eines Ausfalls der Spannungsversorgung endete. Der Start von ALOS-2, einem SAR-Satelliten, erfolgte am 24.5.2014 vom Tanegashima Space Center im Süden Japans. Das japanische Wort 'Daichi' bedeutet 'Erde', 'weites Land'. ALOS-2 befindet sich auf einer sonnensynchronenUmlaufbahn mit 97,9° Neigung in 628 km Höhe. Die Umlaufzeit beträgt knapp 97,4 Minuten, der Wiederholzyklus 14 Tage. Die geplante Lebensdauer des ca. 2,1 t schweren Satelliten beträgt 5 - 7 Jahre.
PALSAR-2 (Phased Array Type L-Band Synthetic Aperture Radar); aktiver Mikrowellensensor zur ganztägigen und wetterunabhängigen Beobachtung der Landflächen. Bei Überblicksaufnahmen werden Radarbilder von PALSAR-2 eine Auflösung von 100 oder alternativ 60 Metern aufweisen, die Schwadbreite bei Überblicksaufnahmen liegt bei 350 oder 490 km. In einem Betriebsmodus für kleinere Aufnahmeregionen sind Schwadbreiten zwischen 50 und 70 km möglich, die erreichte Auflösung liegt dann zwischen 3 und 10 m. Mit einer Auflösung zwischen einem und drei Metern können einzelne Gebiete abgetastet werden, die Schwadbreite beträgt dann 25 km.
CIRC (Compact Infrared Camera); eine mit einem ungekühlten Infrarot-Reihendetektor (Mikrobolometer) ausgestattete Infrarotkamera. Ihre Hauptaufgabe ist die Aufspürung von Wald- und Buschbränden.
SPAISE-2 (Space-Based Automatic Identification System Experiment 2), ein automatisches Identifikationssystem (Automatic Identification System, AIS), das mit einem Empfänger gleichzeitig 4 Signale von Hochseeschiffen zu empfangen und weiterzuleiten. Das AIS ist ein Funksystem, das durch den Austausch von Navigations- und anderen Schiffsdaten die Sicherheit und die Lenkung des Schiffsverkehrs verbessert.
Aufgaben von ALOS-2:
Erstellung von Karten und digitalen Geländemodellen Japans und anderen Staaten mit Schwerpunkt im asiatisch-pazifischen Raum
regionale Erdbeobachtung zur Unterstützung von "Nachhaltiger Entwicklung" (Planungs- und Infrastrukturfragen, Land- und Forstwirtschaft)
Globales Monitoring tropischer Regenwälder um Kohlenstoffsenken zu identifizieren
Engl. Akronym für Advanced Land Observing Satellite, japanischer Erdbeobachtungssatellit als Nachfolger für ALOS (DAICHI), dessen Mission 2011 endete. Der neue Satellit wird eine verbesserte Bodenauflösung (0,8 m) erreichen, und er sollte durch einen größeren Sensor mit höherer Leistung im Vergleich zu ALOS einen breiteren Bodenstreifen (70 km) beobachten. ALOS-3 sollte kontinuierlich nicht nur Japan, sondern auch globale Landgebiete beobachten, um ein System aufzubauen, das schnell und zeitnah Bilddaten erfassen, verarbeiten und verteilen kann.
Der Satellit wurde als Nutzlast beim ersten Start der H3-Rakete im März 2023 gestartet. Ein Zündversagen des Triebwerks der zweiten Stufe führte dazu, dass die Rakete zusammen mit der Nutzlast ALOS-3 durch den Einsatz des Flugabbruchsystems (FTS) zerstört wurde, um das Risiko herabfallender Trümmer zu vermeiden.
Engl. Akronym für Advanced Land Observing Satellite, japanischer Satellit zur Beobachtung der Erdoberfläche unter Verwendung des an Bord befindlichen Phased-Array-Typs L-Band-Radar mit synthetischer Apertur (PALSAR-3). Mit einer weiter verbesserten Beobachtungsleistung im Vergleich zum Vorgänger PALSAR-2 an Bord des ALOS-2 entwickeln JAXA und sein Hauptauftragnehmer, die Mitsubishi Electric Corporation, den Satelliten mit dem Ziel, sowohl eine hohe Auflösung als auch einen breiteren Beobachtungsstreifen zu erreichen.
Im Gegensatz zu Beobachtungen mit einem optischen Sensor können Radarbilder Tag und Nacht aufgenommen werden, da sie kein Sonnenlicht benötigen. Da die Radarstrahlen die Wolken durchdringen können, können die Bilder unabhängig von den Wetterbedingungen aufgenommen werden. ALOS-4 wird diese Vorzüge für die Beobachtung und Überwachung von Katastrophengebieten, Wäldern und Meereis nutzen. Darüber hinaus wird es auch neue Bereiche wie die Überwachung von Infrastrukturverlagerungen erschließen.
Ein Radarsatellit kann Diastrophismus oder Bodenveränderungen, die durch vulkanische Aktivität oder ein Erdbeben verursacht werden, bis zu einigen Zentimetern messen, indem er die im selben Gebiet zu verschiedenen Zeiten erfassten Daten vergleicht. Durch die kontinuierliche Überwachung von Vulkanen können beispielsweise die Lage eines Magmareservoirs und seine Bewegung aufgrund von Oberflächenverschiebungen abgeschätzt werden, was zum Verständnis vulkanischer Aktivitäten beitragen kann. Die von ALOS-4 zu erfassenden Daten werden auch zum Vergleich mit den von DAICHI-2, das auf der gleichen Umlaufbahn fliegt, erfassten Daten verwendet, um Veränderungen zu untersuchen.
Wenn DAICHI-2 versucht, alle aktiven Vulkane Japans zu erfassen, kann es einen Vulkan nur viermal pro Jahr beobachten, so dass häufigere Beobachtungen nur dann durchgeführt werden, wenn eine bestimmte vulkanische Aktivität zunimmt. ALOS-4 wird die Beobachtungshäufigkeit auf einmal alle zwei Wochen erhöhen, damit die Katastrophenschutzbehörden anormale Veränderungen wie ungewöhnliche Vulkanaktivitäten, Landabsenkungen oder Erdrutsche frühzeitig erkennen und die Menschen in der Umgebung rechtzeitig warnen können. Darüber hinaus wird der Beobachtungsbereich bei gleichbleibend hoher Auflösung drastisch von 50 km auf 200 km vergrößert. Daher kann ein größeres Gebiet gleichzeitig beobachtet werden, wenn sich eine großflächige Katastrophe ereignet, die weite Gebiete in Mitleidenschaft zieht, wie z. B. ein großes Erdbeben oder mehrere Vulkanausbrüche zur gleichen Zeit.
ALOS-4 wird wie DAICHI-2 mit einem AIS-Empfänger (Automatic Identification System for Ships) ausgestattet, so dass der Satellit auch die Ozeane überwachen kann, indem er AIS-Signale von Schiffen empfängt und die PALSAR-3-Bilder aufnimmt. Das weltraumgestützte AIS-Experiment (SPAISE3) ist ein hochleistungsfähiges Satelliten-AIS. Mit mehreren Antennen und bodengestützter Datenverarbeitung werden bei SPAISE3 wirksame Gegenmaßnahmen gegen Funkwellenstörungen ergriffen, so dass die Erfolgsquote bei der Erkennung von Schiffen in Gebieten mit starkem Schiffsverkehr im Vergleich zu DAICHI-2 verbessert wird. Die Entwicklung von SPAISE3 ist ein laufendes Projekt der JAXA in Zusammenarbeit mit der NEC Corporation.
Syn. Höhenmesser, Gerät zur Messung der Höhe über einer bestimmten Oberfläche. Mit Aneroidbarometern, deren Luftdruckskala in Längeneinheiten umbeziffert ist, kann die Höhe über einer Fläche konstanten Luftdrucks gemessen und direkt angegeben werden.
In Flugzeugen und auf Satelliten werden aktive Instrumente eingesetzt, die nach dem Laser-, Lidar- und Radarprinzip arbeiten, um die Höhe über der physikalischen Erdoberfläche (Land, Meer, Eis) zu bestimmen. Bei Lidar- und Laseraltimetern werden stark gebündelte Lichtimpulse ausgesandt und die Laufzeit bis zum Empfang des reflektierten Impulses gemessen. Die halbe Laufzeit wird dann in Längeneinheiten konvertiert. Radaraltimeter arbeiten in der gleichen Weise, nutzen jedoch Mikrowellenfrequenzen (Satellitenaltimetrie).
Altimeter liefern wichtige Daten zur Erzeugung globaler Karten z.B. der Verformungen des Meeresspiegels, die etwa durch Schwankungen des Erdschwerefeldes oder Meeresströmungen verursacht werden.
Syn. Altimetriemission; Altimetrieprogramm mit Hilfe von Satelliten, die mit einem Altimeter ausgerüstet sind. Nach ersten Experimenten vom Raumlabor Skylab aus wurde die Satellitenaltimetrie durch GEOS-3, Seasat und Geosat zu einem operationellen Fernerkundungsverfahren mit einer Messgenauigkeit bis in den Subdezimeterbereich entwickelt. Mit ERS-1, ERS-2 und Topex/Poseidon konnte die Messgenauigkeit schließlich auf wenige cm verbessert werden. Eine entsprechend genaue Bahnbestimmung der Satelliten erfolgt durch Dopplerverfahren, Laser-Entfernungsmessungen oder moderne Mikrowellensysteme wie DORIS oder GPS. Radiometer an Bord der Satelliten liefern Abschätzungen der troposphärischen Laufzeitkorrektur. Das Topex-Altimeter arbeitet erstmals mit zwei Frequenzen, um die ionosphärische Laufzeitkorrektur in situ abzuschätzen. Die räumliche Auflösung von Altimetermissionen wird durch den Abstand benachbarter Bahnspuren bestimmt. Die zeitliche Auflösung ergibt sich aus dem Wiederholzyklus, d.h. einer festgelegten Anzahl von Tagen, nach denen die Bahnspur erneut überflogen wird. Die Bahnmechanik eines Satelliten schließt hohe räumliche Auflösung und hohe zeitliche Auflösung gegenseitig aus.
Durch den simultanen Betrieb von ERS-1 (später ERS-2) und Topex/Poseidon konnten Synergien genutzt werden und der Meeresspiegel und seine Variabilität mit einer Genauigkeit von wenigen cm bei sehr hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung überwacht werden. Spezielle, sogenannte "geodätische" Missionsphasen von Geosat und ERS-1 mit sehr geringem Abstand der Bahnspuren erlaubten eine präzise Kartierung des mittleren Meerespiegels, die Ableitung von hochauflösenden Schwereanomalien und die Entdeckung bisher unbekannter Strukturen des Meeresbodens. Die Satellitenaltimetrie hat zu erheblichen Fortschritten in Geodäsie, Ozeanographie und Geophysik geführt. Nachfolgeemissionen, wie z.B. GFO (Geosat Follow-On), Envisat (Nachfolge von ERS-1/2), die Jason-Serie (Nachfolge von Topex/Poseidon) und Sentinel-6 sicherten bzw. sichern eine Fernerkundung des Meeresspiegels durch Satellitenaltimetrie. (Timeline Altimetry)
Wie können wir Veränderungen im ozeanischen Wärmehaushalt messen und verfolgen? Wir müssen sowohl die Meeresströmungen als auch die Wärmespeicherung des Ozeans kennen. So wie die Winde um die Hochs und Tiefs des atmosphärischen Drucks herum wehen, fließen die Meeresströmungen um die Hochs und Tiefs des ozeanischen Drucks herum. Diese können aus der Höhe der Meeresoberfläche, auch bekannt als Ozeanoberflächentopographie, bestimmt werden. Die Geschwindigkeit der Meeresströmung kann also aus der Neigung der Meeresoberfläche berechnet werden. Außerdem dehnt sich das Wasser bei Erwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung zusammen, was sich ebenfalls auf die Höhe der Meeresoberfläche auswirkt.
Generationen von Altimeter-Missionen
Die folgende Grafik zeigt vergangene, aktuelle und zukünftige Altimetrie-Missionen.
Nur aus dem Weltraum können wir die Höhe unseres riesigen Ozeans auf globaler Ebene beobachten und wichtige Veränderungen der Meeresströmungen und Wärmespeicherung überwachen. Kontinuierliche Daten von Satelliten helfen uns, die Auswirkungen der sich verändernden Ozeane auf unser Klima und auf weitreichende Klimaereignisse wie El Niño und La Niña zu verstehen und vorherzusehen.
Die Messung der Ozeanoberflächentopographie liefert die notwendigen Informationen für die Untersuchung der globalen Ozeanzirkulation und des Wärmehaushalts des Ozeans. Konsistente Messungen der Ozeanoberfläche, um eine Datenbank der Ozeanoberflächentopographie zu erhalten, können helfen, kurzfristige Wetteränderungen und längerfristige Klimamuster vorherzusagen.
Generationen von Altimeter-Missionen Quelle: NASA 2021
Technik zur Bestimmung von Höhen über einer bestimmten Oberfläche meist der physikalischen Erdoberfläche. Entsprechende Altimeter werden in Flugzeugen oder auf Satelliten eingesetzt. Bei kleinräumigen Anwendungen und stark wechselnder Topographie werden Höhenprofile vor allem mit flugzeuggestützten Laseraltimetern ermittelt. Großräumige bis globale Bestimmung der Höhen über dem Meeresspiegel setzt satellitengestützte Radaraltimetrie ein. Sie misst die Zeit, die ein Radarstrahl benötigt, um die Strecke von der Satellitenantenne zur Erdoberfläche und zurück zum Empfangsmodul des Satelliten zurückzulegen. Kombiniert mit genauen Positionsdaten liefert Altimetrie beispielsweise Angaben zur Höhe des Meeresspiegels, über die signifikante Wellenhöhe und den Betrag der Windgeschwindigkeit.
Die folgende Grafik veranschaulicht das Prinzip der Radaraltimetrie. Die Höhe der Meeresoberfläche ist die Differenz zwischen der Höhe des Satelliten relativ zum Referenzellipsoid (S) und dem Altimeterabstand (R), mit anderen Worten S-R.
Engl. Akronym für Active Microwave Instrument; aktiver C-Band-Radarsensor auf den Erderkundungssatelliten ERS-1(a.B.) und ERS-2(a.B.). AMI kann in mehreren Modi betrieben werden: als Scatterometer zur Messung von Windfeldern, im Wave-Mode zur Messung der Wellenhöhe auf der Meeresoberfläche und als abbildender SAR-Sensor mit einer räumlichen Auflösung von etwa 30 m.
Die Menschenrechtsorganisation Amnesty International macht sich die neueste Satellitentechnik zunutze, um gegen den Genozid in der sudanesischen Krisenregion Darfur vorzugehen. Auf die Internetseite eyesondarfur.org(R.o.) wurden aktuelle Satellitenaufnahmen eingestellt. Internetnutzer wurden aufgerufen, ein Auge auf die Vorgänge in der Konfliktregion zu haben. Ziel ist es, den Druck auf die Regierung in Khartum zu erhöhen, damit eine Blauhelmtruppe in der Unruheregion stationiert werden kann.
Das Projekt ist das erste überhaupt, in dem Menschenrechtsgruppen Satellitenbilder zum Schutz bedrohter Völker einsetzen. So werden die Bilder der zwölf besonders gefährdeten Dörfer ständig aktualisiert. Zudem zeigt die Internetseite auch Archivbilder aus den zurückliegenden Jahren, die die Zerstörung und Vertreibung der schwarzafrikanischen Bevölkerung dokumentieren.
Die Aufnahmen auf der Webseite stammen von kommerziellen Satelliten. Unterstützt wird das Projekt von Wissenschaftlern der American Association for the Advancement of Sciences (AAAS).
Ligeidiba im April 2006 vor den Angriffen im Sommer 2006
Ligeidiba im Januar 2007 nach den Angriffen im Sommer 2006 Quelle: Amnesty International(R.o.)
Engl. Akronym für Advanced Microwave Scanning Radiometer; japanischer Sensor an Bord des von 2002 bis 2003 arbeitenden japanischen Satelliten ADEOS-II. Verschiedene geophysikalische Parameter, besonders solche mit Wasserbezug, können mit AMSR-Daten bestimmt werden. Zusätzlich zu bisher schon üblichen Parametern wie Wasserdampf, Niederschlag, Windgeschwindigkeit in Meeresoberflächennähe, treten Parameter, z.B. Meeresoberflächentemperatur, Bodenfeuchte, die man mit Hilfe neuer Frequenzkanäle ermitteln will.
Das auf dem amerikanischen Aqua-Satelliten befindliche Exemplar AMSR-E liefert seit Oktober 2011 wegen eines Antennenproblems keine Daten mehr.
AMSR-2
Die Nachfolgeversion AMSR-2 ist im 2012 gestarteten japanischen Satelliten Global Change Observation Mission-W1 (GCOM-W1) zu Anfang 2023 noch aktiv. Das Radiometer ist ein Fernerkundungsinstrument zur Messung schwacher Mikrowellenemissionen von der Erdoberfläche und der Atmosphäre. Aus einer Höhe von etwa 700 km über der Erde liefert AMSR2 hochpräzise Messungen der Intensität von Mikrowellenemission und -streuung. Es sind Daten über den weltweiten Niederschlag, die Windgeschwindigkeit auf dem Ozean, den Wasserdampf, die Meereiskonzentration, die Helligkeitstemperatur und die Bodenfeuchtigkeit.
Die Antenne von AMSR2 dreht sich einmal pro 1,5 Sekunden und sammelt Daten über einen Bereich von 1450 km. Dieser konische Scan-Mechanismus ermöglicht es AMSR2, alle zwei Tage eine Reihe von Tag- und Nachtdaten mit einer Abdeckung von mehr als 99 % der Erde zu erfassen.
AMSR-3
Der Start des Nachfolgers AMSR-3 ist für 2024 geplant, in der Hoffnung, dass die klimatologischen Zeitreihen geophysikalischer Parameter, die auf den Beobachtungen passiver Mikrowellensensoren basieren, ohne Unterbrechung fortgesetzt werden können. Der wieder von der JAXA gebaute AMSR-3 wird dies mit neuen hochfrequenten Kanälen von Bord des neuen Satelliten GOSAT-GW aus ermöglichen. AMSR-3 wird begleitet vom TANSO-3, einem hochauflösenden Infrarot-Spektrometer mit Nadir-Abtastung, das die monatlichen Durchschnittskonzentrationen von Treibhausgasen in der gesamten Atmosphäre überwachen wird, während AMSR3 ein abbildendes Multispektralradiometer ist, das dazu beitragen wird, die Schwankungen des Wasserkreislaufs und ihre Auswirkungen auf den Klimawandel zu verstehen und die numerische Wettervorhersage (Numerical Weather Prediction, NWP) zu verbessern.
Engl. Akronym für Advanced Microwave Sounding Unit; ein von Northrop Grumman entwickeltes passives Mikrowellenradiometer mit 20 Spektralkanälen, eingesetzt in den Television Infrared Observation Satellites (TIROS) der NOAA und dem europäischen Meteorological Operational (MetOp) Satellite, beides polarumlaufendeWettersatelliten, sowie dem Erderkundungssatellit Aqua der NASA.
Das AMSU besteht aus zwei separaten spektralen Einheiten: AMSU-A und AMSU-B.
AMSU-A misst die Strahlung einer Szene im Mikrowellenbereich. Der Sensor arbeitet dabei mit 15 Kanälen (23-90 GHz). Die Daten dieses Instruments werden in Kombination mit denen des High Resolution Infrared Radiation Sounders (HIRS) verwendet, um globale Temperatur- und Feuchtigkeitsprofile der Atmosphäre von der Erdoberfläche bis zur oberen Stratosphäre (2 hP-Niveau, ca. 48 km) zu erstellen. HIRS arbeitet im infraroten Spektralbereich und liefert Messungen oberhalb von Wolken bzw. aus wolkenfreien Gebieten. Das mikrowellenbasierte AMSU ermöglicht auch unter Bewölkung eine Sondierungen. Das mikrowellenbasierte AMSU ermöglicht auch unter Bewölkung eine Sondierungen. Ein vollständiger Scan dauert 8 Sekunden. Dabei hat AMSU-A ein FOV (field of view; englisch für Gesichtsfeld eines Sensors) von 3,3° (± 10 % im "half-power point") mit einer räumlichen Auflösung von 50 km im Nadir. Das Scan-Muster und die geometrische Auflösung ergeben eine Streifenbreite von 2.343 km bei einem Orbit von 833 km.
AMSU-B ist ein fünfkanaliges Mikrowellenradiometer zur Erfassung von Feuchteprofilen von der Erdoberfläche bis in die Höhe des 200 hP-Niveau (ca. 12 km Höhe). Es arbeitet mit zwei Kanälen im Bereich zwischen 89 und 150 GHz und weiteren drei im Bereich der Wasserdampfabsorptionsbanden 183,31 GHz (± 1, ± 3, and ± 7 GHz). AMSU-B umfasst ein FOV von 1,1° (± 10 %).
Reliefartig erhabener, räumlicher Eindruck beim beidäugigen Betrachten eines Anaglyphenbildes. Der Begriff wird auch synonym zu Anaglyphenbild verwendet.
Engl. anaglyph image, franz. anaglyphe; ein Stereobild, das aus zwei Halbbildern besteht, die in verschiedenen, optisch trennbaren Farben auf den gleichen Bildträger überlagert projiziert, gezeichnet, kopiert oder gedruckt sind. Die rechte Komponente wird z.B. in roter Farbe dargestellt und über die linke Komponente gelegt, die in einer anderen Farbe (üblicherweise hellgrün) angezeigt wird. Beim Betrachten mit einer ebenfalls farblich gefilterten und separierten Brille verschmelzen die beiden Bilder und geben somit einen Stereoeindruck wider. Dies kann sowohl analog mittels Bildern als auch digital am Bildschirm geschehen.
Rot-Grün- und Rot-Blau-Brillen zur Betrachtung von Anaglyphendarstellungen
Engl. anaglyphic method, franz. procédé des anaglyphes; Stereoskopie mit Hilfe eines Anaglyphenbildes und einer Farbfilterbrille (Anaglyphenbrille). Die Bildtrennung entsteht durch farbliche Ausfilterung spektraler Bereiche.
Form der Datendarstellung und -verarbeitung, bei der die Daten nicht digital (d.h. durch Ziffern, bzw. diskrete Werte) repräsentiert, sondern durch stetige (kontinuierliche) physikalische Größen, z.B. geometrische, mechanische und elektronische Größen, nachgebildet sind. Ein Beispiel ist die Darstellung von Objekten in Bildern durch unterschiedliche Schwärzung der photographischen Schicht.
Bezeichnung für alle Daten, die nicht in rechnergerechter Form vorliegen. Begriff wird z.B. im Zusammmenhang mit Karten und Dokumenten verwendet, die erst noch durch Digitalisierung in rechnerverarbeitbare Form gebracht werden müssen.
Engl. analogue image processing, franz. traitement analogique d'image; Sammelbegriff für alle photogrammetrischen Verfahren der optischen, geometrischen oder radiometrischen Umbildung, bei denen die Halbtöne des Bildes (meist) durchgehend erhalten bleiben, wie z.B. Kopie, Vergrößerung, Entzerrung, aber auch (bes. bei der Fernerkundung) zur Aufbereitung von Multispektralbild oder (additiven) Farbmischung mit Hilfe von Farbmischprojektoren.
Aufnahme- und Auswerteverfahren, welches durchweg die Bildinformation in photographischer Form enthält und mit analogen Mitteln (optisch, optisch-mechanisch, mechanisch) aus analogen Bildern eine Objektdarstellung, meist als graphisches Ergebnis, ermittelt.
Die photographische Aufnahme von Luft- und Satellitenbildern beruht auf dem Prinzip der Photographie: Durch ein Objektiv wird das aufzunehmende Objekt für meist nur kurze Zeit auf eine lichtempfindliche photographische Schicht als Informationsträger projiziert, die dadurch so verändert wird, dass durch den photographischen Prozess ein dauerhaftes Bild entsteht.
Engl. analogue image, franz. image analogique; Bild, bestehend aus einer orts- und wertkontinuierlichen, in physikalischen Größen definierten Bildfunktion (z.B. Grauwert im photographischen Bild). Ein farbiges analoges Bild ist durch drei Bildfunktionen (z.B. für die Grundfarben Rot, Grün, Blau) beschrieben (nach DIN 18716-2).
Radarsystem Engl. antenna (radar system), franz. antenne (système radar); nach DIN 18716 das "Bauteil eines Radarsystems, das die elektromagnetische Strahlung aussendet, die zur Aufnahme dient, und die vom Gelände reflektierten Anteile empfängt". Bei abbildenden Radarsystemen werden unterschieden:
die reale Antenne, wenn die wirksame Antennenlänge tatsächlich physisch gegeben ist;
die synthetische Antenne, wenn unter Ausnutzung des Dopplereffekts eine virtuelle Antennenlänge erzeugt wird.
Softwaregestütztes Randglättungsverfahren zur Vermeidung treppenstufenartiger Versetzungen bei Linien (Aliasing) infolge der graphischen Ausgabe auf raster- bzw. pixelbasierten Ausgabegeräten. In Abhängigkeit von der Auflösung des jeweiligen Gerätes werden die genannten Verzerrungen bei der Darstellung von Kurven oder Schrägen erzeugt, da diese nicht exakt durch die entsprechenden Pixel abgebildet werden können. Mit Hilfe verschiedener Routinen können die Verzerrungsbereiche hinsichtlich Farbe, Kontrast und Helligkeit ausgeglichen werden.
Engl. Akronym für Absorbed Photosynthetically Active Radiation; Sonnenenergie im Bereich von 400 - 700 nm, die von der grünen Pflanzendecke durch photosynthetische Prozesse verbraucht wird.
Öffnung, die den Lichteinfall auf die Optik eines Instruments ermöglicht.
In der Optik das Maß für die Leistung eines optischen Systems und für die Bildhelligkeit. Im Prinzip wird die Apertur bestimmt durch die Öffnung einer Linse, durch die Licht einfallen kann.
Die zur Ausstrahlungsrichtung eines Radarsystems senkrechte Fläche, durch die der Hauptteil der Strahlung tritt. Sie kennzeichnet die azimutaleAuflösung eines Radar eines Radarsystems. Man unterscheidet: - die reale Apertur, wenn die azimutale Auflösung durch die wirkliche Antennenlänge bestimmt ist, - die synthetische Apertur (SAR), wenn die azimutale Auflösung durch eine virtuelle (synthetische) Apertur bestimmt ist.
Engl. apogee, franz. apogée; auf einer elliptischen Umlaufbahn der Punkt, an dem ein Satellit am weitesten von der Erde (Erdmittelpunkt) entfernt ist. Zieht man von dieser Entfernung den Erdradius ab, so erhält man die Maximalhöhe der Satellitenbahn über der Erdoberfläche. (Ggs. Perigäum)
Punkt auf dem elliptischen Orbit eines Raumschiffes, an dem dieses am weitesten von dem Körper entfernt ist, den es umläuft. Ist dieser Körper die Erde, wird der Begriff Apogäum verwendet, im Falle der Sonne der Begriff Aphel. (Ggs. Perizentrum)
Die zwei Punkt einer elliptischen Bahn, die am nächsten und am fernsten vom Schwerpunkt liegen. Die Verbindungslinie heisst Apsidenlinie. Die Apsiden der Erdbahn heissen Perihel (am nächsten bei der Sonne) und Aphel (sonnenfernster Punkt).
Engl. Akronym für Automatic Picture Transmission; Verfahren zur Übertragung der analogen Bilder der NOAA-Wettersatelliten. Es wird bei künftigen Satelliten nicht mehr zum Einsatz kommen, da dann nur noch digitale Übertragungen erfolgen.
Im Rahmen von ESE und EOS eingesetzter Satellit der NASA zur Ermittlung von genauen ozeanographischen und atmosphärischen Messdaten mit dem Ziel eines besseren Verständnisses des Erdklimas und seiner Änderungen. Seine Sensoren messen während der zunächst auf 6 Jahre angelegten Mission Bewölkung, Niederschlag, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Schneebedeckung, Meereseis und Meeresoberflächentemperatur.
Aquas Orbit
Auf einer niedrigen, sonnensynchronenUmlaufbahn (705 km) mit 98,2 Grad Neigung überquerte Aqua den Äquator ursprünglich jeden Tag zur selben Zeit. Aqua befand sich während der meisten seiner ersten 20 Jahre als dritter Satellit im sogenannten "A-Train" mit mehreren anderen Satelliten (OCO-2, der japanische GCOM W1, PARASOL, CALIPSO, CloudSat und Aura). Im Januar 2022 verließ Aqua jedoch den "A-Train" (wie bereits Cloud Sat, CALIPSO und PARASOL), als er aufgrund seiner begrenzten Treibstoffvorräte in einen frei driftenden Modus überging, bei dem die Zeit des Äquatorübergangs von seiner streng kontrollierten Umlaufbahn langsam auf spätere Zeiten verschoben wird. Aqua ist zu Anfang des Jahres 2023 noch immer aktiv.
Aufgaben
Als wissenschaftlicher Forschungssatellit untersucht er nicht nur den Niederschlag, die Verdunstung und den Kreislauf des Wassers. Vielmehr hat diese geowissenschaftliche Mission ein sehr hohes Maß an Präzision bei der Durchführung der wichtigsten Langzeitmessungen bewiesen. Diese hochkalibrierten Messungen der Strahlungsdichte, des Reflexionsgrads und der Rückstreuung wurden zur Kreuzkalibrierung früherer und aktueller Sensoren der NASA sowie einer Vielzahl von Sensoren anderer Behörden und der internationalen Gemeinschaft verwendet. Tausende von Wissenschaftlern und Nutzern aus der ganzen Welt haben die Aqua-Daten genutzt, um die sechs interdisziplinären erdwissenschaftlichen Schwerpunktbereiche der NASA zu bearbeiten: Atmosphärische Zusammensetzung, Wetter, Kohlenstoffkreislauf und Ökosysteme, Wasser- und Energiekreislauf, Klimavariabilität und -veränderung sowie Erdoberfläche und Erdinneres.
CERES (Cloud's and the Earth's Radiant Energy System)
HSB (Humidity Sounder for Brazil) und als Hauptinstrument
MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer).
Datenbeispiel 1: River of Haze
Der MODIS-Sensor an Bord des NASA-Satelliten Aqua nahm das folgende Bild eines dicken Dunststroms (haze) über Nordindien und Bangladesh am 10. Januar 2013 auf. Es ist eine häufige Erscheinung im Winter. Der Dunst oder Smog entstammt vermutlich einer Mischung von städtischer und industrieller Luftverschmutzung, landwirtschaftlichen Feuern kombiniert mit einem regionalen meteorologischen Phänomen, einer Temperaturinversion. Gewöhnlich ist die Luft in höheren Atmosphärenschichten kühler als die in Bodennähe, eine Situation, die es warmer Luft erlaubt, aufzusteigen und dabei Schadstoffe zu verteilen. Allerdings reichert sich im Winter oft Kaltluft über Nordindien an und hält so die Verschmutzung in unteren Luftschichten, wo sie für die menschliche Gesundheit sehr nachteilig ist.
Die schlechte Luftqualität ist im vergangenen Jahrzehnt zu einem bedeutenden Problem für Indien und Bangladesh geworden. Nach einer Studie stieg in Indiens Großstädten zwischen 2002 und 2010 die Luftbelastung schneller an, als in den rasch wachsenden Städten Chinas. Viele indische Städte verzeichneten zweistellige Zuwächse der Luftbelastung. Kalkutta, Indiens drittgrößte Stadt, erreicht einen Anstieg von 11,5 %, Bangalore erzielte mit 34 % den stärksten Zuwachs aller indischen Städte.
Datenbeispiel 2: Steigende Temperaturen der Meeresoberfläche im Golf von Mexiko
Meeresoberflächentemperaturen im Golf von Mexiko erwärmen sich auf natürliche Weise wegen der sommerlichen Temperaturzunahme. Diese warmen Wassertemperaturen begünstigen die Bildung von tropischen Stürmen und Hurrikanen im Golf von Mexiko und vor der Ostküste der USA. Im Allgemeinen tendieren Hurrikane dazu, sich über warmen tropischen Ozeanen zu bilden, deren Wasser ca. 28 °C oder höher ist. Diese Gebiete sind in der Grafik links gelb, orange und rot eingefärbt.
Die Grafik entstand auf der Basis von gemischten Daten aus dem Mikrowellen- und Infrarotbereich, aufgenommen von den Instrumenten AMSR-E und MODIS an Bord des Satelliten Aqua und des Instruments TMI an Bord des Satelliten TRMM.
Steigende Temperaturen der Meeresoberfläche im Golf von Mexiko
Syn. SAC-D (span. Satelite de Aplicaciones Cientificas-D, dt. Satellit für wissenschaftliche Anwendungen-D); eine am 10. Juni 2011 von Vandenberg Air Force Base mit einer Delta II 7320-10 gestartete Satellitenmission zur Messung des Salzgehalts der Meeresoberfläche (Sea Surface Salinity, SSS), dessen Variabilität für die Klimabeobachtung von großer Bedeutung ist. Der Name Aquarius für die Mission entstammt der Bezeichnung für das Hauptinstrument des Satelliten. Insgesamt trägt der Satellit 7 Instrumente zur Umweltbeobachtung sowie ein Technologie-Demonstrationspaket.
Folgend eine Darstellung des Raumfahrzeugs Aquarius/SAC-D, einem gemeinsamen Projekt zwischen NASA und der argentinischen Raumfahrtagentur unter Beteiligung von Brasilien, Kanada, Frankreich und Italien. Aquarius, das von der NASA gebaute Hauptinstrument auf der Sonde, nahm die ersten weltraumgestützten Messungen des Salzgehalts der Ozeanoberfläche vor, eine wichtige fehlende Variable in der Satellitenbeobachtung der Erde, die einen Zusammenhang zwischen der Ozeanzirkulation, dem globalen Süßwasserhaushalt und dem Klima herstellt.
Die folgende Grafik veranschaulicht wie Wissenschaftler mit einer beispiellosen Methodenvielfalt eine der salzreichsten Regionen im Atlantik untersuchten. Das Projekt war Teil des Experiments Salinity Processes in the Upper Ocean Regional Study (SPURS), in Kombination mit NASAs Aquarius Mission.
SPURS verwendete existierende ARGO-Bojen und Instrumente auf Handelsschiffen, ferner Oberflächendrifter, verankerte Bojen, Torpedo-ähnliche Gleiter, ein autonomes U-Boot, sowie auf einem Forschungsschiff installierte Instrumente um ein detailliertes, dreidimensionales Bild der ozeanischen Prozesse zu erzeugen, die die Salinität beeinflussen.
Aquarius Mission Data to Help Multi-Facet Study Quelle: NASA
Der Satellit sollte 5 Jahre im Orbit verbleiben, das Hauptinstrument nur drei Jahre arbeiten. Im Juni 2015 versagte die Stromversorgung des Satelliten, was zur Beendigung der Mission führte. Die Kenntnis der SSS und ihrer Dynamik ist wesentlich für das Verständnis der Meeresströmungen und der Austauschprozesse der Ozeane mit der Atmosphäre, z.B. auch des globalen Wasserkreislaufs. Als Folge der spärlichen in situ SSS-Beprobung der Meere ist der wissenschaftliche Fortschritt eingeschränkt. Die globale Sicht soll durch Aquarius ermöglicht werden. Aquarius wird die Prozesse beobachten und modellieren, die Salinitätsschwankungen mit Veränderungen der Ozeanzirkulation und des Klimas verbinden. Für die hohen Breiten werden Informationen über mögliche Veränderungen im Wärmetransport der Meeresströmungen erwartet, für die Tropen Informationen über Vorgänge, die Monsune und El Niño/Southern Oscillation beeinflussen können.
Aquarius trägt ein Radiometer und ein Scatterometer. Die Bodenkalibrierung erfolgt über in situ-Sensoren auf Bojen oder Schiffen. Die folgende, mit dem Instrument Aquarius erstellte Karte belegt vorwiegend wohlbekannte Muster der Ozeansalinität, wie z.B. die höheren Werte in den Subtropen, die höhere Durchschnittssalinität des Atlantik im Vergleich zum Indischen und zum Pazifischen Ozean und auch die geringere Salinität im äquatornahen Regengürtel, im nördlichsten Pazifik und an anderen Stellen. Diese Verteilungsmuster haben einen engen Bezug zu den Niederschlags- und Verdunstungsmustern über dem Ozean, dem Süßwasserzustrom von Flüssen und der Ozeanzirkulation. Aquarius beobachtet mögliche Veränderungen dieser Sachverhalte und untersucht deren Verknüpfung mit Klima- und Wettervariationen.
Regionale Besonderheiten kommen deutlich zum Ausdruck, auch der scharfe Kontrast zwischen dem ariden hochsalinaren Arabischen Meer im W des indischen Subkontinents und der niedersalinaren Bucht von Bengalen im O, die stark vom Gangeszufluss und den südasiatischen Monsunniederschlägen dominiert wird. Es kommen auch kleinere, aber bedeutende Details zum Ausdruck, wie das unerwartet große Ausmaß an niedersalinarem Wasser vor dem Mündungsbereich des Amazonas.
Erste globale Salinitätskarte
Die erste globale Salinitätskarte von oberen Schichten der Ozeane des Instruments Aquarius zeigt ein reiches Bildmuster der globalen Salzgehaltsverteilung. Sie demonstriert die Fähigkeit des Sensors die großräumige Salinitätsunterschiede deutlich und mit scharfem Kontrast aufzuzeigen. Das Bild weist eine deutlich bessere Qualität auf, als zu diesem frühen Stadium der Mission erwartet wurde.
Die vorliegende Karte ist ein Komposit aus Daten der ersten zweieinhalb Wochen seit Aquarius am 25.8.2011 den operationellen Dienst aufnahm. Die Zahlenwerte geben die Salzkonzentration in Promille wieder (Gramm Salz pro Kilogramm Meerwasser). Gelbe und rote Farben stehen für Gebiete mit höherer Salinität, Blau und Purpur repräsentieren Gebiete mit geringerer Salinität. Schwarz eingefärbte Gebiete stehen für Datenlücken. Die durchschnittliche Salinität in der Karte beträgt ca. 35.
Die Karte zeigt überwiegend bekannte Merkmale des Salzgehalts der Ozeane, wie den höheren Salzgehalt in den Subtropen, den höheren durchschnittlichen Salzgehalt im Atlantischen Ozean im Vergleich zum Pazifischen und Indischen Ozean und den niedrigeren Salzgehalt in Regengürteln in Äquatornähe, im nördlichsten Pazifik und anderswo. Diese Merkmale hängen mit großräumigen Mustern von Niederschlägen und Verdunstung über dem Ozean, Flussabflüssen und der Ozeanzirkulation zusammen. Aquarius wird beobachten, wie sich diese Merkmale im Laufe der Zeit verändern, und ihren Zusammenhang mit Klima- und Wetterschwankungen untersuchen.
Andere wichtige regionale Merkmale sind deutlich erkennbar, darunter der scharfe Kontrast zwischen dem trockenen, stark salzhaltigen Arabischen Meer westlich des indischen Subkontinents und dem salzarmen Golf von Bengalen im Osten, der vom Ganges und den Monsunregenfällen in Südasien dominiert wird. Die Daten zeigen auch wichtige kleinere Details, wie z. B. ein größeres Ausmaß an Wasser mit niedrigem Salzgehalt als erwartet, das mit dem Abfluss des Amazonas verbunden ist.
AQUARIUS - Erste globale Salinitätskarte Quelle: NASA
Gedachte Fläche durch die Erde oder durch einen anderen Himmelskörper an ihrem Äquator. Ein Satellit auf einer Umlaufbahn 'kreuzt' nicht wirklich den Äquator, sondern die Äquatorebene.
Engl. equidensity, franz. équidensité; nach DIN 18716 eine "Isolinie, die Punkte gleicher Grauwerte in einem Bild miteinander verbindet". Äquidensiten sind wesentliche Bestandteile von Schwellenwertbildern. Bei analogenLuftbildern handelt es sich bei den Äquidensiten um Linien oder Flächen gleicher Dichte oder Schwärzung eines Negativs oder Dia-Positivs. Bei digitalenBildern werden sie durch die Zusammenfassung eines Grauwertintervalls zu einem einzigen Grauwert erzeugt.
Eine Fläche konstanten Potentials, das heißt konstanter potentieller Energie in einem Potentialfeld. Diese Fläche steht stets senkrecht zu den Feldlinien.
Beim Schwerepotential ist die Äquipotentialfläche eine Fläche, deren Punkte alle dasselbe Schwerepotential haben. Die Schwerebeschleunigung ist der Gradient (der Anstieg) des Schwerepotentials. Daher ist auf einer Äquipotentialfläche der Schwere die Schwerebeschleunigung nicht konstant. An den Polen ist die Schwerebeschleunigung größer als am Äquator. Manche Höhensysteme verwenden diese Potentialflächen der Erde zur Höhendefinition. Das Geoid ist eine Äquipotentialfläche des Schwerefelds der Erde (Geopotential).
Kostenloses, inzwischen obsoletes Programm der Fa. Esri zur Darstellung, Abfrage und Auswertung von Geodaten. ArcExplorer ist mittlerweile von ArcGIS Explorer abgelöst.
Fernerkundungstechnologien nehmen im Gesamtinstrumentarium archäologischer Untersuchungsmethoden einen zunehmend größeren Raum ein. Sie liefern den Archäologen Daten, die mit herkömmlichen Ausgrabungstechniken nicht erhältlich wären. Die Datengewinnung stützt sich vor allem auf bildgebende Instrumente, die in Flugzeugen, Hubschraubern, Luftschiffen, Fesseldrachen, Ballonen, Drohnen, an Teleskopmasten und in Satelliten zum Einsatz kommen.
Historische Städte, Befestigungsanlagen oder alte Kultstätten erscheinen während einer Überfliegung in völlig neuartiger Perspektive. Dies fiel Piloten bereits in den frühen Phasen der Fliegerei auf. Während des Ersten Weltkrieges wurden durch Piloten einer deutschen Fliegerstaffel alte Stadtanlagen in Syrien, Palästina und Westarabien fotografiert. In diesen Luftbildern waren sogar bis dahin unbekannte Grabanlagen, ehemalige Römerstraßen oder ganze Siedlungsgrundrisse zu erkennen. Stonehenge war die erste archäologische Fundstätte in England, die aus der Luft fotografiert wurde. Die Fotos wurden 1906 aus einem Fesselballon von Lieutenant Philip Henry Sharpe aufgenommen, Mitglied der Royal Engineers’ Balloon Section. Noch früher, im Jahre 1899, wurden Luftaufnahmen von Ausgrabungen im Forum Romanum angefertigt. Und als erster Einsatz von Luftbildern für archäologische Zwecke überhaupt, gelten die Aufnahmen des deutschen Franz Stolze, der 1879 - vermutlich aus einem Heißluftballon - die Ausgrabungen von Persepolis dokumentierte.
Sharpe's Aerial View of Stonehenge, Wiltshire (1906)
Vertikale Ansicht von Stonehenge, aufgenommen von einem Militärbeobachtungsballon der Royal Engineers durch den 2. Lt. Ph. H. Sharpe, wahrscheinlich im Juni oder Juli 1906, und zeigt Stonehenge 5 Jahre nachdem es eingezäunt wurde. Der Norden ist in Richtung des oberen Randes des Bildes. Der Stacheldrahtzaun verläuft entlang der östlichen Seite des Weges, der die westliche Seite der Einfriedung durchquert. Es wurde 1901 akzeptiert, dass dieser Weg im Gegensatz zu den anderen hier sichtbaren Wegen ein öffentliches Wegerecht war. Besonders interessant an diesem historischen Foto sind die Holzverstrebungen, die viele der stehenden Steine tragen.
Nachdem die Fotos 1907 in der Zeitschrift der Society of Antiquaries veröffentlicht wurden, erkannten die Archäologen allmählich den Wert der Luftbildfotografie als eine Schlüsseltechnik zur Entdeckung, Aufzeichnung und Interpretation von Spuren der Vergangenheit.
Der Fesselballon der Brigata Specialisti der Militäringenieure der italienischen Armee im Mittelschiff der Basilika von Maxentius.
Im Jahr 1898 wurde der berühmte venezianische Architekt Giacomo Boni mit der Leitung neuer Ausgrabungen auf dem Forum Romanum (1899-1911) und auf dem Palatinhügel beauftragt. Um Luftaufnahmen zu erhalten, zog Boni den Militärballon der Brigata Specialisti des italienischen Militärs heran, der vom italienischen Ingenieurkorps eingesetzt wurde. Er war erstaunt über die Möglichkeit, die Stätte anhand von Bildern, die 400 m über dem Boden aufgenommen wurden, genauer zu zeichnen und zu kartieren, und unternahm tatsächlich mehrere Fahrten mit dem Ballon, bevor er seinen Freunden begeisterte Briefe über das Abenteuer schrieb.
Die Ursache für die plötzliche Sichtbarkeit von Objekten beim Einsatz von Methoden der Luftbildarchäologie liegt zum einen in der Vogelperspektive, die einen Überblick über die Grundrissformen und Zusammenhänge bietet, welche von der Erdoberfläche aus nicht zu erkennen sind, zum anderen werden an der Oberfläche sonst nicht mehr sichtbare archäologische Objekte unter bestimmten Bedingungen wahrnehmbar. Beispielsweise verraten bei der Betrachtung von oben und bei sehr niedrigem Sonnenstand schon kleine Unebenheiten im Gelände aufgrund ihres Schattenwurfs den Verlauf von Gräben, Wällen oder anderen charakteristischen Merkmalen. Dadurch können teilweise ehemalige Siedlungen, alte Flureinteilungen oder auch Grenzanlagen, wie der römische Limes, sichtbar werden. Aber auch unterschiedlich starke Bewuchsmerkmale auf Feldern oder Wiesen verdeutlichen die Spuren archäologischer Objekte. Diese Bewuchsmerkmale zeigen, dass sich der Wurzelraum der Pflanzen an diesen Stellen von der unbeeinflussten Umgebung unterscheidet. Es kann sich dabei um positive Merkmale (alte Gräben, die zu besserem Bewuchs infolge besserer Bewässerung führen) oder aber auch um negative Merkmale (Mauerreste, die den Wurzelraum einengen und die Pflanzen so in ihrer Entwicklung hemmen) handeln.
Ein aufkommender Zweig der prospektierenden Archäologie ist die Satellitenarchäologie, bei der hochauflösende Satellitensensoren zum Einsatz kommen, die über ihre Empfindlichkeit im thermischen und infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums potentielle Fundstellen bis zu einer Tiefe von ca. 1 Meter anzeigen können. Die von den Satelliten empfangene Strahlung wird in Bilder umgesetzt und diese werden von Archäologen nach feinen Anomalien untersucht, die sich an der Erdoberfläche zeigen können.
Fernerkundung ist in der Archäologie eine nicht-invasive Methode zur Kartierung und Überwachung von potentiellen archäologischen Fundstätten in einer sich permanent wandelnden Welt. Probleme wie Verstädterung, Raubgrabungen und Grundwasserverschmutzungen können für solche Fundstätten eine Gefahr darstellen. Satelliten- und Luftbilder sind vor allem Werkzeuge für großräumige Erkundungen und gezielte Ausgrabungen. Alle archäologischen Projekte benötigen aber letztlich die Arbeit vor Ort, um sich Klarheit über potentielle Funde zu verschaffen.
Bodenbasierte geophysikalische Methoden wie Boden- bzw. Georadar, Magnetometrie und Widerstandsprospektion werden ebenfalls zur Bilddarstellung in der archäologischen Forschung eingesetzt. Gelegentlich werden auch sie als fernerkundliche Verfahren eingestuft.
Ein weiteres Hilfsmittel, mit dem Informationen aus fernerkundlichen oder geophysikalischer Methoden weiterverarbeitet werden können, sind Geographische Informationssysteme (GIS). Beispielsweise können dabei Luftbilder von archäologischen Fundstellen zunächst entzerrt und im GIS umgezeichnet werden. Die Layerstruktur des GIS ermöglicht es, die entzerrten Bilder und die Umzeichnungen getrennt voneinander abzulegen und je nach Aufgabenstellung ein- und auszublenden. Zusätzlich können weitere Informationsebenen, wie die Bodenbeschaffenheit zugeschaltet oder topographische Karten unterschiedlicher Maßstäbe unterlegt werden. Die Ergebnisse der Kartierungen und Abfragen bieten den Ausgangspunkt für die archäologische Interpretation.
Der Satellit ist ein Beitrag zum ESA-Erdbeobachtungsprogramm Earth Watch und soll als Vorläufer für eine geplante Konstellation von Wettersatelliten zur Verbesserung der Wettervorhersagen für die Polarregionen dienen.
Diese mögliche Satellitenkonstellation würde einen nahezu konstanten Strom von Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten von jedem Punkt der Erde aus liefern. Damit wären erstmals sehr kurzfristige Wettervorhersagen – das so genannte "Nowcasting" – in der Arktis möglich, und Stürme oder extreme Wetterbedingungen könnten besser vorhersagt werden.
Schon heute stellen Satelliten in geostationären sowie in polaren Umlaufbahnen umfassende Informationen zur Verfügung, die Meteorologen regelmäßig für die Vorhersage des Wetters nutzen. Allerdings bleibt die Abdeckung der Arktis aufgrund der speziellen Umlaufbahnen aktueller Satelliten unzureichend.
So befinden sich die europäischen, geostationären Meteosat-Satelliten in einer Höhe von 36.000 km über dem Äquator und liefern alle 15 Minuten Bilder des für ihn sichtbaren Bereichs der Erde, sowie alle 5 Minuten Aufnahmen von Europa. Gebiete in höheren Breitengraden, also solche, die sich näher an den Polen befinden, können sie aber nicht abbilden. Somit können sie nicht genutzt werden, um das Wetter in der Arktis vorherzusagen.
Die MetOp-Satelliten wiederum liefern aufgrund ihrer niedrigeren Umlaufbahn von Pol zu Pol zwar Daten über die Polregionen, da sie aber alle Breitengrade überfliegen, ergeben sich relativ große Zeitabstände zwischen den einzelnen Datenpunkten. Atmosphärische Parameter sind jedoch ständigen Veränderungen unterworfen, weshalb für präzise Wettervorhersagen Daten mit hoher zeitlicher Auflösung benötigt werden.
Daten zum Arctic Weather Satellite:
Satellite: Three-axis stabilised, 120 kg Dimensions: 1.1 m x 0.7 m x 0.8 m Instrument: Total power microwave radiometer, 19 channels Power: 120 W Life: At least five years Orbit: 600 km, sun-synchronous Prime contractors: Mission: OHB (SE); instrument: Omnisys (SE); ground segment: Thales Alenia Space (FR) Launch: 2024 Mission control: Tromsø and Svalbard (NO) Data: Science data downlinked to Svalbard (NO) and distributed through Eumetsat's EUMETCast system. Direct Data Broadcast always on.
Die polarumlaufende Mission Arctic Weather Satellite wird aus 600 km Höhe häufigere globale Messungen der Atmosphärentemperatur und der Luftfeuchtigkeit liefern und so die MetOp-Satelliten sowie deren US-amerikanisches Pendant, das NOAA Joint Polar Satellite System, ergänzen. Dies wird besonders die Wettervorhersagen für den arktischen Raum verbessern, für die bislang nicht genügend Daten für kurzfristigere Vorhersagen zur Verfügung stehen.
Zu diesem Zweck wird der AWS-Satellit ein 19-kanaliges, spurübergreifendes Mikrowellenradiometer tragen, das die notwendigen hochauflösenden Feuchtigkeits- und Temperaturmessungen der Atmosphäre unter allen Wetterbedingungen liefert.
OHB in Schweden leitet das Industriekonsortium zum Bau des Satelliten, zu dem auch Omnisys in Schweden als Generalunternehmer für das Mikrowellenradiometer sowie Thales Alenia Space in Frankreich als Generalunternehmer für das Bodensegment gehören. Insgesamt umfasst das Industrieteam 31 Unternehmen, darunter 14 kleine und mittelständische Unternehmen aus zwölf ESA-Mitgliedsstaaten. Auch Deutschland ist stark durch KMU vertreten, die wichtige Hardware für die Instrumenten- und die Satellitenplattform beisteuern.
Der Start des Arctic Weather Satellite ist für 2024 geplant. Die später geplante Satellitenkonstellation würde die ESA in Zusammenarbeit mit EUMETSAT entwickeln, und zwar im Rahmen derselben Vereinbarung, unter der schon die Meteosat- und MetOp-Satelliten umgesetzt wurden.
Engl. Akronym für Array for Realtime Geostrophic Oceanography; ein seit 2000 bestehendes internationales Programm zur Erforschung der Ozeane mit Hilfe von autonomen, profilierenden Tiefendriftkörpern (Treibbojen, floats). Bis zum Jahr 2005 sollten 3.000 dieser sog. Floats eingesetzt werden, inzwischen ist das Ziel übertroffen. Der Name 'Argo' wurde gewählt, um die starke Komplementärbeziehung zwischen der Treibbojenflotte mit der Altimetermission der Satellitenserie Jason zu betonen. (In der griechischen Mythologie segelte Jason mit seinem Schiff, der Argo, auf der Suche nach dem goldenen Vlies).
Argo ist inzwischen ein globales Netz von ca. 4000 frei treibenden Floats, die die Temperatur und den Salzgehalt der oberen 2000 m der Ozeane messen. Dieses Beobachtungsnetz erlaubt es zum ersten Mal, Temperatur, Salinität und Strömungsgeschwindigkeiten des oberen Ozeans zu überwachen und die gesamten Daten zu übertragen und innerhalb von wenigen Stunden öffentlich verfügbar zu machen.
Die schlanken, gelb lackierten Messsonden aus Aluminium sind i.d.R. 1,80 m hoch und wiegen ca. 35 kg; an ihrer Spitze sitzt eine 50 cm lange Funkantenne. Daneben birgt ein 30 cm langer rüsselförmiger Behälter das wichtigste Bauteil mit den hoch empfindlichen Messgeräten. Die Floats verfügen über keinen eigenen Antrieb, sondern treiben bis zu fünf Jahre lang mit den Meeresströmungen.
Die Tauchtiefe wird reguliert über die Volumenänderung einer externen Gummiblase. Die meiste Zeit bleiben die Sonden 1.000 Meter unter dem Wasserspiegel. Einmal alle zehn Tage sinken sie computergesteuert auf 2.000 Meter ab. Von dort unten steigen sie anschließend langsam auf und messen etwa alle 20 m die Wassertemperatur und den Salzgehalt. Ehe die Messsonde von der Wasseroberfläche (Verweildauer 4-8 h) wieder auf ihre Position in 1.000 Meter absinkt, funkt sie die Daten an einen Satelliten (ARGOS-System).
Mehr als die Hälfte der aktuellen Argo-Flotte nutzt inzwischen GPS, um ihre Position zu ermitteln, und Kommunikationssatelliten von Iridium, um die im letzten Zyklus gesammelten Daten zu übertragen und neue Missionsanweisungen herunterzuladen, falls verfügbar. Durch den Einsatz von GPS und Iridium verbringen die Floats weniger Zeit mit der Datenübertragung an der Oberfläche, was das Risiko des Anschwemmens an Land verringert. Dieser Fortschritt bedeutet, dass das Argo-Programm Floats in Randmeeren wie dem Mittelmeer und dem Golf von Mexiko einsetzen kann. Durch die Verwendung von Iridium können auch mehr Daten zurückgesendet werden, einschließlich mehr Beobachtungen und mehr Informationen über den Zustand der Boje.
In Kombination mit Peilungen der Telemetriesatelliten kann aus diesen Daten ein dreidimensionales Bild der Strömungen errechnet werden.
Kurzfristig lassen sich die Strömungsdaten zur Erstellung von Seewetterberichten nutzen, der Vorhersagen für ein bis zwei Monate ermöglicht. Schiffsführer könnten danach die Route auswählen, auf der die Strömung optimal zu nutzen ist. Auch die Stärke eines Hurrikans oder Taifuns lässt sich so frühzeitig abschätzen. Daneben ermöglichen die Floats auch mittel- und längerfristige Vorhersagen. Die Daten werden in Ozeanmodelle und in gekoppelte Vorhersagemodelle integriert, sie dienen der Datenassimilation und dem Austesten von dynamischen Modellen.
Mittelfristig kann man z.B. anhand der Strömungsdaten aus dem südlichen Atlantik feststellen, ob in Südafrika für das nächste Halbjahr mit trockenerem oder feuchterem Wetter zu rechnen ist. Farmer haben so die Möglichkeit, rechtzeitig die an die Witterung angepassten Pflanzen auszuwählen. Langfristig ermöglichen die Meeresdaten Aussagen über die globale Erwärmung oder Abkühlung der Ozeane und damit verbundene weltweite Klimaveränderungen.
ARGO schließt eine Lücke der Ozeanbeobachtung: Während seit einiger Zeit die Meeresoberfläche mit Satellitensystemen wie mit dem inzwischen inaktiven TOPEX/Poseidon und mit der aktuellen Jason-Familie bei Altimetrie-Missionen global und synoptisch beobachtet wird, fehlen flächendeckende Informationen über die Tiefen. Bisherige Beobachtungen waren nur punktuell bzw. folgten den Schiffsrouten.
Die Aussetzung von ARGO Floats begann im Jahr 2000. Das ARGO-Netz ist Bestandteil folgender internationaler Programme:
Global Climate Observing System/Global Ocean Observing System (GCOS/GOOS)
Climate Variability and Predictability Experiment (CLIVAR)
Global Ocean Data Assimilation Experiment (GODAE).
Das ARGO-Messnetz - Stand vom 10. Januar 2024
Die nebenstehende Grafik zeigt die Anzahl und Verteilung der Driftkörper. Zwar ist das zwischenzeitliche Ausbauziel von 3000 Exemplaren schon übertroffen, aber um diesen Stand zu halten, müssen die beteiligten Staaten ca. 800 Drifter neu einsetzen. Darüber hinaus strebt das Argo-Programm an, die Ozeane möglichst komplett abzudecken. Selbst mit fast 4000 aktiven Floats gibt es heute noch einige Meeresgebiete, die überbesetzt sind, während andere Lücken aufweisen, die mit zusätzlichen Floats gefüllt werden müssen.
Nach dem vieläugigen Riesen aus der griechischen Mythologie benanntes, 1978 eingerichtetes satellitengestütztes System, um Messdaten von festen Objekten abzufragen, sowie bei nicht ortsfesten Objekten auch von deren Position mit Hilfe des Dopplereffekts.
Argos ist ein Telemetrie-Kommunikationspaket zur Weiterleitung der Daten von Messbojen und anderen weit verteilten automatischen Messeinrichtungen vorwiegend mit dem Ziel des Umwelt-Monitorings. Dieser Funkempfänger ermöglicht die Geolokalisierung von Sendern auf der Erdoberfläche sowie die Datenübertragung von diesen Sendern. Beispielsweise erhalten Zugvögel kleine Sender, um ihre Flugrouten zu verfolgen. DCS steht für Remote Data Collection System. Das Rettungssystem COSPAS-SARSAT ist eine Spezialanwendung von Argos.
Die Transmitter (engl. platform transmitter terminals, PTT), senden eine Trägerfrequenz von 401,65 MHz, auf der sie eine Nachricht von 32 Bytes aufmodulieren. Die Übertragungszeit beträgt 360-920 ms, die Pausen zwischen der Wiederholung des Signals 45-200 s. Die Positionsermittlung erfolgt nach dem Dopplerverfahren. Satelliten empfangen das Signal und leiten es an eine Bodenstation weiter. Aus der Doppler-Frequenzverschiebung ergibt sich die Entfernung von der Signalquelle zum Satelliten. Der Empfang durch mehrere Satelliten und den Vergleich mit Höhenprofilen des Erdbodens führt zu einer eindeutigen Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit besser als 150 m.
Zur Zeit empfangen sechs Satelliten die Argos-Signale, davon 3 polarumlaufende NOAA-Satelliten (NOAA-15, NOAA-18, NOAA-19), zwei EUMETSAT-Satelliten (Metop-A & Metop-B) und 1 ISRO-Satellit (Indian Space Research Organization satellite) mit der Bezeichnung SARAL. Die Satelliten umkreisen die Erde auf einer polaren Flugbahn in 850 km Höhe. Ihr Footprint (dt. Fußabdruck, erfasster Bereich auf dem Boden) hat einen Durchmesser von ca. 5.000 km. Sie überfliegen den Äquator ca. 6-7 Mal am Tag, die Polarregion ca. 14 Mal, so dass eine Ortung spätestens nach vier Stunden erfolgt.
Die NOAA (USA), NASA (USA) und CNES nahmen Argos 1978 gemeinsam in Betrieb. Betreiber des Hauptkontrollzentrums in Toulouse ist CLS unter Beteiligung von CNES, das zweite Kontrollzentrum befindet sich in Largo, Maryland (USA). Neben den drei Hauptempfangsstationen – Wallops Island (Virginia, USA), Fairbanks (Alaska, USA) und Lannion (Frankreich) – unterhält Argos mehr als zehn regionale Zentren, verteilt auf allen Kontinenten.
EUMETSAT stattete den Satelliten Metop-A mit Argos-Transpondern der dritten Generation aus. Sie erhöhen die Signalempfindlichkeit um ca. 3 dB, die Datenübertragungsrate auf 4,8 kbps, die Bandbreite von 80 kHz auf 110 kHz und erlauben, nicht nur Daten von den PTT zu empfangen, sondern auch dorthin zu übertragen. Bereits der japanische Satellit ADEOS-II verfügte über diese Möglichkeiten bis zu seinem Ausfall im Oktober 2003.
Während bei den GNSS-Systemen wie GPS der Empfänger auf der Erde seine Position aus der Beobachtung der Satelliten berechnet, ist der Weg bei der Dopplermethode umgekehrt. Ein kleiner Sender schickt ein Signal zu Satelliten, die daraus seine Position bestimmen und über ein Kommunikationsnetz (Telefon, Internet) an mögliche Empfänger weiterleitet. Die Methode erlaubt den Bau kleiner preiswerter Sender. Sie wiegen weniger als 20 g und haben eine Betriebsdauer von einem Jahr und mehr. Für viele Anwendungen ist die Ortsauflösung von weniger als 200 m ausreichend. Auch ist die Kapazität, anders als bei GNSS, begrenzt.
Die Wanderungen von Zugvögeln, Tierherden oder Wassertieren lassen sich verfolgen, genauso wie die Bewegungen von Schiffen oder auch einzelnen Containern. Bojen geben Auskunft über die Oberflächenströmungen der Meere und teilen ortsaufgelöst Wetterdaten wie Temperatur oder Windgeschwindigkeit mit.
PTT, deren Positionen auf der Erde exakt ausgemessen wurden, dienen als Referenzstationen zur Bahnbestimmung der Satelliten. Das System DORIS misst die Flughöhe des Satelliten mit einem Fehler von weniger als 1 cm.
Argos-4
Argos-4 ist die Fortsetzung des ARGOS-Programms von NOAA/CNES zur Erfassung einer Vielzahl von Daten von stationären und mobilen Sendern auf der ganzen Welt. Zu den Anwendungen gehören Umweltüberwachung, Meeresfischerei, maritime Sicherheit, Offshore-Anwendungen und humanitäre Hilfe.
Im Gegensatz zu früheren DCS/ARGOS-Instrumenten auf NOAA-Plattformen und auf Metop befindet sich Argos-4 als "Hosted Payload" an Bord des polarumlaufenden Satelliten GAzelle von General Atomics. Von der neuseeländischen Halbinsel Māhia aus erfolgte am 7. Oktober 2022 der Start des ersten Exemplar einer geplanten Konstellation von 25 ARGOS-4-Satelliten, die bis 2024 realisiert werden soll.
Argos-4 schließt sich einem Netz weiterer Argos-Instrumente an Bord anderer polumlaufender Satelliten an, um eine Vielzahl von Daten sowohl von stationären als auch von mobilen Sendern auf der ganzen Welt zu sammeln. Diese lebenswichtigen Informationen tragen zu einem besseren Verständnis der physikalischen und biologischen Umwelt der Erde bei, einschließlich Wetter und Klima, Artenvielfalt und Ökosysteme, und helfen bei der Sicherheit im Seeverkehr, der Meeresverschmutzung und der humanitären Hilfe. Die über das Argos-System gesammelten Informationen ermöglichen es auch der Industrie, die Umweltschutzvorschriften einzuhalten.
Der GAzelle-Satellit von General Atomics, mit dem Instrument Argos-4 Quelle: NOAA
Baureihe von Trägerraketen der ESA, die im Rahmen der europäischen Raumfahrt zum Transport von Nutzlasten eingesetzt werden. Abschussbasis ist der Weltraumbahnhof in Kourou (Französisch-Guayana), 5° nördlich des Äquators. Der Name Ariane kommt von der französischen Bezeichnung für die Fruchtbarkeitsgöttin Ariadne aus der griechischen Mythologie.
Die Raketen werden von einem Geschäftsbereich des europäischen Luft- und Raumfahrtkonzerns Airbus Group (früher EADS) entwickelt. Im März 1980 wurde die Firma Arianespace gegründet. Sie ist nach diversen Umstrukturierungen inzwischen (Stand 2019) für Betrieb und Vermarktung der von ArianeGroup entwickelten europäischen Startsysteme Ariane und Vega zuständig.
Die erste Ariane Trägerrakete schoss an Heiligabend 1979 in den Himmel. Ariane-1 war dazu ausgelegt, zwei Telekommunikationssatelliten gleichzeitig ins All zu befördern um Kosten zu sparen. Als die Größe der Satelliten wuchs, machte Ariane-1 allmählich Platz für die stärkeren Ariane-2 und Ariane-3. Insgesamt fanden zwischen 1979 und 1986 elf erfolgreiche Starts der Ariane-1 statt und zwischen 1987 und 1989 fünf erfolgreiche Flüge der Ariane-2. Das Modell Ariane-3 flog zwischen 1984 und 1989 elf Mal erfolgreich ins All.
Die Ariane-4 wurde zu Recht als Arbeitspferd der Ariane-Familie bekannt. Seit ihrem ersten Flug am 15. Juni 1988 hat sie über 100 erfogreiche Flüge absolviert. Sie hatte sich als idealer und vielseitiger Träger für Telekommunikations- und Erdbeobachtungssatelliten erwiesen aber auch für Forschungsmissionen.
Ihre Rolle wurde von der Ariane-5 übernommen, die 1999 ihren ersten operationellen Flug unternahm. Ariane-5 kann sowohl für Starts zu geostationären Orbits, mittleren und niederen Erdumlaufbahnen eingesetzt werden, wie auch für Flüge zu anderen Planeten.
Bei aller Verwandtschaft zu den Vorgängermodellen Ariane 1 bis 4 ist die aktuelle Ariane 5 ein Trägersystem der 'nächsten Generation', bei dessen Entwicklung völlig neue Wege beschritten wurden. Seit 2005 bietet die neue Version der Ariane 5 eine GTO-Doppelstartkapazität von bis zu 10 Tonnen, um dem wachsenden Bedarf kommerzieller wie auch institutioneller Kunden zu entsprechen und Nutzlasten in eine geostationäreUmlaufbahn zu transportieren. Dies ermöglichen in erster Linie ihre neue kryogene Oberstufe mit einem Fassungsvermögen von über 14 Tonnen Treibstoff, sowie ihre leistungsgesteigerte kryogene Hauptstufe mit dem neuen Vulcain 2 Triebwerk. Obwohl noch umfangreiche Leistungssteigerungen der Ariane 5 in Planung sind, wird bereits die Entwicklung der Nachfolgeversion Ariane 6 vorbereitet.
Die Ariane ist die wichtigste europäische Trägerrakete. Weltweit verbucht die Ariane 5 die beste Bilanz aller regelmäßig eingesetzten Trägersysteme. Im Marktsegment der Startdienstleistungen für Telekommunikationssatelliten hat das europäische Trägersystem heute einen Anteil von über 50 Prozent. Sie brachte nicht nur über 100 Satelliten und Raumsonden ins Weltall, sondern befördert auch die europäischen Raumfrachter ATV (Automated Transfer Vehicle) zur Internationalen Raumstation ISS. Und sogar für eine der prestigeträchtigsten Weltraummissionen aller Zeiten, das James Webb Space Telescope von NASA, ESA und CSA, wurde die Ariane vorgesehen: im Dezember 2021 startete der Nachfolger des berühmten Hubble-Weltraumteleskops mit der europäischen Ariane 5.
Die Ariane-Baureihe wurde ergänzt durch den Einsatz der neu entwickelten Vega und Vega-C für leichtere Lasten und der weiterentwickelten russischen Sojus für mittelschwere Lasten. Beide können von eigenen Startrampen von Kourou aus starten.
Arianespace hält sich strikt an die Sanktionen, die von der internationalen Gemeinschaft (Europäische Union, Vereinigte Staaten von Amerika und Vereinigtes Königreich) nach dem Einmarsch Russlands in die Ukraine beschlossen wurden. Infolgedessen sind alle Starts mit Sojus-Launchern ausgesetzt. Die vorbereiteten Sojus-Trägerraketen und Galileo-Satelliten befinden sich in stabiler Konfiguration und in Sicherheit.
Im Bau ist die Version Ariane 6, die je nach Version in der ursprünglichen Planung eine Nutzlast von 3000 bis 8000 Kilogramm besitzen sollte und ab 2025 die heutige Ariane 5 ablösen könnte. Über ihren Bau wurde endgültig am 2. Dezember 2014 auf dem ESA Ministerial Council entschieden. Damit das Ariane-Trägersystem im internationalen Wettbewerb dauerhaft erfolgreich bleibt, muss es nicht nur technisch weiterentwickelt, sondern auch wirtschaftlich betrieben werden können. Der Aspekt der Wirtschaftlichkeit der europäischen Träger ist in den letzten Jahren immer wichtiger geworden - momentan ist eine kostendeckende Vermarktung der Ariane ohne staatliche Unterstützung nicht mehr möglich.
Ein Weg aus dieser Situation sollte die Weiterentwicklung der aktuellen Ariane zur Ariane 5ME sein: Dieses "Midlife Evolution"-Programm hatte eine Anhebung der Nutzlastkapazität der Ariane 5 auf zwölf Tonnen bei gleichen Startkosten zum Ziel. Diese, als Zwischenlösung bis zur Ariane 6 gedachte Weiterentwicklung der Ariane 5 wird nicht weiterverfolgt. Stattdessen wurde direkt mit der Entwicklung der Ariane 6 begonnen.
Studien im Vorfeld der Ministerratskonferenz hatten ergeben, dass auf der Grundlage der bisherigen Erfahrungen mit der existierenden Ariane 5 und den Entwicklungsarbeiten zur Ariane 5ME die Bausteine verfügbar sind, um ein zukunftsfähiges Trägerkonzept umzusetzen, welches den verschärften Wettbewerbsbedingungen auf dem Weltmarkt gerecht wird. Durch die Kombination dieser bereits vorhandenen Bausteine sowie der Entwicklung weiterer Elemente ist es möglich, die Ariane 6 in nur fünf Jahren fertig zu entwickeln.
Die Trägerkonfiguration der neuen Ariane 6 nutzt sowohl in der Unter- als auch der Oberstufe, die Treibstoffkombination Flüssigwasserstoff und Flüssigsauerstoff (kryogener Antrieb). Die neue Unterstufe basiert technologisch auf der "alten" Unterstufe der Ariane 5, ist jedoch kostenoptimiert ausgelegt. Als Oberstufe kommt eine Abwandlung der bereits für die Ariane 5ME gedachten neuen Oberstufe mit dem wiederzündbaren und ebenfalls kryogenen "Vinci"-Triebwerk zum Einsatz.
Für mehr Flexibilität im Vergleich zur Ariane 5 sorgen die gleichartigen Booster-Motoren auf Feststoffbasis. Die Ariane 6 kann, je nach Konfiguration, fünf oder elf Tonnen Nutzlast in den Weltraum transportieren. Dafür ist sie dann entweder mit zwei oder vier Boostern ausgestattet. Der Erstflug der 70 Meter langen Rakete war für Ende 2020 geplant, verschiebt sich jedoch mindestens auf das 4. Quartal 2023. Gebaut wird sie von "ArianeGroup" (vormals "Airbus Safran Launchers"), einem 50/50 Joint Venture der Unternehmen "Airbus Defence and Space" und des französischen Triebwerksherstellers "Safran".
Ariane Next - auch bekannt als SALTO (reuSable strAtegic space Launcher Technologies & Operations) - ist der Codename für eine zukünftige Rakete der Europäischen Weltraumorganisation, die in den 2020er Jahren von der ArianeGroup entwickelt wird. Diese teilweise wiederverwendbare Trägerrakete ist als Nachfolgerin der Ariane 6 geplant und soll in den 2030er Jahren in Betrieb genommen werden. Ziel der neuen Trägerrakete ist es, die Startkosten im Vergleich zur Ariane 6 zu halbieren. Die bevorzugte Architektur ist die der Falcon 9-Rakete (eine wiederverwendbare erste Stufe, die senkrecht landet, mit einem gemeinsamen Triebwerksmodell für die beiden Stufen), wobei ein Triebwerk verwendet wird, das eine Mischung aus Methan und flüssigem Sauerstoff verbrennt. Die ersten Technologiedemonstratoren befinden sich in der Entwicklung. (CNES)
Bezeichnung für die weiterentwickelte Version der europäischen Trägerrakete aus der Ariane-Serie, die sich derzeit in der Entwicklung und im Bau befindet. Die Ariane 6 wird in der Lage sein, Nutzlasten jeder Art in einen optimierten Orbit zu bringen – unabhängig von der Art der Mission: niedriger Orbit (LEO), geostationärer Transferorbit (GTO) oder sonnensynchroner Orbit (SSO). Aufgrund des großen Volumens unter der Nutzlastverkleidung kann die Ariane 6 sowohl klassische Einzel- oder Doppelstarts durchführen wie auch komplexe Missionen, die den neuen Anforderungen des Marktes entsprechen, wie die Aussetzung von Satelliten mit Elektroantrieb oder Mehrfachstarts von Konstellationssatelliten. Das gewährleistet das wiederzündbare Vinci®-Triebwerk der Oberstufe. Die Trägerrakete wird je nach Einsatzzweck in zwei Versionen erhältlich sein:
Die Ariane 64 mit vier Boostern, sie kann mit einem Doppelstart mehr als 12 Tonnen in den geostationären Transferorbit (GTO) befördern.
Die Ariane 62 mit zwei Boostern, sie kann über 4,5 Tonnen Nutzlast in den GTO oder sieben Tonnen in den SSO transportieren.
Aufbau
Die Ariane 6 ist, je nach Länge der Nutzlastverkleidung, zwischen 52 m und 61 m hoch. Die beiden Wasserstoff/Sauerstoff-Stufen und die Nutzlastverkleidung haben einen Durchmesser von 5,4 m. Die erste Stufe soll mit 140 t Treibstoff (H2/O2) betankt werden und die zweite mit 31 t. Beide Stufen haben jeweils zwei separate Tanks für Wasserstoff und Sauerstoff. Der Stufenadapter zwischen 1. und 2. Stufe ist lang, sodass das Vinci-Triebwerk, keine ausfahrbare Schubdüse benötigt, sondern in voller Länge hineinpasst. Die Ariane 6 ist beim Start so schwer, dass der Schub des Vulcain-2.1-Triebwerks nicht ausreicht, um sie abheben zu lassen. Sie benötigt dazu mindestens zwei Feststoffbooster. Die zwei oder vier Feststoffbooster des Typs P120 enthalten je etwa 142 t Festtreibstoff und haben jeweils einen Durchmesser von 3,4 m und eine Höhe von 13,5 m mit Verkleidung.
Die Oberstufe basiert auf Technologien, die bereits für Ariane 5 ME entwickelt wurden. Dazu gehört unter anderem auch das wiederzündbare Vinci-Triebwerk, das durch die flexible Ab- und Einschaltung vielfältige Missionen ermöglicht.
Über den Bau der Ariane 6 wurde am 2. Dezember 2014 auf dem ESA Ministerial Council entschieden und der Entwicklungsauftrag am 12. August 2015 an das Joint-Venture Airbus Safran Launchers (ASL) – seit 1. Juli 2017 ArianeGroup – vergeben. Nach dem Treffen des ESA Council am 17. April 2019 gab Arianespace die Produktion der ersten 14 Ariane 6 in Auftrag. Seit der Grundsatzentscheidung hat man das technologische Konzept dreimal geändert und die Umsetzung wurde zweimal beschlossen und wieder abgewandelt.
Für die Entwicklung der Ariane 6 werden durch die beteiligten europäischen Partner aus Europäischer Union, ESA und der Wirtschaft im Wesentlichen zwei Ziele verfolgt:
Die Wahrung eines unabhängigen Zuganges zum Weltraum für verschiedenste unbemannte Missionen basierend auf europäischer Technik.
Die Verbesserung der Wettbewerbssituation im Angesicht eines wachsenden Marktes an kommerziellen Anbietern für Satellitenstarts.
Dabei arbeitet die ESA mit einem industriellen Netzwerk von mehr als 600 Unternehmen in 13 europäischen Ländern zusammen, darunter 350 kleine und mittlere Unternehmen, die von der Hauptauftragnehmerin ArianeGroup geleitet werden. Die ArianeGroup übernimmt die Abstimmung der gesamten Lieferkette, vom Management der Leistungsverbesserungen der Trägerrakete über die Produktion bis hin zur abschließenden Konfiguration durch die Bereitstellung der Missionsflugsoftware. Diese Kette umfasst Ausrüstung und Strukturen, Triebwerksfertigung, die Integration der einzelnen Stufen sowie die Integration der Trägerrakete in Französisch-Guayana. Die mit der Ariane 5 erworbene einzigartige Kompetenz ist eine der großen Stärken, auf die die ArianeGroup bei der Entwicklung der künftigen europäischen Trägerrakete Ariane 6 zurückgreifen kann.
Optimierte industrielle Organisation
Die Organisation der Produktion wurde völlig überarbeitet und optimiert. Aufgrund der Erfahrungen mit der Ariane 5 und des langjährigen Kunden-Feedbacks setzt die ArianeGroup auf eine Logik der „Entwicklung für den Betrieb“. Der so genannte „Ariane 6 Way“ nutzt die effizientesten Organisationsstandards und modernsten digitalen Tools. Design to Cost, Simultaneous Engineering, maximale Standardisierung bis hin zur Entwicklung gemeinsamer Elemente mit der Trägerrakete Vega-C, aber auch einwandfreie Qualität von Anfang an – das sind einige der Grundprinzipien. Die Entwicklung erfolgt nach dem RAMS-Verfahren (Reliability, Availability, Maintenability and Safety) und wird in zu erreichende Reifegrade (Maturity Gates) unterteilt. So ist in jeder Phase der Entwicklung gewährleistet, dass die Ziele erreicht werden.
Die industrielle Organisation für die Ariane-6-Produktion strebt maximale Effizienz über den gesamten Produktionszyklus an, bis hin zur Auslieferung am Startplatz, wo – um noch größere Flexibilität zu gewährleisten, die Montage der Nutzlast auf der Trägerrakete erfolgt. Die Einrichtung von Kompetenz-Clustern auf europäischer Ebene ermöglicht eine Zusammenarbeit mit den industriellen Partnern im Rahmen eines „erweiterten Unternehmens“ mit standardisierten Verfahren und Arbeitsmitteln für die Trägerrakete. Die Einführung neuer Produktionsabläufe und innovativer Fertigungstechniken (3D-Druck, Rührreibschweißen, Laseroberflächenbehandlung etc.) in Verbindung mit Product Lifecycle Management nach modernsten Standards tragen zur Optimierung der Serienproduktion bei. Damit sollen eine Kostensenkung um 40 bis 50 Prozent gegenüber der Ariane 5 erreicht und die notwendige Wettbewerbsfähigkeit für die neue Marktsituation gewährleistet werden. Die Ariane 6 wird Europas unabhängigen Zugang zum Weltraum weiterhin sichern.
Startverträge und geplante Flüge
Der Erstflug der 70 Meter langen Rakete war für Ende 2020 geplant, verschiebt sich jedoch mindestens auf das Jahr 2024. Der erste Start einer Rakete ist immer mit einem erhöhten Risiko verbunden. Der erste Start wird mit einem Nutzlastdummy erfolgen, der eine große Nutzlast simuliert, von dem in unterschiedlichen Höhen sekundäre Nutzlasten im Gesamtgewicht von bis zu 800 kg abgeworfen werden können. Zusätzlich wurden von ESA, der Arianegroup und dem Startdienstleister Arianespace Nutzlasten für den Jungfernflug der Ariane 6 ausgewählt. Es handelt sich um vier Experimente mit einer Gesamtmasse von bis zu 80 kg sowie sieben Kleinsatelliten und Demonstratoren mit einer Gesamtmasse von bis zu 800 kg.
Unter den ausgewählten Nutzlasten sind auch zwei aus Deutschland: OOV-Cube, ein Mikrosatellit der TU Berlin, sowie der Satellit Curium One von PTS, der unter anderem das erste Engineering-Modell der Elektronik und des Betriebssystems für die künftige Astris-Kickstufe der Ariane 6 testet. Das deutsch-französische Start-up The Exploration Company schickt einen ersten passiven, verkleinerten Demonstrator einer Wiedereintrittskapsel mit auf die Reise.
Die meisten dieser Nutzlasten sind Technologiedemonstratoren, Universitätsprojekte oder Testmodelle, die auf die Funktionstüchtigkeit und Verhalten unter Weltraumbedingungen getestet werden.
Eine besonderen Schub für den wirtschaftlichen Erfolg der Ariane-6 brachte im April 2022 der Vertrag zwischen Arianespace und Amazon über Startdienstleistungen für das Projekt Kuiper, einer Konstellation von Kommunikatiossatelliten. Im Rahmen des Vertrages wird Arianespace über einen Zeitraum von drei Jahren 18 Ariane-6-Starts vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana durchführen. Von den 18 geplanten Starts im Rahmen des Projekts Kuiper, werden 16 mit einer verbesserten Version der Ariane 64 durchgeführt werden.
Eine provisorische Startliste findet sich bei Wikipedia.
Gemeinschaftsunternehmen des europäischen Luft- und Raumfahrtunternehmens Airbus Group und des französischen Konzerns Safran mit seinen drei Kerngeschäftsbereichen:
Luft- und Raumfahrt (orbitale Antriebssysteme und -ausrüstungen),
Verteidigung und Sicherheit,
Entwicklung und spätere Herstellung der Rakete Ariane 6.
Das Unternehmen wurde am 1. Januar 2015 gegründet und hat seinen Hauptsitz in Issy-les-Moulineaux bei Paris. Standorte des Unternehmens sind Issy-les-Moulineaux, Saint-Médard-en-Jalles, Kourou (Weltraumbahnhof), Vernon, Le Haillan und Les Mureaux in Frankreich sowie Lampoldshausen, Bremen, Trauen und Ottobrunn in Deutschland.
Am 16. Juni 2015 meldete ArianeGroup durch Übertragung von 35 % Anteil von der französischen Raumfahrtagentur CNES insgesamt einen Anteil von 74 Prozent an Arianespace erreicht zu haben.
Die Tochtergesellschaften von ArianeGroup (Arianespace, APP, Cilas, Eurockot, Nucletudes, Pyroalliance, Sodern) entwickeln innovative und wettbewerbsfähige Lösungen im Bereich Startsysteme für zivile und militärische Anwendungen für ihre institutionellen, kommerziellen und industriellen Partner. Dazu setzen sie modernste Technologien ein – vom Gesamtsystem über Antriebe bis hin zu Ausrüstungen und Materialien. Dieses Expertenwissen und das Know-how der Firmen kommen Kunden auf den Märkten Raumfahrt, Verteidigung, Energieerzeugung und in weiteren Industriezweigen zugute, denen Produkte, Ausrüstung und Dienstleistungen mit hohem Mehrwert geliefert werden.
Vor dem Hintergrund eines verschärften Wettbewerbs mit US-Konkurrenten und fehlender Startgarantien europäischer staatlicher Kunden baut der Konzern nun Arbeitsplätze ab (2018). Bis 2022 sollen rund 2300 der derzeit etwa 9000 Stellen gestrichen werden. Die neu entwickelte Ariane 6 ist eine Reaktion auf die stark wachsende US-Raumfahrtbranche, vor allem durch den Wettbewerber SpaceX des Technologieunternehmers Elon Musk. SpaceX sammelt mit der Raketenreihe Falcon Aufträge und Marktanteile ein und baut Arbeitsplätze auf. Die Ariane Group beklagt hingegen unfaire Wettbewerbsverzerrungen und wirft SpaceX vor, durch NASA-Aufträge ihre Starts zu extrem niedrigen Preisen im offenen Markt anbieten zu können. SpaceX argumentiert, dass ihre Falcon-Raketen durch die Recyclingtechnik billiger ist als die traditionelle Wegwerfstrategie der Ariane-Rakete.
Die Ariane Group plädiert für eine Art Protektionismus und verweist darauf, dass alle großen Raumfahrtnationen wie die USA, China und Russland ihre Wissenschafts- oder Militärmissionen nur auf den von ihnen finanzierten Raketen starten und ihre Märkte gegen Wettbewerb abschotten.
Arianespace SA ist ein multinationales Unternehmen mit Hauptsitz in Évry (bei Paris), das 1980 weltweit erster kommerzieller Anbieter von Trägerdiensten gegründet wurde.. Es ist für Betrieb und Vermarktung der von ArianeGroup entwickelten europäischen Startsysteme Ariane und Vega zuständig. Von 2007 bis zum russischen Überfall auf die Ukraine 2022 startete Arianespace auch Sojus-Raketen.
Bis Mai 2021 hatte Arianespace in 41 Jahren mehr als 850 Satelliten in 287 Starts ins All gebracht. Arianespace ist Marktführer für den Transport von Satelliten auf geostationäreUmlaufbahnen. Der erste kommerzielle Flug, der von dem neuen Unternehmen durchgeführt wurde, war der Start von Spacenet F1 am 23. Mai 1984.
Größter Anteilseigner ist die ArianeGroup, die insgesamt 73,69 % des Unternehmens hält.
17 Firmen aus neun Ländern halten Anteile an Arianespace (2018)
Mit dem letzten Start der äußerst zuverlässigen Ariane 4 endete am 15. Februar 2003 vorerst der Siegeszug der europäischen Trägerraketen. Die Nachfolgerin Ariane 5 hatte nach mehreren Fehlstarts Probleme, ähnliches Vertrauen bei den Kunden zu gewinnen, wie dies mit der Ariane 4 gelang. Sie entwickelte sich aber zur wichtigsten europäischen Trägerrakete. Weltweit verbucht die Ariane 5 die beste Bilanz aller regelmäßig eingesetzten Trägersysteme.
Dennoch wurde das Angebot an Trägerraketen erweitert. Zum einen transportiert die Rakete VegaNutzlasten bis 1,5 Tonnen in erdnahe Orbits und deckt damit den Satellitenmarkt der kleinen Satelliten ab. Zum anderen war das Trägerangebot zusätzlich um die russische Sojus-Rakete erweitert, die ca. 3,5 Tonnen von Kourou aus in den Geotransfer-Orbit transportieren konnte. Diese sollte damit primär den Markt der mittelgroßen Nutzlasten abdecken, der bis zum Jahr 2003 äußerst erfolgreich von der Ariane 4 mitbesetzt wurde. Die Soyuz ST-B VS-001 startete am 21. Oktober 2011 mit 2 Galileo-Satelliten erstmals von Kourou aus. Bisher dahin startete die Sojus nur von russischen Weltraumbahnhöfen aus.
Nach dem russischen Überfall auf die Ukraine wurden Sojusstarts von Guyana gestoppt und geplante Starts für Galileo voraussichtlich zeitlich verzögert mit Ariane-Raketen durchgeführt.
Durch neue Anbieter wie zum Beispiel SpaceX steigt der Wettbewerb im kommerziellen Startsektor stetig an. So ist die wiederverwendbare Falcon 9 des US-amerikanischen Unternehmens deutlich günstiger als die Ariane 5. 2017 wurde Arianespace als Marktführer durch SpaceX abgelöst. Um die starke Position Europas zu erhalten, wurde Airbus Defence and Space Anfang 2013 damit beauftragt, ein Konzept für die deutlich kosteneffizientere Ariane 6 vorzulegen. Der endgültige Entwicklungsauftrag wurde am 12. August 2015 an das neugegründete Joint-Venture Airbus Safran Launchers (seit 1. Juli 2017 ArianeGroup) vergeben. Ziel ist es die derzeitigen Startkosten pro Tonne zu halbieren und damit günstiger als die Konkurrenz zu sein. Der erste Start der Ariane 6 verzögerte sich wiederholt und ist nunmehr für das vierte Quartal 2023 geplant.
Zusätzlich zur Ariane 6 wurde die Vega C entwickelt. Diese Weiterentwicklung der Vega-Trägerrakete soll bei gleichen Startkosten die Nutzlastkapazität um etwa 70 % erhöhen. Der Erststart erfolgte im Jahr 2020.
Beim ersten kommerziellen Start einer Vega-C-Rakete am 21. Dezember 2022 kam es 2,5 Minuten nach dem Abheben zu einer Fehlfunktion eines Triebwerks. Die Rakete kam vom Kurs ab und die Nutzlast, zwei Pléiades-Neo-Satelliten, ging verloren.
Engl. Akronym für Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey, geplantes Weltraumteleskop und die vierte mittelgroße Mission (M4) im Rahmen des Programms Cosmic Vision 2015–2025 der ESA. Das Teleskop soll 2028 zusammen mit der Kometensonde Comet Interceptor auf einer Ariane 62 gestartet werden. ARIEL soll mit Hilfe der Transitmethode die Atmosphären von etwa 1.000 Exoplaneten untersuchen.
Mit einem Infrarot-Spektrometer soll ihre chemische Zusammensetzung und Struktur untersucht und so Informationen über eine Vielzahl hauptsächlich heißer Exoplaneten gewonnen werden. Das Teleskop von ARIEL soll einen elliptischen Hauptspiegel von 1,1 m × 0,7 m erhalten, der passiv durch Abstrahlung auf etwa 55 K gekühlt wird. Damit ist empfindliche Spektroskopie im Infraroten bis zu einer Wellenlänge von 7,8 µm möglich. Zusätzlich wird Photometrie der Exoplanetentransits im sichtbaren Licht gewonnen. ARIEL soll in eine Umlaufbahn um den Lagrange-Punkt L2 gebracht werden, von der Sonne aus gesehen etwa 1,5 Millionen Kilometer hinter der Erde.
Engl. Akronym für Advanced Synthetic Aperture Radar; ASAR ist ein fortschrittlicher aktiver C-Band Radarsensor (5.331 GHz) auf dem seit 2012 inaktiven SatellitenENVISAT. ASAR setzte die mit AMI auf den ERS-Satelliten begonnene Serie abbildender Radargeräte fort. Im Gegensatz zu AMI ermöglichte ASAR durch seine aktive Antenne elektronische Strahlschwenkung und sehr grosse beobachtbare Streifenbreiten von bis zu 400 km mit einer räumlichen Auflösung von 30 bis 100 m. Damit war ASAR sowohl für lokale als auch globale Beobachtung geeignet. Zusätzlich kann (nahezu) simultan in vertikaler und horizontaler Polarisation beobachtet werden. Hauptsächliche Beobachtungsziele sind u.a. Ozeanwellen (Charakteristika), Meereis und dessen Ausbreitung, Meeresverschmutzung durch Öl, Schnee- und Eisbedeckung, Oberflächentopographie, Landbedeckung (Klassifikation) und deren Entwicklung.
Das folgende Radarbild zeigt sechs der acht vulkanischen Hauptinseln von Hawaii. Von rechts nach links sind Big Island of Hawaii, Kahoolawe, Maui, Lanai, Molokai and Oahu erkennbar. Insgesamt besteht die Inselgruppe aus 2 weiteren Hauptinseln und 124 kleineren Inseln. Die Inseln erstrecken sich über mehr als 2575 km über den mittleren Pazifik und liegen ca. 2367 km nördlich des Äquators.
Alle Inseln werden von den Gipfeln von Schildvulkanen überragt, die sich vor Jahrmillionen bildeten, als feurige Basaltschmelze aus Rissen im Ozeanboden austrat. Da dies über einem Magmahotspot geschah und geschieht, besitzt Hawaii einige der größten aktiven und inaktiven Vulkane weltweit.
Mit 4.200 m Höhe ist der Mauna Kea (oben Mitte auf der Big Island of Hawaii) Hawaiis höchster Vulkan. Normalerweise werden die Höhen von Bergen vom Meeresspiegel an gemessen. Wenn man aber vom Ozeanboden aus misst, dann reicht der Mauna Kea 10.203 m in die Höhe und damit der höchste Berg der Erde. Der unterhalb des Mauna Kea gelegene Mauna Loa ist der größte Vulkan der Erde, wenn man ihn nach seiner Masse einstuft (ca. 40.000 km³). Mit seinen 33 Ausbrüchen seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1843 ist er auch einer der aktivsten Vulkane der Erde. Zuletzt brach er 1984 aus.
Aufgrund der hohen Eruptionshäufigkeit des Mauna Loa wird der Vulkan beständig wissenschaftlich überwacht. Satellitenradar wie das ASAR erlaubt es Wissenschaftlern kleine Veränderungen der Erdkruste aufzuspüren, was sie besser in die Lage versetzt, Eruptionen vorherzusagen. Das Verfahren der SAR-Interferometrie beinhalt die mathematische Kombination von verschiedenen Radarbildern, welche so nah als möglich vom gleichen Beobachtungspunkt im Weltraum aus zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen wurden, um daraus digitale Höhenmodelle zu erstellen und zwischen den Aufnahmen erfolgte Krustenveränderungen aufzuspüren, die ansonsten unmerkt bleiben würden.
Der im SO der Insel im Bereich der roten und pinkfarbenen Gebiete gelegene Kilauea ist ein weiterer, unter den aktivsten Vulkanen der Erde. Die aktuelle Eruptionsphase begann 1983 und dauert noch immer an.
Das Bild wurde durch die Kombination von drei ASAR-Aufnahmen desselben Gebietes erstellt (27.3.2006, 16.4.2007, 21.1.2008). Die Farbunterschiede geben die Veränderungen der Krustenoberfläche zwischen den einzelnen Aufnahmen wider.
Engl. Akronym für Advanced Scatterometer; Bezeichnung für das Windscatterometer (aktives Mikrowellengerät) auf Europas Serie polarumlaufender WettersatellitenMetOp. Es dient der Bestimmung der Meeresoberflächenrauhigkeit. Aus den gewonnenen Daten sind die Windfelder an der Meeresoberfläche ableitbar. Die Bilder der Oberflächenwinde werden stündlich für aufsteigende und absteigende 25 km- und 50 km-Daten erstellt. Die täglichen Bilder werden für 7 Tage archiviert.
An Bord von ASCAT messen zwei Gruppen von drei Antennen die resultierende elektromagnetische Rückstreuung von der vom Wind aufgerauten Meeresoberfläche in zwei 500 km breiten Schwaden auf jeder Seite der Satellitenbodenspur. Die drei Antennen auf jeder Seite sind auf die Breitseite und ± 45° von der Breitseite ausgerichtet, so dass der Rückstreukoeffizient jedes interessierenden Punktes nacheinander aus drei Richtungen gemessen wird. Die drei Richtungen werden benötigt, um die Mehrdeutigkeit der Windrichtung aufzulösen.
ASCAT-Daten visualisiert I
Daten von Metop B am 25.1.2023 (50 km Ascending Pass)
ASCAT-Daten visualisiert II
Höher aufgelöste Darstellung der Bodenspuren mit Stärke- und Richtungsinformation der Winde.
Scatterometerdaten haben sich auch bei einer Reihe von Studien als sehr nützlich erwiesen, z. B. bei Polareis und tropischer Vegetation. Wasser spielt bei den Mikrowellenfrequenzen, bei denen Scatterometer betrieben werden, eine besondere Rolle. Es ist das einzige natürlich vorkommende Medium mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, so dass eine Erhöhung des Anteils an flüssigem Wasser in Boden, Schnee und Vegetation die dielektrischen Eigenschaften dieser Medien erhöht und damit ihr Streu- und Absorptionsverhalten erheblich verändert.
Der mit Scatterometern gemessene Rückstreukoeffizient hängt von den dielektrischen Eigenschaften der Bodenoberflächenschicht, der Oberflächenrauhigkeit und der Vegetation ab. ASCAT liefert somit nützliche Daten für Eis- und Landanwendungen, wie z. B. die Ausdehnung des Meereises, die Permafrostgrenze, die Wüstenbildung usw. Da das Scatterometer-Radarsignal die Oberfläche durchdringen kann, ist ASCAT auch in der Lage, klimabezogene Merkmale unterhalb der Oberfläche bzw. der Baumkronen zu beobachten.
Durch die schnelle globale Abdeckung, den Tag- oder Nacht- und Allwetterbetrieb bietet ASCAT ein einzigartiges Instrument für langfristige Klimastudien.
Das Instrument empfängt Bodenechos und analysiert das zurückgestreute Signal nach dem De-Chirping spektral und detektiert es. Im Leistungsspektrum kann die Frequenz auf den Neigungsbereich abgebildet werden, sofern die Chirp-Rate und die Dopplerfrequenz bekannt sind. Bei der Verarbeitung handelt es sich im Grunde um eine Pulskompression, die eine Entfernungsauflösung ermöglicht.
Aus etwa 837 km Höhe sendet das Instrument gut charakterisierte Mikrowellenimpulse in Richtung Meeresoberfläche. Winde über dem Meer verursachen kleinräumige (zentimetrische) Störungen der Meeresoberfläche, die die Rückstreueigenschaften des Radars in besonderer Weise verändern. Diese Rückstreueigenschaften sind gut bekannt und hängen sowohl von der Windgeschwindigkeit über dem Meer als auch von der Windrichtung in Bezug auf den Punkt ab, von dem aus die Meeresoberfläche beobachtet wird.
Engl. Akronym für Atmospheric Science Data Center; am Langley Research Center in Hampton, Virginia angesiedeltes Datenzentrum für Atmosphärenwissenschaften mit der Aufgabe, Daten von NASA-Satelliten zu verarbeiten, archivieren und zu verteilen. Die Daten beziehen sich auf Wolken, Aerosole, den Strahlungshaushalt und die Troposphärenchemie.
Engl. Akronym für Atmosphere-Space Interactions Monitor; ESA-Projekt zur Erforschung von elektrische Entladungen in hohen Bereichen der Erdatmosphäre. Dazu wurde am 2. April 2018 eine externe Nutzlastplattform am Columbus-Modul der Internationalen Raumstation angebracht. Es handelt sich bei der Nutzlast um ein Observatorium, das mit optischen Kameras, Photometern und einem Röntgen- und Gammastrahlendetektor bestückt ist. Von dort soll mindestens zwei Jahre lang die obere Atmosphäre beobachtet werden. Insbesondere die mit großen Gewitterwolken in Zusammenhang stehenden transienten Leuchtereignisse wie Sprites, Jets und Elves sowie terrestrische Gamma(strahlen)blitze sollen untersucht werden, Erscheinungen, die von der Erde aus schwer zu erforschen sind. Das langfristige Ziel ist es, neue Erkenntnisse zum Einfluss dieser Größen auf die Erdatmosphäre und das Klima zu gewinnen.
Im Grunde genommen streifen die Sonnenstrahlung und die kosmische Strahlung Elektronen von den Gasmolekülen in unserer Atmosphäre ab, und als Folge davon erzeugen sie geladene Teilchen. Wenn sich Gewitter entwickeln, erzeugen sie einen Sturmstrom, der nach oben und in die Ionosphäre fließt, wo sie mit diesen geladenen Teilchen wechselwirken. Der Strom fließt in der Ionosphäre weiter, bis sie ein Schönwettergebiet erreichen, wo der Strom nun beginnt, nach unten zur Erdoberfläche zu fließen. Selbst wenn kein Sturm vorhanden ist, wird immer eine kleine Menge Strom zwischen der Erdoberfläche und der Ionosphäre fließen.
Dank der NASA und den Besatzungsmitgliedern der ISS sind wir in der Lage zu sehen, wie ein transientes Leuchtereignis im Hinblick auf unsere Atmosphäre aussieht. Anhand des Originalfotos einer von der ISS aufgenommenen Sprite konnte der Autor die übrigen von den Wissenschaftlern identifizierten TLEs hinzufügen.
Transient Luminous Events and Global Electric Circuit Quelle: F. Lucena
Engl. Akronym für Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer; ASTER ist ein in Japan gebautes Instrument zur bildhaften Darstellung von Landoberflächentemperatur, Orographie, Emissionsvermögen und Reflektionsverhalten. ASTER ist auf dem amerikanischen Terra-Satelliten, als einem Teil des Erdbeobachtungssystems (EOS) der NASA installiert. Das Instrument zeichnet hochaufgelöste Bilddaten in 14 Kanälen auf, sowie schwarz-weiße Stereobilder. Die drei Subsysteme von ASTER arbeiten im Multispektralbereich mit Auflösungen von 15 m, 30 m und 90 m.
Seit 2016 sind die Asterbilder kostenfrei downloadbar. Die besten Aufnahmen bündelt die NASA auf der Galerie der ASTER-Website. Hieraus ein Beispiel:
Tal des Todes (Kalifornien)
Diese nordgerichtete 3-D-Ansicht vom Tal des Todes (Kal.) wurde erzeugt, indem man eine Nachtaufnahme mit Aster-Daten aus dem thermischen Infrarot über topographische Grunddaten des US Geological Survey legte. Die Asterdaten wurden am 7. April 2000 mit den multispektralen Kanälen aufgenommen. Sie decken eine Fläche von 60 x 80 km ab.
Die Bänder 13, 12 und 10 sind rot, bzw. grün und blau dargestellt. Die Daten wurden digital bearbeitet, um die Unterschiede der Oberflächenmaterialien stärker zu betonen. Salzablagerungen (Karbonate, Sulfate, Chloride) im Talboden erscheinen in Variationen von gelb, grün, purpur und rosa. Die Panamint Mtns. im Westen und die Black Mtns. im Osten bestehen aus Kalkgestein, Sandstein, Schiefer und Metamorphiten. In den leuchtend roten Bereichen herrscht das Mineral Quarz vor, z.B. in den Sandsteinen; in grünen Gebiete überwiegt Kalk. Im unteren Teil des Bildes liegt Badwater, der tiefste Punkt in Nordamerika.
Eine vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zeitweise geplante, inzwischen aufgegebene Kompaktsatellitenmission. Neben Kostengründen war der Hauptgrund für den Stopp, dass wegen der speziellen Orbitanforderungen keine geeignete Mitfluggelegenheit auf einer Rakete gefunden wurde. Ziel war es, Asteroiden aufzuspüren, deren Bahnen sich vollständig innerhalb des Erdorbits befinden, so genannte "Inner Earth Objects" (IEOs). Dazu wurde ein Satellitensystem konzipiert, das in einem niedrigen Erdorbit ausgesetzt und mit einer optischen Nutzlast ausgestattet werden sollte.
Erdnahe Asteroiden stellen ein Kollisionsrisiko für unseren Planeten dar. Das DLR sieht sich mit einer solchen Mission als Teil internationaler Anstrengungen zur Gefahrenabwehr. Damit sollen gleichzeitig unser Wissen über Asteroiden, über ihre Anzahl und Größenverteilung verbessert sowie die Prozesse im inneren Sonnensystem besser verstanden werden. Ausgehend von aktuellen Modellrechnungen gibt es Grund zu der Annahme, dass sich mehr als 1000 Objekte mit einem Durchmesser größer als 100 Metern innerhalb der Erdbahn befinden. Sie können durch Gravitationsstörungen bei nahen Vorbeiflügen, vor allem an der Venus, zu Erdbahn-Kreuzern werden. Wegen der ungünstigen Beobachtungsbedingungen mit Teleskopen auf der Erde sind bis heute aber nur neun dieser IEOs gefunden worden. Solche Objekte zeigen sich ähnlich wie Merkur und Venus nur kurz vor Sonnenaufgang beziehungsweise kurz nach Sonnenuntergang am Himmel.
Vom Weltraum aus ist es hingegen möglich, in einem Winkelbereich bis nahe an die Sonne zu beobachten, da keine Störungen durch Streulicht in der Atmosphäre auftreten. Somit können auch lichtschwache Objekte durch den Einsatz von Satelliten entdeckt werden. Bei geeigneter Bahnwahl ist außerdem eine "rund um die Uhr"-Beobachtung möglich.
Die Nutzlast der AsteroidFinder-Mission sollte aus einem kleinen Teleskop bestehen, installiert auf einer BIRD-Plattform, die vom DLR in Berlin entwickelt wurde. Das Fernrohr sollte kontinuierlich ein ringförmiges Gebiet zwischen 30 und 60 Grad Elongation zur Sonne absuchen. Alle Asteroiden, die sich in diesem Feld befinden, wären durch ihre scheinbaren Bewegungen gegenüber den Hintergrundsternen in aufeinander folgenden Aufnahmen erkannt worden. Die Bahn der Objekte sollte durch ihre Verfolgung über einen längeren Zeitraum ermittelt werden. Die AsteroidFinder-Mission sollte einen entscheidenden Beitrag zur Entdeckung von IEOs leisten und damit auch den von der UNO koordinierten Zielen zur Gefahrenabwendung für die Erde Rechnung tragen. Damit hätte die Mission bestehende weltweite Monitoring-Programme ergänzt.
Vormalige Bezeichnung für das größte europäische Unternehmen der Raumfahrtbranche, das vor der Restrukturierung des Airbus-Konzerns zu 100 % zur damals so bezeichneten EADS (European Aeronautic Defence and Space Company) gehörte, einem global führender Anbieter in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungsgeschäft und den dazugehörigen Dienstleistungen.
Seit 1. Januar 2014 ist Astrium zusammen mit Airbus Military und Cassidian in die neue Division Airbus Defence and Space integriert.
Früher Bezeichnung für eine Organisationseinheit der ehemaligen EADS (engl.: European Aeronautic Defence and Space Company) und dabei europäischer Spezialist für den zivilen und militärischen Raumtransport sowie für die bemannte Raumfahrt. Im Rahmen der mit Beginn des Jahres 2014 erfolgten Umstrukturierung und Umbenennung von EADS sind die Aufgaben von Space Transportation nunmehr Teil von Airbus Defence and Space.
Bezeichnung für photographische Beobachtungen der Erde durch den Menschen in einer niedrigen Erdumlaufbahn, im Gegensatz zu unbemannten orbitalen Sensorsystemen. Sie begannen in den 1960er Jahren im Rahmen der Programme der USA und der ehemaligen UdSSR zur bemannten Raumfahrt. Der Wert regelmäßig wiederholter photographischer Beobachtungen der Erde aus dem Orbit wurde durch spätere Langzeitmissionen demonstriert und führte direkt zur Entwicklung unbemannter, multispektraler Orbitalsensoren wie dem Multispectral Scanner und dem Thematic Mapper an Bord der Satelliten der Landsat-Serie. Im Rahmen der Raumstations- und Space-Shuttle-Programme der USA und der UdSSR/Russland wurden kontinuierlich Bilder der Erde aus der Hand aufgenommen. Sie stellen einen reichen Datensatz dar, der sowohl historische als auch aktuelle unbemannte Sensordaten für terrestrische Studien ergänzt.
Erdbeobachtung von der ISS
Die Internationale Raumstation dient wie viele Satelliten als einzigartige Plattform für die Erdbeobachtung, da sie Möglichkeiten bietet, die Ökosysteme der Erde sowohl mit handgeführten als auch mit automatisierten Geräten zu beobachten. Seit die Station im November 2000 in Betrieb genommen wurde, haben Besatzungsmitglieder Hunderttausende von Bildern vom Land, den Ozeanen und der Atmosphäre der Erde und sogar vom Mond produziert. Die Astronauten können Phänomene wie Stürme auf der Erde in Echtzeit aufzeichnen, erwartete und unerwartete Naturereignisse wie Vulkanausbrüche beobachten und Bilder sammeln, während sie sich entfalten, und sogar dem Bodenpersonal Input für die Programmierung automatischer Erderfassungssysteme liefern. Diese Flexibilität bietet einen erheblichen Vorteil gegenüber Sensoren auf robotischen Raumfahrzeugen.
Die ISS befindet sich in einer annähernd kreisförmigen niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) mit einer Bahnneigung von etwa 51,6° gegen den Äquator und umrundet die Erde in einer Höhe von gut 400 km etwa alle eineinhalb Stunden in östlicher Richtung. Ihre Geschwindigkeit beträgt dabei bei etwa 28.800 km/h. Auf ihrer nicht sonnensynchronen Umlaufbahn überfliegt die ISS Orte auf der Erde zwischen 52 Grad nördlicher und 52 Grad südlicher Breite zu unterschiedlichen Tageszeiten.
Dies bietet Vorteile gegenüber satellitengestützten Erdbeobachtungssensoren, die sich typischerweise auf polumlaufenden, sonnensynchronen Plattformen befinden, die so konzipiert sind, dass sie denselben Punkt auf der Erde zu ungefähr derselben Tageszeit überfliegen. Die Umlaufbahn der Station ermöglicht nicht nur die Aufnahme von Bildern eines einzigen Ortes aus verschiedenen Winkeln und bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen, sondern erlaubt es den Astronauten auch, seltene und kurzfristige Ereignisse zu erfassen. Dies erweist sich als besonders nützlich für die Untersuchung von Naturkatastrophen, und das ISS SERVIR Environmental Research and Visualization System (ISERV) hat viele solcher Ereignisse aufgezeichnet. Diese Daten sin nützlich bei der Katastrophenhilfe und bei der Bestimmung, wie die Auswirkungen solcher Ereignisse in Zukunft gemildert werden können.
Zusätzlich zu den von den Astronauten aufgenommenen Digitalkamerabildern verfügt die Raumstation aber auch über eine Vielzahl von automatisierten Sensorsystemen und Einrichtungen, sowohl intern als auch extern.
Ein Astronaut an Bord der ISS nahm am 23. Juni 2020 das folgende Foto von aufziehenden Gewitterwolken über Andros Island (Bahamas) auf. Obwohl die ISS zum Zeitpunkt des Fotos über dem südlichen Indiana (fast 1800 km nördlich von Andros Island) vorbeiflog, gelang es der Besatzung, mit einem Teleobjektiv eine scheinbare Nahaufnahme zu machen. Sie fingen Gewitter ein, die sich über der Insel entwickelten, sowie Merkmale des flachen Meeresbodens, bekannt als die Great Bahama Bank.
Wissenschaftler sind sehr an den Staubwolken der Sahara interessiert, weil sie die Entwicklung von Hurrikanen hemmen. Die starken Höhenwinde, die den Staub über große Entfernungen transportieren, können auch die Spitzen der aufkeimenden Stürme effektiv abscheren, bevor sie sich zu Hurrikanen entwickeln. Die trockene Wüstenluft reduziert auch den Feuchtigkeitsgehalt der Luft, auf die sie über dem offenen Ozean trifft. Dies reduziert die Luftfeuchtigkeit, die Wolken bildet und Hurrikane antreibt. Dieses Foto deutet den Unterschied zwischen diesen Luftmassen an: Im Gegensatz zu den Gewittern über der tropischen Insel Andros befindet sich hier nur eine kleine Cumuluswolke innerhalb der Staubmasse.
Afrikanische Staubfahne überdeckt die Karibik
Jenseits der aufziehenden Stürme liegt die trübe grau-braune Fahne einer Staubwolke über der Karibik und dem Atlantik. Der Dunst ist so dicht, dass er die Insel Kuba komplett aus dem Blickfeld des Astronauten verschwinden lässt. Zwei Tage nach der Aufnahme dieses Fotos sahen die Menschen in Kuba, wie die Sonne durch den Staubschleier deutlich verdunkelt wurde. Diese riesige Staubmasse war zehn Tage zuvor von der Westsahara aufgewirbelt worden. Die Staubfahne erstreckte sich von NW-Afrika über den Atlantik, eine Entfernung von mehr als 7000 km.
Wissenschaftler sind sehr an den Staubwolken der Sahara interessiert, da sie bekanntermaßen die Entwicklung von Hurrikanen bremsen. Die starken Höhenwinde, die den Staub über große Entfernungen transportieren können, können auch die Spitzen der aufkeimenden Stürme effektiv abscheren, bevor sie sich zu Hurrikanen entwickeln. Die trockene Wüstenluft reduziert auch den Feuchtigkeitsgehalt der Luft, auf die sie über dem offenen Ozean trifft. Dadurch verringert sich die Feuchtigkeit in der Luft, die Wolken bildet und Hurrikane antreibt. Dieses Foto verdeutlicht den Unterschied zwischen diesen Luftmassen: Im Gegensatz zu den Gewittern über der tropischen Insel Andros befindet sich in der Staubmasse nur eine kleine Kumuluswolke.
Afrikanische Staubfahne überdeckt die Karibik Quelle: NASA
Die Gruppe für Geowissenschaften und Fernerkundung (Earth Science and Remote Sensing group, ESRS) am Johnson Space Center soll in erster Linie das Programm der Internationalen Raumstation (ISS) unterstützen. Deren Aufgabe ist eine doppelte. Zum einen ist sie für die Leitung und Betreuung der Crew Earth Observations Facility auf der ISS zuständig. Gemeint sind die von der Besatzung per Hand aufgenommenen Aufnahmen der Erde. Zum anderen sollen die ESRS-Mitarbeiter dem ISS-Programm als Fachexperten für Fragen der Fernerkundung dienen.
Obwohl die von der Raumstation aus aufgenommenen Photos bereits durch ihre Schönheit bestechen können, sind sie doch meist aus praktischen Gründen aufgenommen worden. Die Astronautenphotographie ist ein wissenschaftliches Produkt, das allen helfen soll, angefangen von akademischen und staatlichen Forschern über Ressourcenmanager und Naturschutzgruppen bis hin zu Pädagogen und Studenten. Die Photographien dokumentieren Veränderungen in unseren Städten und abgelegenen Ökosystemen, in verschmutzten Gewässern und unberührten Landschaften. Sie dienen der Untersuchung von Stadtentwicklung und Wirtschaft bis hin zu ungewöhnlichen elektrischen Entladungen in der Atmosphäre. Diese Aufnahme werden ferner verwendet, um Fischerboote und Korallenriffe, kalbende Eisberge und riesige Binnendeltas zu beobachten.
Obwohl handgeführte Kameras nicht so präzise wie automatische Aufnahmegeräte sind, stellen sie doch eine sinnvolle Ergänzung dar. Die meisten Satelliten sehen die Welt zur gleichen Zeit und mit der gleichen Auflösung bei jedem Durchgang. Aber jede Umlaufbahn der Raumstation bringt andere Blickwinkel, andere Tageszeiten und eine andere Beleuchtung mit sich. Die Arbeitsgruppe hatte beispielsweise eine Reihe von externen wissenschaftlichen Anfragen nach nächtlichen Bildern verschiedener Städte für Forscher, die sich mit der Lichtverschmutzung befassen und sehen wollen, wie sich diese auf die biologische Vielfalt in ihren Städten auswirkt.
Das ESRS-Team bearbeitet Dutzende von Anfragen nach Bildern, wobei laufend neue eintreffen. Die Spezialisten haben eine lange Liste von vielleicht 50 bis 100 an einem normalen Tag, die sie durchgehen, und das Kriterium, nach dem sie entscheiden, welches Ziel sie am nächsten Tag anfordern werden, ist die Position der ISS. Sie werden die Lichtverhältnisse berücksichtigen, ob es hell genug für Tagesziele oder dunkel genug für Nachtziele ist.
Das Kriterium, nach dem die Spezialisten entscheiden, welches Ziel sie am nächsten Tag anfordern werden, ist die Position der ISS. Sie werden die Lichtverhältnisse berücksichtigen, ob es hell genug für Tagesziele oder dunkel genug für Nachtziele ist. Sobald sie die Ziele haben, die die Besatzung potenziell sehen kann, filtern sie die Auswahl nach dem vorhergesagten Wetter und der Wolkendecke für diese Gebiete. Es hat keinen Sinn, sie nach einem Ziel zu fragen, wenn es nicht sichtbar ist.
Da die Sonne für die ISS alle 90 Minuten neu auf- und untergeht, haben die Astronauten 16 Gelegenheiten zu sehen, was der Planet und seine Bewohner tun. Aber das Leben auf der Raumstation bringt seine eigene Art von Sonnenaufgang und Sonnenuntergang mit sich. Weltraummediziner geben vor, die Astronauten während ihrer Schlafperiode, die ein Drittel des Tages dauert, um nichts zu bitten. Das sind volle acht Stunden. Aber man kann zwischen sechs Uhr und neun Uhr abends alles verlangen, einschließlich ihrer Aufstehzeit, der Frühstückszeit und des Arbeitstages. Und die Schlafenszeit, die Essenszeit, die Zeit des Zähneputzens. Unter Berücksichtigung der Zeitpläne der Astronauten und der Realisierbarkeit der einzelnen Ziele wählt das Erdbeobachtungsteam für jeden Tag einige Ziele aus.
Das ESRS-Team stellt Führer und Karten zusammen, damit sich die Astronauten schnell orientieren können. Es schickt die Zielpläne zum Payload Operations Center im Marshall Space Flight Center (Das Payload Operations Center bringt erdgebundene Forscher und Entwickler aus der ganzen Welt und ihre Experimente mit Astronauten an Bord der ISS zusammen.), wo die Phototermine überprüft, genehmigt und in den ISS-Arbeitstag eingefügt werden.
Der vielleicht schwierigste Teil der Arbeit für das Erdbeobachtungsteam kommt, nachdem die Astronauten die Kamera abgelegt haben. Jeden Tag werden zwischen 100 und 10.000 Bilder an die Bodenkontrolle geschickt. Sobald die Bilder heruntergeladen sind, werden sie in das ESRS-System aufgenommen, durchgesehen und geprüft, ob sie an die Forscher geschickt werden können. Obwohl Computer heute Teil des Prozesses sind, wurden diese Fotos in den letzten 20 Jahren größtenteils von menschlichen Händen und Augen sortiert. Die Katalogisierung besitzt höchste Priorität. Und mit Katalogisieren ist das Hinzufügen beschreibender Metadaten zum Bild gemeint.
Man arbeitet daran, diese Aufgaben mit Hilfe neuer Software und Computertechniken wie maschinellem Lernen stärker zu automatisieren. Wenn man über Computer verfügt, die gesuchte Merkmale automatisch identifizieren können, dann wird die Bilder-Datenbank wesentlich besser recherchierbar und die Öffentlichkeit kann sie leichter nutzen, Wissenschaftler können genau das finden, wonach sie suchen. Man ist nun dabei, Computer so zu schulen, dass sie bestimmte Merkmale auf dem Land, am Himmel und auf dem Ozean entdecken und bestimmen können. Sie setzen neuronale Netze ein, um Computer dabei zu unterstützen, schnell Fotos mit einem See oder Ozean, dem Rand der Erde oder des Mondes, einem Krater oder einer Stadt zu identifizieren.
Der Große Salzsee in Farbe
Beim Überflug über Nord-Utah nahm ein Astronaut an Bord der ISS am 5. Juli 2020 dieses Foto (Nikon D5, 800 mm) eines östlichen Teils des Großen Salzsees auf. Wasser und Sediment strömen von der Bear River Bay, vorbei an Salzebenen, in den Großen Salzsee. Diese farbenfrohen Salzebenen liegen eingebettet zwischen den Promontory Mountains und einem Industriegebiet im Osten. Ein Großteil des hellen, an die Salzpfannen angrenzenden Gebiets ist ausgetrockneter Seeboden.
Benannt nach der Methode der Mineralgewinnung sind solare Verdunstungsteiche der Schlüssel für die Industrie in diesem Gebiet. Diese flachen, künstlich angelegten Salzpfannen verdampfen langsam das Wasser, wodurch Mineralien auskristallisieren und leichter für den Verkauf planiert, gesammelt und verarbeitet werden können. Die Farbe jeder Salzpfanne, die von blau und grün bis orange und rot reicht, hängt von der Konzentration von Salz, Bakterien und Algen ab. Im Allgemeinen haben blau gefärbte Teiche einen geringeren Salzgehalt als rote oder orangefarbene Teiche.
Räumliches Denken wird als eine grundlegende kognitive Fähigkeit betrachtet, und in den letzten Jahren hat sich der Fokus aufgrund verbesserter raumorientierter Geotechnologien verstärkt darauf gerichtet. Die Vermittlung räumlicher Konzepte an Schülerinnen und Schüler unter Verwendung öffentlich zugänglicher Ressourcen ist eine geeignete Methode, um die Fähigkeit zum räumlichen Denken zu steigern. Mehr als 1,5 Millionen Fotos sind über die Website Gateway to Astronaut Photography of Earth öffentlich zugänglich. Eine Studie der Texas State University hat die Wirksamkeit der Verwendung von aus dem Weltraum aufgenommenen Photographien zur Verbesserung des räumlichen Denkens der Schülerinnen und Schüler anhand einer Reihe dieser Photos untersucht.
In dieser Untersuchung wählten die Forscher unkatalogisierte Fotografien aus der Sammlung der Astronauten der Internationalen Raumstation aus und baten Studenten des Kurses "Grundlagen der Fernerkundung", jedes Foto zu interpretieren und es mit Hilfe von "Google Earth" auf der Erde zu lokalisieren. Bei ihrer Interpretation verwendeten sie verschiedene räumliche Grundstrukturen, einfachere räumliche und komplexe räumliche Konzepte. Die Wissenschaftler erkannten und analysierten die Konzepte, die in drei Aufgaben während eines Semesters verwendet wurden, indem sie den Chi-Quadrat-Anpassungsgüte-Test verwendeten, und beurteilten, wie signifikant die Studenten ihre Fähigkeit, verschiedene Arten von räumlichen Konzepten zu verwenden, steigerten oder reduzierten.
Die Wissenschaftler testeten den Nutzen von Astronautenphotos für den Erwerb und die Praxis von Kenntnissen über räumliche Konzepte und untersuchten, ob die Verwendung von Astronautenfotografien in einem Fernerkundungskurs das Verständnis und die Anwendung von übergeordneten räumlichen Konzepten durch die Studierenden unterstützen würde. Ein weiteres Ergebnis dieser Forschung ist ein Leitfaden zur Auswahl geeigneter Photos für die Vermittlung spezifischer Raumkonzepte. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schülerinnen und Schüler durch die Arbeit mit der Hälfte der Photos Fortschritte im räumlichen Denken gemacht haben. Die Studienleiter kamen zu dem Schluss, dass man durch die Auswahl eines geeigneten Fotos für die Vermittlung eines bestimmten Raumkonzepts eine Verbesserung der räumlichen Denkfähigkeiten der Studierenden feststellen kann.
Mapping the night
Der ESA-Astronaut Alexander Gerst machte dieses Foto von Europa bei Nacht im September 2018 mit der Bildunterschrift: "Aus dem Weltraum ist es ziemlich klar, dass Europa zusammengehört". Es ist auch ziemlich klar, dass Europa nachts sehr gut beleuchtet ist, vielleicht sogar unnötigerweise.
Übermäßiges künstliches Licht ist als Lichtverschmutzung bekannt und stellt in städtischen Gebieten oft ein Problem dar. Viele Meteoritenschauer sind von der Stadtbevölkerung unbemerkt geblieben, und der durchschnittliche Stadtbewohner kann im Kunstlicht nur sehr wenige Sterne und Sternbilder erkennen. Eine ernsthaftere Problematik der Lichtverschmutzung ist die Energieeffizienz angesichts des Klimawandels. Ein wissenschaftliches Bürgerprojekt hofft, das Problem der Lichtverschmutzung und der Energieeffizienz in Städten durch die Erstellung einer nächtlichen Weltkarte anzugehen. (Cities at night)
Wenn Astronauten unseren Planeten fotografieren, während sie 400 km über unseren Köpfen kreisen, tun sie viel mehr als nur schöne Bilder zu machen. Sie kümmern sich um die Gesundheit unseres Planeten und letztlich auch um uns. Beispielsweise werden Techniken, die von Astrophotographen bei der Beobachtung von Sternen und in der Weltraumforschung eingesetzt werden, kombiniert, um die Umweltauswirkungen von künstlichem Licht bei Nacht zu messen.
Die einzigen Nachtaufnahmen der Erde in Farbe, die der Öffentlichkeit frei zur Verfügung stehen, sind Bilder, die von den Astronauten der Internationalen Raumstation aufgenommen wurden, sowie einige Farbkomposite des ESA-Satelliten Rosetta. Die NASA verfügt über eine öffentliche Datenbank mit über 1,3 Millionen Farbfotos, die seit 2003 von Astronauten aufgenommen wurden.
Jetzt betrachten Forscher diese nächtlichen Bilder in einem anderen Licht. Ein Team von Wissenschaftlern hat eine Methode zur Klassifizierung der Außenbeleuchtung mit Hilfe von Farbdiagrammen und Kalibrierungstechniken entwickelt. Die sich daraus ergebenden spektralen Informationen, wie z.B. die Farbtemperatur, sind ein nützliches Hilfsmittel zur Beurteilung der Umweltauswirkungen von künstlichem Licht. Forscher der britischen Universität Exeter, die Photographie von der Raumstation mit dem Projekt Cities at night auf eine neue Ebene zu heben. Es soll das Bewusstsein für Lichtverschmutzung schärfen.
Stadtlichter stören nicht nur das Leben nachtaktiver Tiere, die unter Orientierungslosigkeit sowie Verhaltens- und physiologischen Veränderungen leiden, sondern auch das der Menschen. Ein Übermaß an künstlichem Licht vor dem Schlafengehen reduziert die Produktion von Melatonin, einem Hormon, das mit dem Schlaf verbunden ist. Diese Unterdrückung kann zu negativen Auswirkungen auf unsere Gesundheit führen, einschließlich Brust- und Prostatakrebs.
Darüber hinaus sind Straßenlaternen für einen großen Teil des Energieverbrauchs eines Landes verantwortlich.
Wissenschaftler verwenden zur Analyse der Bilder die synthetische Photometrie, eine mathematische Technik, die bei der Identifizierung von Lichtquellen unter verschiedenen Lichtbedingungen und Kameraeinstellungen helfen kann. Die Ergebnisse geben genaue Auskunft darüber, wie Farbe und Helligkeit von Straßenlampen die Melatoninproduktion unterdrücken oder die Sicht auf die Sterne behindern können.
Mailand ist eine perfekte Fallstudie für diese Forschung. Diese italienische Stadt ersetzte 2015 ihre orangefarbenen Natriumdampflampen durch weiße LED-Lampen. Diese Nachtaufnahmen von der Internationalen Raumstation zeigen die Stadt vor und nach dem Umbau. Die Studie beweist, dass die weißeren Lichtquellen schlechter für die lokale Umwelt sind.
Die Forschungen bieten eine Grundlage für die Erstellung von Risikokarten der künstlichen Beleuchtung. Regierungen können diese Informationen nutzen, um die Lichtverschmutzung zu reduzieren. Der nächste Schritt ist, die Tür zur Bürgerwissenschaft / -forschung zu öffnen. Ein zukünftiges Papier wird zeigen, wie jede beliebige Kamera verwendet werden kann, um zu Hause Licht einzufangen und zu analysieren, ob die eingesetzte Glühbirne zu optimalen Schlafmustern beiträgt.
Engl. Akronym für Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics; Bezeichnung für die geplante zweite Großmission im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision 2015-2025. Im Falle einer positiven Entscheidung zur Realisierung des Projekts soll das Teleskop 2035 gestartet werden.
Das Röntgenteleskop ATHENA wird nach seinem Start detaillierte Daten über das heiße, energiereiche Universum und das Wachstum Schwarzer Löcher liefern und damit Antworten auf die dringendsten wissenschaftlichen Fragen finden: Wie bildeten sich die großräumigen Strukturen im Universum? Wie sind Schwarze Löcher gewachsen und wie prägten sie das Universum? Dazu gehört auch die Untersuchung von Ereignissen wie Supernovaexplosionen und stellaren Flares.
ATHENA zeichnet sich durch die Kombination von ortsaufgelöster Röntgenspektroskopie mit tiefen, großflächigen Röntgenaufnahmen aus und soll dabei die Leistung vorhandener Röntgen-Observatorien übertreffen. Das Teleskop konzentriert die Röntgenphotonen auf eines von zwei Instrumenten, die über eine bewegliche Instrumentenplattform in den Teleskopfokus gebracht werden können. Das erste, die X-ray Integral Field Unit, bietet ortsaufgelöste hochauflösende Spektroskopie. Das zweite, der Wide Field Imager, ist ein Detektor auf Siliziumbasis mit aktiver Sensortechnologie.
Mit dem ATKIS, einem bundesweit einheitlichen Projekt der AdV, wird die Topographie der Bundesrepublik Deutschland in einer geotopographischen Datenbasis beschrieben und in Form nutzungsorientierter digitaler Erdoberflächenmodelle bereitgestellt. Damit ist ATKIS die öffentlich-rechtliche Datenbasis für rechnergestützte digitale Verarbeitungstechnologien und die geotopographische Raumbezugsbasis für die Anbindung und Verknüpfung mit geothematischen Fachdaten.
Die technische Entwicklung im Bereich von Geoinformationssystemen (GIS) ist in den letzten Jahren weit vorangeschritten und die Anforderungen überregional tätiger Nutzer an bundesweit einheitlichen Geodaten sind gestiegen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, haben die deutschen Bundesländer im Rahmen ihres Zusammenschlusses in der AdV im Jahr 1997 den Aufbau und die Entwicklung des AFIS-ALKIS-ATKIS-Datenmodells (kurz: AAA-Datenmodell) als konzeptuelles Anwendungsschema für die Geoinformationssysteme AFIS, ALKIS und ATKIS beschlossen. Mit der datentechnischen Vernetzung von AFIS, ALKIS und ATKIS wird ein Geobasisinformationssystem geschaffen, das in der Geodateninfrastruktur Deutschland (GDI-DE) einen wesentlichen Bestandteil darstellt.
Den Nutzern steht ein einheitlicher Grunddatenbestand zur Verfügung, der länderübergreifend als Mindestinhalt festgelegt worden ist; zudem führen die Länder weitere Daten, je nach regionaler Besonderheit oder Anforderung. Auskunft geben die jährlich aktualisierten Produktblätter.
Digital bereitgestellte Bestandteile von ATKIS:
Digitale Landschaftsmodelle
Digitales Basis-Landschaftsmodell (Basis-DLM)
Digitales Landschaftsmodell 50 (DLM50)
Digitales Landschaftsmodell 250 (DLM250)
Digitales Landschaftsmodell 1000 (DLM1000)
Digitale Geländemodelle
Digitales Geländemodell Gitterweite 1 m (DGM1)
Digitales Geländemodell Gitterweite 2 m (DGM2)
Digitales Geländemodell Gitterweite 5 m (DGM5)
Digitales Geländemodell Gitterweite 10 m (DGM10)
Digitales Geländemodell Gitterweite 25 m (DGM25)
Digitales Geländemodell Gitterweite 50 m (DGM50)
Digitales Geländemodell Gitterweite 200 m (DGM200)
Digitales Geländemodell Gitterweite 1000 m (DGM1000)
Engl. Akronym für Atmospheric Lidar; ein Rückstreulidar für EarthCARE, einer in Entwicklung befindliche meteorologische Mission von ESA und JAXA mit Start im Mai 2024. Der vom Lidar in die Atmosphäre gesandte Laserstrahl wird von den dort vorhandenen Molekülen und Partikeln rückgestreut. Das zurückkehrende Licht wird von einem opto-elektronischen Empfänger aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt, welche letzlich Informationen über Dichte und Verteilung der vorhandenen Atmosphärenbestandteile liefern.
Engl. Akronym für Atmospheric Trace Molecules Observed by Spectroscopy; im Infrarotbereich arbeitendes Spektrometer zur Erkundung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre. Das Instrument wurde in den neunziger Jahren viermal im Space Shuttle eingesetzt.
Bezeichnung für die überwiegend gasförmige Hülle, von der die Erde sowie andere Himmelskörper umgeben sind, und die durch die Schwerkraft (Gravitation) dieser Körper festgehalten wird.
Zusammensetzung und Aufbau
Die Erdatmosphäre setzt sich überwiegend (ca. 78 Prozent) aus Stickstoff (N2), zu 20 Prozent aus Sauerstoff (O2) und zu weniger als 1 Prozent aus Edelgasen wie zum Beispiel Argon (Ar) zusammen. Hinzu kommen Aerosole, also feste und flüssige Schwebeteilchen in einer gasförmigen Hülle, sowie Spurengase. Zu letzteren zählen Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Ozon (O3), Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffverbindungen.
Die Atmosphäre lässt sich in fünf verschiedene Hauptschichten unterteilen:
Troposphäre, reicht von der Erdoberfläche bis zur Tropopause
Stratosphäre, reicht bis zur Stratopause
Mesosphäre
Thermosphäre
Exosphäre
Die Zusammensetzung der Atmosphäre - ihre Gase und Partikel - spielt eine entscheidende Rolle bei der Verknüpfung von menschlichem Wohlergehen mit regionalen und globalen Veränderungen, weil die Atmosphäre alle wichtigen Komponenten des Systems Erde miteinander verbindet. Die Atmosphäre interagiert mit den Ozeanen, dem Land, den terrestrischen und marinen Pflanzen und Tieren sowie den Eisregionen.
Wegen dieser Verknüpfungen befördert die Atmosphäre Veränderung. Emissionen von natürlichen Quellen und menschlichen Aktivitäten treten an der Erdoberfläche in die Atmosphäre ein und werden in andere geographische Regionen und oft in größere Höhen transportiert. Einige Emissionen erfahren chemische Umwandlungen oder werden wieder entfernt oder sie interagieren mit der Feuchtigkeit bei der Wolkenbildung und beim Niederschlag. Einige natürliche Ereignisse und menschliche Aktivitäten, die die Zusammensetzung der Atmosphäre verändern, bewirken auch eine Veränderung des irdischen Strahlungsgleichgewichts. Nachfolgende Auswirkungen auf Änderungen in der atmosphärischen Zusammensetzung schaffen vielfältige Umwelteffekte, die sowohl die menschliche Gesundheit wie auch natürliche Systeme beeinflussen können.
Die Feststellung von Trends in der atmosphärischen Zusammensetzung gehören zu den ersten Vorboten von globalen Veränderungen.
Ein Hauptmerkmal der Atmosphäre besteht darin, dass sie als Langzeitreservoir für bestimmte Spurengase dient, die globale Veränderungen verursachen können. Die lange Verweildauer einiger Gase, wie z.B. Kohlendioxid (>100 Jahre) oder Perfluorkohlenwasserstoff (>1000 Jahre) lassen den Schluss zu, dass die damit verbundenen globalen Veränderungen über Dekaden, Jahrhunderte, sogar Jahrtausende andauern können und dabei die ganze Erde betreffen können.
Die Zusammensetzung der Atmosphäre Quelle: Wikipedia nach U.S. Climate Change Science Program
Funktionen der Atmosphäre
Die Atmosphäre hat eine Reihe lebenswichtiger Funktionen, indem sie
die Lebewesen vor schädlicher bzw. tödlicher Strahlung aus dem Weltraum schützt (Filter für UV- und Röntgenstrahlung der Sonne),
lebensnotwendiges Sonnenlicht zu den Oberflächen der Kontinente und Ozeane durchlässt (Energiequelle),
durch das Vorhandensein bestimmter Gase (Treibhausgase) die für das Leben nötigen Temperaturen schafft,
die durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erde von ca. +15 °C, gegenüber sonst ca. -18 °C, ermöglicht,
vor schneller Auskühlung und Überhitzung schützt (z.B. Wärmeausgleich zwischen Tag und Tag),
Energie (fühlbare Wärme der Luft und latente Wärme des Wasserdampfs) aus Bereichen in Äquatornähe zu mittleren und höheren Breiten transportiert),
Wasserdampf-Feuchtigkeit durch die dynamischen Prozesse der allgemeine Zirkulation transportiert und verteilt, wodurch die Niederschlagsverteilung bestimmt wird,
den Hauptspeicher für Stickstoff bildet,
ein Reservoir für Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff darstellt.
einbezogen ist in verschiedene lebensnotwendigen Stoffkreisläufe,
natürliche und anthropogene (durch Menschen verursacht) Emissionen verteilt, die in der Atmosphäre durch Oxidation, Reaktionen mit Radikalen und Photolyse umgesetzt und abgebaut werden und
vor kleineren Meteoriten schützt, die wegen der großen Reibung beim Eintritt in die Atmosphäre verglühen und so die Erdoberfläche nicht erreichen.
Rolle der Atmosphäre für die Erdbeobachtung
Existenz und Beschaffenheit der Erdatmosphäre haben wesentliche Auswirkungen auf die Fernerkundung. Die elektromagnetische Strahlung, die in der Fernerkundung als Informationsträger dient, muss auf ihrem Weg von der Strahlungsquelle zum Objekt und vom Objekt zum Sensor die Atmosphäre durchlaufen. Deshalb kommen für die Fernerkundung nur Wellenlängenbereiche in Betracht, in denen die Atmosphäre für die elektromagnetische Strahlung weitgehend durchlässig ist. Diese Spektralbereiche werden gemeinhin als atmosphärische Fenster bezeichnet.
Elektromagnetische Strahlung der Sonne unterliegt in der Atmosphäre teilweise einer Absorption und Streuung. Nur ein Teil erreicht die Geländeoberfläche als direkte Sonneneinstrahlung. Streuung hat großen Einfluss auf die räumliche Verteilung der Strahlung (ohne Energieverlust), Absorption verringert die verfügbare Energie und erwärmt die Atmosphäre. Beide Effekte sind wellenlängenabhängig.
Der atmosphärische Einfluss auf die kurzwellige Strahlung geht überwiegend auf die Streuung und Absorption von Luftmolekülen, Aerosolpartikeln, Wolkentröpfchen und Eiskristallen zurück. Hingegen wird die langwellige Strahlung durch Wasserdampf (H2O) und strahlungsaktive Gase (CO2, O3, N2O, CH4) verändert.
Die in der Atmosphäre gestreute Strahlung pflanzt sich teilweise nach unten fort und bestrahlt als Himmelsstrahlung die Geländeoberfläche. Direkte Sonneneinstrahlung und diffuse Himmelsstrahlung werden zusammen Globalstrahlung genannt. Ein Teil der von der Sonne einfallenden Strahlung wird aber auch von der Atmosphäre nach oben in Richtung zum Sensor hin gestreut und überlagert sich als Luftlicht der von der Geländeoberfläche reflektierten Strahlung und verringert dadurch den Kontrast der Fernerkundungsbilder. Zum Beispiel wird durch Dunst oft der Kontrast von Fernerkundungsdaten beeinträchtigt.
Die Phänomene Streuung und Absorption werden durch die Atmosphärenbestandteile verursacht. Die Dichte der Atmosphäre nimmt mit der Höhe ab. Der Einfluss der absorbierenden Moleküle in der Atmosphäre ist deshalb höhenabhängig.
Die permanenten Gase Stickstoff, Sauerstoff und Edelgase (z.B. Argon) kommen in allen Höhen bis 8 km zu etwa gleichen Anteilen vor und absorbieren relativ wenig; Ausnahme: O2 Absorption bei λ = 760 nm.
Wasserdampf nimmt bis in eine Höhe von 2,5 km exponentiell ab. Es besteht eine ausgeprägte Absorption im Infrarot und nahen Mikrowellenbereich. Darin liegt die Hauptursache für die Beschränkung der Fernerkundung auf die atmosphärischen Fenster.
Kohlendioxid verzeichnet Bereiche starker Absorption im Infrarot.
Ozon kommt v.a. in Höhen zwischen 15 und 30 km vor und besitzt eine deutliche Absorption bei λ = 9,5 µm mitten im atmosphärischen Fenster des thermischen Infrarot.
Aerosole; Teilchen von 0,01 bis 100 µm Durchmesser kommen als Dunst, Staub, Nebel und Wolken v.a. in niedrigen Höhen in stark wechselnder Konzentration vor und verursachen vornehmlich die Streuung der Strahlung.
Die Streumechanismen in der Atmosphäre sind untergliedert in:
Rayleigh-Streuung; dabei liegt die Teilchengröße weit unterhalb der Wellenlänge. Die Wellenlängenabhängigkeit bedeutet, daß kurzwellige Strahlung bedeutend stärker gestreut wird als langwellige. Die bevorzugte Streuung kurzer Wellenlängen ist der Grund für das Blau des Himmels, für das Abendrot und für das Alpenglühen. Die Rayleigh-Streuung findet vor allem an den Molekülen der permanenten Gase der Atmosphäre statt, ist in dieser Form also immer gegeben. Die horizontale Sichtweite bei reiner Molekülstreuung liegt bei 340 km.
Mie-Streuung; die Teilchengröße entspricht ungefähr der Wellenlänge. Sie tritt an Aerosolen auf und kann je nach Atmosphärenzustand sehr unterschiedlich sein.
Nichtselektive Streuung; sie findet an Teilchen statt, die groß im Vergleich zur Wellenlänge sind. Diese Streuung ist unabhängig von der Wellenlänge. Sie findet in Nebel und Wolken statt.
In der Praxis kommt es zu einer kombinierten Wirkung aller Streumechanismen.
Beobachtung und Messung
In der Atmosphärenbeobachtung werden meteorologische Parameter verschiedener Schichten der Atmosphäre automatisch erfasst und aufgezeichnet. Hierzu betreiben Wetterdienste weltweit (z. B. DWD) unter anderem Netze an Wetterradaren, Windprofilern und Radiosondenstationen. Ferner nutzen sie zur Bestimmung des atmosphärischen Zustands Daten aus Flugzeugmessungen. Flächendeckende Informationen werden wiederum aus Satellitendaten (geostationäre und polumlaufende Satelliten) und Blitzortungssystemen gewonnen.
Grundlage für die Wettervorhersage und die Klima- und Umweltberatung der Wetterdienste sind zuverlässige und qualitativ hochwertige Mess- und Beobachtungsdaten. Wetterdienste und Institute betreiben kontinuierliche Forschung um ihre Messsysteme und -netze auf modernstem Stand zu halten. Zu den Forschungen z. B. beim DWD gehören
die Erprobung und Weiterentwicklung neuer Messsysteme (in-situ, Fernerkundung) für den operationellen Betrieb,
die Entwicklung und Erprobung von Verfahren und Algorithmen zur Bestimmung atmosphärischer Parameter aus Messungen,
die Durchführung spezieller Messungen, insbesondere an den Observatorien, zur Gewinnung umfassender Datensätze zur Charakterisierung physikalischer und chemischer Prozesse in der Atmosphäre.
Beobachtung und Messung von Eigenschaften der Atmosphäre erfolgt mit Fernerkundungsmethoden und in-situ-Verfahren. Während die große Stärke der Fernerkundungsverfahren im Zugang ferner (nicht-lokaler) atmosphärischer Regionen und dem schnellen Erfassen ausgedehnter räumlicher atmosphärischer Strukturen liegt, besitzen in-situ-Messverfahren Vorteile in der Messgenauigkeit der beobachteten atmosphärischen Parameter sowie in der Auflösung von kleinen räumlichen Strukturen und ihrer raschen zeitlichen Änderung. Auch können mit Hilfe von in-situ-Messungen eine größere Zahl atmosphärische Parameter mit unterschiedlichen Messmethoden erfasst werden.
So werden atmosphärische in-situ-Messverfahren bevorzugt bei meteorologischen und klimatischen Langzeitbeobachtungen, zur Emissionsüberwachung technischer Anlagen, bei der lokalen, regionalen Umweltüberwachung und beim Studium atmosphärischer Prozesse, wie die Untersuchung der mikro- und mesoskaligen Dynamik, Fragen der Wolkenbildung und des Strahlungstransportes und photochemischer Prozesse eingesetzt.
Die Wahl des Messträgers wird von den gewünschten Untersuchungen bestimmt. So sollten die zu untersuchenden atmosphärischen Regionen leicht erreicht werden können, d.h. Einsatzhöhe, Reichweite und Fluggeschwindigkeit des Messträgers müssen den Untersuchungen angepasst sein. So erlauben einerseits schnell fliegende Messträger (z. B. Raketen) eine schnell aufeinander folgende Erfassung großer atmosphärischer Regionen, was bei manchen Untersuchungen ein großer Vorteil ist. Andererseits stellen jedoch hohe Fluggeschwindigkeiten hohe Anforderung an die zeitliche Auflösung der Instrumente, denn sie führen zu einer wesentlichen Einschränkung der erreichbaren räumlichen Auflösung bei den zu messenden atmosphärischen Parametern.
Seit 2014 liefert der Copernicus Dienst zur Überwachung der Atmosphäre (CAMS) kostenlos Daten und Produkte zum Zustand der Atmosphäre. Die Produkte werden aus der bestmöglichen Kombination von Satellitenbeobachtungen, In-situ-Messungen und Modellrechnungen gewonnen.
Der CAMS Service unterstützt Entscheidungsträger, die Zusammensetzung der Erdatmosphäre auf globaler und regionaler Ebene kontinuierlich zu überwachen. CAMS Produkte umfassen die Beschreibung der aktuellen Situation (Analyse), die Vorhersage der Situation einige Tage im Voraus (Prognose) und die Bereitstellung konsistenter retrospektiver Datensätze für die letzten Jahre (Reanalyse). Auf Basis der Daten und Produkt können eigene Anwendungen zu atmosphärischen Fragestellungen, wie der lokalen Luftqualitätsanalyse und -vorhersage, entwickelt und operationell betrieben werden.
Das derzeitige Leistungsportfolio, auf das sich CAMS konzentriert, umfasst:
tägliche Informationen über die globale atmosphärische Zusammensetzung (Treibhausgase, reaktive Gase, Ozon und Aerosole)
Near-real-time und 4-Tage-Prognosen, sowie eine Reanalyse der Luftqualität (Spurengase und Feinstaub) in Europa
tägliche Analyse und Prognosen von UV-Strahlung und stratosphärischem Ozon zur Unterstützung von Gesundheitsvorsorge (z. B. Hautkrebsprävention)
Informationen zur Solaren Strahlung für Nutzer von Solarenergie
Emissionsbestände für atmosphärische Chemietransportmodelle zur Abschätzung von CO2- und CH4-Nettoflüssen an der Erdoberfläche.
Atmosphärenbeobachtung mit Fernerkundungsverfahren
Bodengestützt werden überwiegend Radar, LIDAR und SODAR eingesetzt. Hierbei wird die Atmosphäre mit Radio-, Licht- bzw. Schallwellen sondiert.
Wettersatelliten dienen primär der Gewinnung von meteorologischen und anderen geophysikalischen Daten zur Erfüllung der Aufgaben der Wetterdienste und der Weltorganisation für Meteorologie (WMO). Man unterscheidet geostationäre (z. B. Meteosat) und polarumlaufende (z.B. Metop) Wettersatelliten. Die Wettersatelliten werden im Rahmen des globalen meteorologischen Satellitensystems koordiniert. Die Vorteile der Satellitenbeobachtungen gegenüber anderen meteorologischen Mess- und Beobachtungssystemen sind:
weltweite lückenlose und flächendeckende Erfassung des Systems Erdoberfläche-Atmosphäre
zeitlich nahezu kontinuierliche Überwachung mit geostationären Satelliten
einheitliches Beobachtungssystem
Erfassung meteorologischer Parameter, z. B. Wolkenklassifikation
homogene Darstellung großräumiger Strukturen wie z. B. Wirbelstürme
sehr rasche Datenverfügbarkeit
Wettersatelliten ergänzen konventionelle Beobachtungen. Einzelne Parameter, wie z. B. Strahlungsflüsse am Oberrand der Atmosphäre (wichtig für die Klimaüberwachung) können nur mit Hilfe von Wettersatelliten gewonnen werden. Die Daten der Wettersatelliten spielen nicht nur in der Meteorologie sondern auch für die Ozeanographie, Hydrologie und Klima- und Umweltüberwachung eine wichtige Rolle. Sie dienen der Überwachung und Vorhersage gefährlicher Wetterereignisse, tragen zum Krisenmanagement und zur Risikoreduzierung gefährlicher Naturereignisse bei, spielen eine wichtige Rolle bei Vorhersagen für das Verkehrswesen, wobei insbesondere die Luftfahrt und Seeschifffahrt hervorzuheben sind, aber auch Bereiche wie Land- und Forstwirtschaft, Energiewirtschaft, Tourismus und Freizeit.
Die atmosphärenchemische Überwachung kann mit einer Reihe von Fernerkundungsinstrumenten unter Verwendung verschiedener Techniken und verschiedener Teile des elektromagnetischen Spektrums durchgeführt werden. Jedes atmosphärische Gas wird durch seine Absorptions- und Emissions-Spektren charakterisiert, die beschreiben, wie die Moleküle auf verschiedene Strahlungsfrequenzen reagieren. Fernerkundungsinstrumente nutzen diese "Signaturen" aus, um Informationen über die atmosphärische Zusammensetzung zu liefern, wobei Messungen über einen Wellenlängenbereich zwischen UV und Mikrowellen erfolgen.
Die atmosphärische Absorption wird hauptsächlich von Wasserdampf, Kohlendioxid und Ozon bestimmt, mit kleineren Beiträgen von Methan und anderen Spurengasen. Relativ breitbandige Instrumente können für Messungen der dominanten Gase verwendet werden, aber für Messungen anderer Gasarten werden Sensoren mit hoher spektraler Auflösung benötigt, da diese schwächere Signale erzeugen und sie von den Signalen der häufiger vorkommenden Gase unterschieden werden müssen.
Instrumente zur Untersuchung der Atmosphärenchemie werden typischerweise entweder in einem Nadir-Viewing-Modus betrieben, bei dem man vertikal direkt nach unten schaut, um die emittierte oder gestreute Strahlung zu messen, oder in einem Limb-Viewing-Modus, bei dem Positionen jenseits des Horizonts abgetastet werden, um Wege durch die Atmosphäre in verschiedenen Höhen zu beobachten. Instrumente, die im Nadir-Modus arbeiten, bieten eine hohe räumliche Auflösung in horizontaler Richtung, aber eine begrenzte vertikale Auflösung, während Instrumente, die den Limb-Modus nutzen, eine hohe vertikale Auflösung (einige km), aber eine begrenzte horizontale Auflösung (bestenfalls Dutzende von km) bieten.
Atmosphärenchemie-Sensoren können entweder aktiv oder passiv sein. Einige Beispiele für aktive Sensoren zur Untersuchung der Atmosphärenchemie sind atmosphärische Lidare, Beispiele für passive Sensoren sind abbildende Spektrometer, multispektrale Radiometer, Sonnenokkultationssensoren und Mikrowellen-Limbsonden.
Messungen mit Copernicus Sentinel-5p TROPOMI
Australien sind Buschbrände nicht fremd, aber die Saison 2019-2020 war beispiellos. Bis März 2020 brannten schätzungsweise 18,6 Millionen Hektar (186 000 km²), wobei über 5000 Gebäude zerstört wurden und mehr als 400 Menschen ums Leben kamen. Mithilfe der Messungen des Tropomi-Instruments an Bord des Copernicus-Satelliten Sentinel-5P konnten genaue Schätzungen der Emissionen vorgenommen werden.
Tropomi misst zwar nicht direkt das Kohlendioxid, aber das Gerät nimmt täglich Momentaufnahmen der Kohlenmonoxidwerte in der darunter liegenden Atmosphärensäule auf. Diese Daten wurden zur Berechnung einer detaillierten Schätzung der Kohlenmonoxidemissionen aus den Buschbränden verwendet, die dann als Ersatz für die Berechnung der Kohlendioxidemissionen herangezogen wurden.
Das Ergebnis ist, dass die Buschbrände in nur drei Monaten etwa 700 Millionen Tonnen freigesetzt haben. Das ist doppelt so viel Kohlendioxid, wie zuvor aus Schätzungen der Feuerinventare hervorging, und übersteigt die normalen jährlichen Emissionen Australiens durch Buschfeuer und fossile Brennstoffe um 80 %.
Tropomi auf Sentinel-5 Precursor Quelle: EO Dashboard
Sentinel-5P ist die erste Copernicus-Mission, die der Überwachung unserer Atmosphäre gewidmet ist. Dieser Satellit ist mit dem hochmodernen Tropomi-Instrument ausgestattet, das eine Vielzahl von Spurengasen wie Stickstoffdioxid, Ozon, Formaldehyd, Methan, Kohlenmonoxid und Aerosole kartiert - allesamt Gase, die die Luft, die wir atmen, und unser Klima beeinflussen.
Wichtige Werkzeuge bei der Fernerkundung der Atmosphäre am DLR:
Wolkenklassifizierungsmethoden sowie Fernerkundungsverfahren zur Ermittlung von makroskopischen, mikrophysikalischen und optischen Eigenschaften von Wasser- und Eiswolken aus Daten des SEVIRI-Sensors an Bord des geostationären Meteosat Second Generation (MSG) Satelliten
Verfahren zur Erkennung und zeitlichen Verfolgung linearer Kondensstreifen und Kondensstreifenzirren (MSG/SEVIRI, MODIS)
Fernerkundungsverfahren zur Bestimmung der langwelligen Ausstrahlung und der reflektierten Solarstrahlung am Oberrand der Atmosphäre für MSG/SEVIRI
Fernerkundungsverfahren zur Erkennung und Quantifizierung von Vulkanasche aus MSG/SEVIRI
Verfahren zur Verfolgung und Kurzfristvorhersage der Verteilung von Wasser-, Eis- und Vulkanaschewolken aus MSG/SEVIRI
Ein- und dreidimensionale Strahlungstransfermodelle (MOM + libRadtran und MYSTIC in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Experimentelle Meteorologie der Ludwig-Maximilians-Universität in München)
Für die Planung von Missionen in erdnahen Umlaufbahnen (LEO), aber auch für alle Startvorgänge von Raketen und sonstigen Flugkörpern ist die genaue Kenntnis der vorliegenden Atmosphärenverhältnisse entscheidend, wobei insbesondere die Dichte einen wesentlichen Einfluss auf den aerodynamischen Widerstand hat. Aber auch Temperatur und Zusammensetzung sind wichtige Kenngrößen, beispielsweise bei der Beurteilung der Degradation von Materialien durch atomaren Sauerstoff. Auf Raumfahrzeuge zeigt sich der Einfluss der Atmosphäre im Wesentlichen in folgenden drei Punkten:
Bei Relativgeschwindigkeiten von etwa 8 km/s findet ein signifikanter Impuls- und Energieaustausch zwischen Strömung und Flugkörper statt. Der ausgeübte Widerstand (Drag) wird durch den Widerstandsbeiwert (Drag coefficient) cD beschrieben, der für einfache Abschätzungen zu etwa 2,2 angenommen werden kann, wobei als Bezugsfläche im Allgemeinen die in die Anströmrichtung projizierte Fläche verwendet wird. Zusätzlich verursachen die aerodynamischen Kräfte auch Drehmomente, die die Lage des Raumfahrzeugs verändern können. Beiden Einflüssen muss durch (aktive) Lage- und Bahnregelung Rechnung getragen werden.
Auf die Oberfläche auftreffende Gaspartikel können mechanisch oder chemisch erosiv wirken (v.a. der atomare Sauerstoff).
Die Atmosphäre stellt einen Reflektor für vom Raumfahrzeug emittierte Gase dar.
In situ-Beobachtung
Übersicht der in der (in situ-)Atmosphärenforschung eingesetzten Luftfahrzeuge:
Fesselballone (Gipfelhöhe 1000 m, Tragkraft einige 10 kg), mit denen man hervorragend länger andauernde meteorologische und luftchemische Untersuchung in der planetaren Grenzschicht (auch 'Reibungsschicht', die untersten 1,5 bis 2 km der Atmosphäre) durchführen kann.
Drachen und Hängegleiter (v einige m/s, Gipfelhöhe einige 1000 m, Tragkraft einige kg), die u.a. schon für die störungsfreie Messung des aktinischen Strahlungsflusses als Funktion der Bewölkung und atmosphärischen Aerosolbelastung eingesetzt wurden.
Luftschiffe (Zeppeline) (Flughöhe einige 1000 m, Tragkraft einige 1000 kg, Reichweite einige 1000 km), die erst seit jüngster Zeit der atmosphärischen Forschung zur Verfügung stehen. Ihr Vorteil besteht in ihrer variablen Geschwindigkeit wodurch Lagrange-Experimente möglich sind. Bei diesen Experimenten wird das Luftschiff genau mit der Windgeschwindigkeit der Umgebungsluft über Grund bewegt, sodass das Luftschiff stets von der gleichen Luftmasse umgeben wird.
Flugzeuge (v einige 100 m/s, Gipfelhöhe < 21 km), die für eine Vielzahl an Forschungszielen eingesetzt werden. So dienen kleinere Flugzeuge zumeist der lokalen und regionalen Umweltüberwachung, aber auch für Untersuchungen zur mesoskaligen Dynamik, Wolkenbildung, Strahlungsbilanz, und Photochemie in der untersten Atmosphäre. Größere Flugzeuge benützt man hingegen vor allem zur Untersuchung von Prozessen von regionaler und hemisphärischer Bedeutung, wie z. B. interkontinentaler und interhemisphärische Transport von Luftschadstoffen, die Photochemie, Mikrophysik, und Transport des Ozons in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre oder die Bildung des Ozonloches. Große Flugzeuge besitzen zudem den Vorteil, dass man auf viele Messgeräte zurückgreifen und damit eine große Anzahl atmosphärischer Parameter gleichzeitig messen kann, was eine synergetische Interpretation der Messungen stark verbessert. Eine besonders interessante Anwendung ist hierbei die Verwendung von regelmäßig verkehrenden Verkehrsflugzeugen. Dabei werden im Rahmen des Projektes CARIBIC (Civil Aircraft for the Regular Investigation of the atmosphere Based on an Instrument Container) in-situ-Messungen von luftchemisch und klimatisch relevanten atmosphärischen Spurenstoffen auf Linienflügen der Lufthansa vorgenommen. Eine besondere Klasse von Forschungsflugzeugen stellen auch die russische GEOPHYSICA und die amerikanische ER-2 (NASAs zivile Version der U-2) dar, die beide ehemals zu Spionagezwecken eingesetzt wurden. Beide Flugzeuge zeichnen sich durch ihre große Gipfelhöhe (< 21 km) aus, womit die sonst nur schwer erreichbare, aber photochemisch und klimatisch bedeutsame oberste Troposphäre und untere Stratosphäre (15 – 21 km) erreicht werden können. Diese Flugzeuge wurden u.a. sehr erfolgreich zur Untersuchung der chemischen und dynamischen Prozesse eingesetzt, die zur Bildung des stratosphärischen Ozonloches im antarktischen Frühjahr führen, oder auch für Untersuchungen der klimatisch wichtigen tropischen oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre.
Hochfliegende unbemannte Drohnen (Gipfelhöhe 22 km, Reichweite bis zu 25000 km, v = 100 m/s, typ. Tragkraft < 500 kg), die von der NASA zur Erforschung der Dynamik und Photochemie der schwer erreichbaren subtropischen und tropischen Tropopausenregion und unteren Stratosphäre (15 – 22 km) in jüngster Zeit verwendet werden. Drohnen besitzen im Gegensatz zu den Höhenforschungsflugzeugen eine wesentlich größere Reichweite und Einsatzzeit, wodurch sich sehr entlegene Gebiete über dem Pazifik oder die Antarktis mühelos und gefahrlos erreichen und untersuchen lassen.
Ballone: Kleine Ballone (Tragkraft einige kg, Gipfelhöhe bis 35 km) werden von vielen Wetterdiensten für die regelmäßige meteorologische Überwachung der unteren und mittleren Atmosphäre eingesetzt. Große Ballone (Gipfelhöhe bis 45 km, Reichweite bis zu 5 Erdumläufen, Tragkraft < 2 t, v einige 10 m/s) kommen hingegen häufig zur Erforschung der stratosphärischen Ozonschicht zum Einsatz.
Höhenforschungsraketen (Tragkraft < 1t, Gipfelhöhe einige 100 km, Flugdauer einige 10 Minuten), die bisher vor allem zur Untersuchung der Atmosphäre oberhalb der Gipfelhöhe der Ballone ( > 45 km, d.h. in der oberen Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre, und Exosphäre) eingesetzt wurden. Ihr Vorteil besteht in ihren großen möglichen Gipfelhöhe, wodurch sich mit anderen Methoden nicht erreichbare atmosphärische Regionen untersuchen lassen.
Beeinflussung des Fernerkundungssignals bzw. der Intensität der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre durch Absorption und Streuung in Funktion der Streupartikelgröße und der Wellenlänge (atmosphärische Extinktion). Diese Prozesse wirken kontrastmindernd. Mit Hilfe der Atmosphärenkorrektur können diese Effekte reduziert werden.
Große Transparenz besteht in sogenannten atmosphärischen Fenstern im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, im nahen, im mittleren und im thermalen Infrarot sowie in hohem Maße im Mikrowellenbereich. Es ist deshalb wichtig, die Beeinflussung der elektromagnetischen Strahlung durch die Atmophäre gut zu kennen, denn sie beeinträchtigt die Qualität der Bilder. Einige der atmosphärischen Effekte können korrigiert werden, bevor die Bilder einer weiteren Analyse und Auswertung unterzogen werden (Atmosphärenkorrektur).
Bei Interaktion der Strahlung mit der Erdoberfläche werden je nach Art der Landbedeckung (land cover) gewisse Strahlungsanteile reflektiert, andere absorbiert. Die Variation der Reflexion in Funktion der Wellenlänge wird objektspezifische Spektralsignatur genannt und ist Kenngröße für die spektrale (thematische) Differenzierbarkeit von Objekttypen.
Die Extinktion der Strahlung (Absorption und Streuung) von Sonne und Gestirnen beim Durchgang durch die Erdatmosphäre. Die abschwächende Wirkung der Extinktion ist um so stärker, je länger der Lichtweg durch die Atmosphäre ist, d.h. je tiefer das Objekt am Horizont steht. Die Streuung hängt von der Wellenlänge ab in der Weise, dass kurzwelligeres Licht stärker gebrochen wird. Darum erscheinen Objekte nahe am Horizont röter als hoch am Himmel (Sonnenunter- oder -aufgang, Mond dito).
Gezeiten der Atmosphäre, verursacht durch die primären gezeitenerzeugenden Massen von Sonne und Mond; bedeutsamer noch sind die von den Massenverlagerungen der Atmosphäre, z.B. durch thermische Ausdehnung, verursachten direkten und durch Auflasteffekte verursachten indirekten Gezeiteneffekte.
Engl. haze correction, atmospheric correction, franz. correction atmosphérique; die Beseitigung von durch Streuung und Absorption in der Atmosphäre bedingten Einflüssen (atmospheric masking) aus dem gemessenen Fernerkundungssignal nach dessen Durchgang durch die Atmosphäre.
Nach DIN 18716 Bezeichnung für "Verfahren zur Beseitigung des Einflusses der Atmosphäre bei der Bestimmung des Reflexionsvermögens des Untergrundes".
Während bei radiometrischen Messungen im Labor die spektrale Reflexion direkt durch die entsprechenden Eigenschaften des Objektes geprägt wird, wird die Reflexionsmessung im Falle eines abbildenden Fernerkundungssystems durch die Wirkung der zwischen Objekt und Sensor liegenden Atmosphäre stark beeinträchtigt. Empirische bzw. modellbasierte Korrekturen des Atmosphäreneinflusses haben daher im Bereich der quantitativ orientierten Fernerkundung, und damit auch der digitalen Bildverarbeitung, große Bedeutung.
Durch den Atmosphäreneinfluss wird die Erdoberfläche nicht nur durch direktes Sonnenlicht bestrahlt, sondern auch durch Streulicht aus der Atmosphäre (Himmelslicht). Die reflektierte oder emittierte Strahlung vom Gelände wird dann erneut durch die Atmosphäre gestreut bevor sie am Sensor ankommt. Das dort empfangene Signal ist deshalb in komplexer Weise verfälscht.
Um genaue Informationen über die Erdoberfläche zu erhalten und optische Fernerkundungsdaten überhaupt erst räumlich und zeitlich vergleichbar zu machen, muss der Einfluss der Atmosphäre korrigiert werden. Die Anwendung einer Atmosphärenkorrektur ist elementar, wenn bio- und geophysikalische Parameter wie Blattflächenindex, Anteil der photosynthetisch aktiven Strahlung, Landnutzung, Emissionsgrad oder Landoberflächentemperatur für die Modellierung und Analyse des Systems Geosphäre-Biosphäre-Atmosphäre operationell abgeleitet werden.
Korrekturmodelle gliedern sich in eine radiometrische Korrektur und einen atmosphärische Einflüsse betreffenden Teil. Der Algorithmus zur atmosphärischen Korrektur der auf den Detektor auftreffenden spektralen Strahldichtewerte setzt die Kenntnis von meteorologischen Größen aus Radiosondenaufstiegen, von horizontaler Sichtweite und optischer Tiefe voraus. Im Zuge einer atmosphärischen Korrektur wird auf Pixelebene vom jeweiligen Grauwert (digital number) ausgegangen, in spektrale Strahldichtewerte und weiter in scheinbare Reflexionsgrade transformiert, um dann mit Hilfe geeigneter Aerosol- und Atmosphärenmodelle letztendlich atmosphärisch korrigierte Grauwerte bereitzustellen.
Wenn Bodeninformationen (ground data) vorliegen, kann die Korrektur verfeinert werden. Flächen, deren Reflexion bekannt ist oder zur Zeit der Datenaufnahme gemessen wurde, werden in den Bilddaten identifiziert. Dann kann man aus dem Vergleich zwischen den gegebenen Werten der Fläche und den Bilddaten eine lokal gültige Atmosphärenkorrektur ableiten.
Die Atmosphärenkorrektur ist vor allem für periodische Beobachtungen (Monitoring) gleicher Gebiete und für die Mosaikierung verschiedener Satellitenbilddaten von Bedeutung.
Engl. atmospheric absorption; der Verlust an elektromagnetische Energie beim Durchgang durch Partikel wie Ozon und Wasserdampf in der Atmosphäre infolge Speicherung in der Materie, Umwandlung in andere Energieformen z.B. in Wärme oder Streuung. Das Ausmaß des Verlustes wird von der Partikelgröße und der Wellenlänge der Energie kontrolliert.
Engl. atmospheric counter radiation; die gegen die Erdoberfläche gerichtete langwellige Strahlung der Atmosphäre (Wärmestrahlung im Spektralbereich 3,5 µm bis 100 µm). Sie entsteht durch die langwellige Ausstrahlung der Erde, die insbesondere von den klimawirksamen atmosphärischen Gasen Wasserdampf und Kohlendioxid absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Sie ist ein wichtiger Bestandteil der Energiebilanz an der Erdoberfläche und verursacht den natürlichen atmosphärischen Treibhauseffekt. Sie heißt Gegenstrahlung, da ihre Strahlrichtung entgegengesetzt zur Richtung der Wärmeabstrahlung der Erde verläuft.
Die im Laufe eines Jahres an einem typischen Standort in Mitteleuropa anzutreffende Variationsbreite der Gegenstrahlungsintensität reicht von unter 200 W/m² in klaren Winternächten bis deutlich über 400 W/m² an bedeckten Sommertagen. Über das Jahr und den ganzen Globus gemittelt beträgt die Intensität der Gegenstrahlung etwa 300 W/m². Im Vergleich dazu erreicht die langwellige Abstrahlung der Erdoberfläche im globalen Mittel (unter Annahme einer mittleren Temperatur von ca. 288 K) etwa 373 W/m², so dass der Erdboden im Mittel einem Verlust von etwa 70 W/m² infolge langwelliger Abstrahlung unterliegt.
Die folgende Grafik veranschaulicht die globale mittlere jährliche Energiebilanz für März 2000 bis Mai 2004 (W/m²). 'Gegenstrahlung' ist in dieser Abbildung von Trenberth als 'Back Radiation' bezeichnet.
Globale Energieflüsse in W/m² Quelle: The COMET Program (Zugang nach kostenfreier Registrierung)
Engl. boundary layer, syn. planetare Grenzschicht; der an die Erdoberfläche grenzende, untere Teil der Atmosphäre. Die vertikale Erstreckung beträgt, je nach Wind- und Temperaturverhältnissen, zwischen 500 m und 2000 m. Die atmosphärische Grenzschicht ist gekennzeichnet durch starke räumliche und zeitliche Änderungen der meteorologischen Felder, ferner durch starke Vertikalgradienten in Wind-, Temperatur- und Feuchteprofilen auf. Diese Änderungen sind am größten in der Nähe des Erdbodens und an der Obergrenze der atmosphärischen Grenzschicht. Letztere wird durch einen Temperatursprung (Inversion) und eine darüber liegenden stabilen Temperaturschichtung gekennzeichnet.
In der atmosphärischen Grenzschicht finden alle Austauschvorgänge zwischen der darüberliegenden freien Atmosphäre und der Erdoberfläche statt. Dies betrifft z.B. den Energieaustausch zwischen solarer Einstrahlung, langwelliger Ausstrahlung, fühlbarer Wärme und latenter Wärme (Verdunstung) und den Impulsaustausch (Bodenreibung).
Engl. atmospheric scattering, franz. diffusion atmosphérique; Prozess, bei dem die Ausbreitungsrichtung von elektromagnetischer Strahlung verändert wird. Er wird durch atmosphärische Gase (z.B. Ozon) und Aerosole hervorgerufen und steht in Abhängigkeit zur Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung.
DIN 18716 definiert den Begriff als "Ablenkung der Strahlung an Partikeln, die zu einer diffusen Strahlungsausbreitung führt".
Die einfallende solare Strahlung wird auf ihrem Weg durch die Atmosphäre durch Streuungs- und zusätzlich durch Absorptionsprozesse entsprechend der Länge des optischen Weges geschwächt. Die atmosphärische Streuung variiert in den verschiedenen Spektralbereichen und steigt mit abnehmender Wellenlänge. Die Mie-Streuung und die Rayleigh-Streuung sind Formen der atmosphärischen Streuung. Die Atmosphärenkorrektur von Fernerkundungsdaten versucht den Einfluss der atmosphärischen Streuung zu eliminieren.
Spezielles mehrkanaliges Radiometer im Infrarot- und Mikrowellenbereich, das zur passiven Vertikalsondierung, d. h. zur Ableitung von vertikalen Temperatur- und Feuchteprofilen der Atmosphäre dient (z.B. ATOVS). Vom Prinzip her wird die Bandbreite der einzelnen Kanäle auf Absorptionsbanden und vertikale Konzentrationsmaxima von atmosphärischen Gasen und Wasserdampf abgestimmt, wodurch das emittierte bzw. reflektierte Signal je einem eng umgrenzten Höhenbereich zugeordnet werden kann.
Engl. atmospheric window, franz. fenêtre atmosphérique; Begriff zur Beschreibung eines Abschnittes des elektromagnetischen Spektrums, in dem Strahlung von der Atmosphäre nur schwach absorbiert wird. Innerhalb eines solchen Abschnittes (Frequenzband) sind Fernerkundungssensoren fähig, die elektromganetische Strahlung der Sonne für die optische Auswertung von Fernerkundungsdaten zu nutzen.
Die größten dieser Fenster befinden sich im Bereich des sichtbaren Lichts, in dem nur geringe Absorption stattfindet (z.B. durch Ozon) und im Bereich des reflektierten (auch nahen) Infrarots. Strahlen mit kürzeren Wellenlängen, wie das Ultraviolett und der Bereich der sehr kurzwelligen Röntgenstrahlen, werden von der Atmosphäre absorbiert und sind daher für die Fernerkundung weitgehend ungeeignet.
Daher sind auf die Fenster höchster atmosphärischer Durchlässigkeit die Sensoren derjenigen Satelliten ausgerichtet, deren Hauptaufgabe eine Aufzeichnung von Prozessen auf der Erdoberfläche ist. Durch die jeweiligen Aufnahmesysteme (Sensoren) wird die eingehende Strahlung gemessen, wobei verschiedene Sensoren für spezielle Frequenzbereicheelektromagnetischer Strahlung eingesetzt werden. Diese Frequenzbereiche, d.h. Intervalle aus dem elektromagnetischen Spektrum bestimmter Breite, werden in der Fernerkundung als Kanäle bezeichnet. In der Regel sind die Kanäle auf die atmosphärischen Fenster ausgerichtet. Allerdings tragen verschiedene Systeme auch solche Instrumente, die innerhalb der Spektralbereiche bestimmter Absorptionsbanden operieren und dadurch Vorgänge in der Atmosphäre sichtbar und erforschbar machen. So zeichnet z.B. der WettersatellitMeteosat den Wasserdampfgehalt der Atmosphäre auf (Kanal 6 des SEVIRI-Sensors).
Ist die Sonne die wichtigste Quelle einkommender elektromagnetischer Strahlung, so sendet andererseits auch die Erde elektromagnetische Strahlung aus. Diese ist allerdings viel geringer und anders zusammengesetzt als die der Sonne. Der Bereich maximaler Strahlungsenergie der Erde liegt bei 9,7 µm, also im thermischen Infrarot.
Wellenlängenbereiche (Spektralbereiche) innerhalb derer die Atmosphäre für solare Ein- bzw. terrestrische Ausstrahlung durchlässig ist, treten dort auf, wo die Strahlungsabsorption durch Wasserdampf, Kohlendioxid und Ozon besonders gering ist. Von besonderer Bedeutung sind die beiden Infrarotfenster in den Wellenlängenbereichen 3,4-4,1 µm und 8-13 µm. Häufig werden nur diese beiden Spektralbereiche mit dem Begriff atmosphärische Fenster bezeichnet.
In bestimmten Bereichen des nahen Infrarotspektrums ist die Atmosphäre fast zu 100 % durchlässig, so dass die FE hier mit minimaler atmosphärischer Verzerrung arbeiten kann. Das große Fenster im Infraroten wird durch die Ozonbande bei 9,6 mm in zwei Bereiche aufgeteilt (elektromagnetisches Spektrum). Dieses Fenster hat wesentliche Bedeutung für den Treibhauseffekt, denn die Zunahme der Konzentration der klimarelevanten Spurengase verursacht eine spektrale Verengung des Fensters. Damit wird die Abstrahlung des Erdbodens im IR-Bereich behindert.
Der Wellenlängenbereich von 10,5-12,5 µm wird als Wasserdampffenster bezeichnet. Besonders durch dieses Fenster kann die langwellige Ausstrahlung der Erde von Satelliten aus aufgenommen und mithilfe des Planck'schen Strahlungsgesetzes in Oberflächentemperaturen der Erdoberfläche umgerechnet werden.
Die folgende Grafik veranschaulicht die ein- und ausgehende Strahlung:
Nicht alle Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung der Sonne erreichen die Erde, und nicht alle von der Erde ausgestrahlten Wellenlängen gelangen in den Weltraum. Die Atmosphäre absorbiert einen Teil dieser Energie, während sie andere Wellenlängen durchlässt. Die Bereiche, an denen Energie durchgelassen wird, nennt man "atmosphärische Fenster". In der Fernerkundung nutzt man diese "Fenster", um in die Atmosphäre zu blicken und daraus viele Informationen über das Wetter zu gewinnen.
Der größte Teil der Sonnenenergie stammt aus dem sichtbaren Licht und dem nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums. Die gesamte von der Erde abgestrahlte Energie ist infrarot.
Längere Wellenlängen im Mikrowellenbereich werden atmosphärisch kaum gestört. Außerdem können die Mikrowellen Wolken, Nebel, Rauch, Dunst und Schnee durchdringen. Allerdings verursachen starke Regenschauer bei kürzeren Wellenlängen deutliche Störungen.
Die Durchlässigkeit der Atmosphäre hat in der Fernerkundung eine doppelte Relevanz: zum einen für die Einstrahlung solarer Strahlung auf die Erdoberfläche und zum anderen (wichtiger) im Hinblick auf die Empfangsmöglichkeiten der von der Erdoberfläche reflektierten oder emittierten Strahlung an einem satellitengestützten Sensor.
Die atmosphärischen Fenster werden zur Bestimmung der globalen Verteilung der Erdoberflächentemperatur von Satelliten aus benutzt. Weitere atmosphärische Fenster gibt es außerhalb des solaren und terrestrischen Spektralbereichs, z.B. im Mikrowellen- und im Radiowellenbereich.
Die diese atmosphärischen Fenster passierende Strahlung unterliegt komplexen Streuungsvorgängen, die sich wiederum wellenlängenspezifisch auswirken. So wird z.B. ein großer Teil der Strahlung des blauen Spektralbereiches bereits in der Atmosphäre an den Luftmolekülen gestreut (sog. Rayleigh-Streuung) und zum Satellitensensor zurückgestrahlt. Dieser Teil überlagert dort als "Luftlicht" (engl. path radiance) das Bodensignal und führt zu Kontrastminderungen. Deshalb wird dieser Bereich oft aus Untersuchungen herausgelassen oder erst gar nicht aufgezeichnet. Beispielsweise verzichtet der ASTER-Sensor auf dem Terra-Satelliten der NASA auf eine Aufnahme dieses Wellenlängenbereiches.
Aufnahmesysteme im optischen Bereich
Mit den optischen Multispektralsatelliten des EU/ESA-Copernicus-Programms und des USGS/NASA-Landsat-Programms stehen für die verschiedenen Anwendungsgebiete leistungsfähige Satellitensysteme zur Verfügung, deren Daten weltweit kostenfrei genutzt werden können. In Kombination mit einer Vielzahl weiterer Satellitensysteme ermöglichen sie eine kontinuierliche Erdbeobachtung in unterschiedlichen Maßstäben innerhalb der atmosphärischen Fenster.
Im Bereich der optischen Fernerkundung verfügen räumlich sehr hoch auflösende Systeme (< 2 m) nur über wenige (< 10) spektral breite Kanäle (z. B. Quickbird, WorldView-2). Räumlich schlechter auflösende Systeme (> 10 m) besitzen hingegen deutlich mehr (> 10 bis rund 250) spektral höher auflösende Kanäle (z. B. Sentinel-2, EnMAP). Abbildung 1 verdeutlicht die Lage der Spektralkanäle wichtiger Aufnahmesysteme. Die zeitliche Auflösung der Systeme kann durch den Einsatz mehrerer baugleicher Satelliten erhöht werden. Beispiele dafür sind die Sentinel-1/2-Systeme mit jeweils zwei Satelliten (A/B), die inzwischen inaktive RapidEye-Konstellation mit fünf Satelliten und im Bereich der CubeSats die PlanetScope-Konstellation mit mehr als zweihundert Kleinsatelliten.
Engl. Akronym für Advanced Technology Microwave Sounder; ein im Mikrowellen-Bereich arbeitendes, passives 22-Kanal-Radiometer zur Messung von Temperatur- und Feuchtigkeitsprofilen der Erdatmosphäre mit einer Auflösung zwischen 5,8 und 74,8 km und einer Schwadbreite von etwa 2600 km.
In Verbindung mit dem Instrument Cross-track Infrared Sounder (CrIS) liefert ATMS ganzjährig Mikrowellen-Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten zur Erstellung dreidimensionaler atmosphärischer Profile.
Funktionell sind ATMS und CrIS durchaus vergleichbar mit AIRS, AMSU und HSB.
Sein Nutzen
Verbessert die Genauigkeit von kurz- und mittelfristigen Wettervorhersage-, Sturmverfolgungs- und Klimavorhersagemodellen
Stellt Daten für die Landwirtschaft, die Flugroutenplanung, die Vorbereitung auf extreme Wetterbedingungen und die Schiffsnavigation bereit
Zusammen liefern CrIS und ATMS in erster Linie Daten über den Wasserkreislauf, der Wasserdampf, Wolken und Niederschlag umfasst. Da Wolken im infraroten Teil des Spektrums undurchsichtig sind (vom CrIS-Instrument gemessen) und im Mikrowellenbereich weitgehend transparent sind (von ATMS gemessen), ermöglicht der gemeinsame Betrieb dieser beiden Instrumente die Erfassung eines breiteren Spektrums von Wetterbedingungen. ATMS ermöglicht einen Blick in und unter die Wolken und kann Bilder aus dem Inneren von Stürmen, einschließlich Hurrikanen, liefern. Diese Daten sind von unschätzbarem Wert für das Verständnis von Stürmen und für Vorhersagen, die bis zu fünf bis sieben Tage vor einem Unwetterereignis gemacht werden können.
Engl. Akronym für Advanced TIROS Operational Vertical Sounder; Instrumentengruppe mit Soundern im Mikrowellen- und Infrarotbereich auf den WettersatellitenNOAA-15 und NOAA-16, die genaue vertikale atmosphärische Temperatur- und Feuchteprofile aus bewölkten Gebieten liefern. Von besonderem Interesse sind hier die Frontalzonen, in denen unterschiedliche Luftmassen aneinandergrenzen.
Alle Systeme und Datenprodukte des Advanced TIROS Operational Vertical Sounder (ATOVS) wurden zum Ende des Kalenderjahres 2022 eingestellt.
Engl. Akronym für Along Track Scanning Radiometer; aus zwei Komponenten ( IRR und MWS) bestehendes, abbildendes Instrument auf den seit Jahren inaktiven ESA-Erdbeobachtungsmissionen ERS-1, ERS-2 und als Advanced ATSR (AATSR) auf der ebenfalls beendeten Mission ENVISAT. IRR ist ein Infrarot-Radiometer, MWS ein zweikanaliger passiverMikrowellen-Sounder. MWS ist physisch mit dem IRR verbunden, und seine Daten werden vor der Übermittlung an die Bodenstation mit den IRR-Daten vermengt.
Das Radiometer misst Oberflächentemperaturen mit hoher Frequenz, insbesondere der Ozeane und der Wolkenoberseiten, mit einer Genauigkeit von 0,3 °C. Die Messungen erfolgen im infraroten und im sichtbaren Bereich und besitzen eine räumliche Auflösung von einem Kilometer. Seine Daten und Bilder sind wesentliche Beiträge zum Verständnis des Weltklimas und dessen Veränderungen.
Die folgende Animation mit den Anomalien der Meerestemperaturen dokumentiert die Entwicklung des ENSO-Phänomens von 1996 bis 2003. Besonders eindrucksvoll ist das Einsetzen der Kelvinwelle im Jahr 1997 (rotbraune Zunge im Pazifik vor Südamerika).
El Niño-Beobachtung mit ATSR auf ERS-2 (1996-2003)
Engl. Akronym für Automated Transfer Vehicle, automatischer Raumtransporter; der ATV war ein von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) entwickeltes Trägerfahrzeug, das zwischen 2008 und 2015 für den Transport von Fracht im Weltraum eingesetzt wurde. Die ATV-Konstruktion wurde fünfmal in die Erdumlaufbahn gebracht, und zwar ausschließlich mit der Ariane-5-Schwerlastträgerrakete. Es war praktisch das größere europäische Gegenstück zum russischen Progress-Frachtraumschiff für den Transport von Masse zu einem einzigen Zielort - der Internationalen Raumstation (ISS) -, hatte aber die dreifache Kapazität.
Das ATV sorgte auch für die notwendigen Höhenkorrekturen der Station. Ohne die Bahnanhebungsmanöver mit den ATV und den kleineren russischen Progress-Fahrzeugen würde die ISS mit der Zeit absinken und letztlich auf die Erde fallen. Die ATV sind die technisch anspruchsvollsten Raumfahrzeuge, die je in Europa entwickelt wurden, und zugleich die größten und leistungsfähigsten Frachttransporter, die an der ISS andocken.
Auch wenn das ATV ein „Wegwerfprodukt“ war, war seine Verwendung nicht unbedingt teurer als die Versorgung mit dem (wiederverwendbaren) Space-Shuttle-Orbiter, da dort Sicherheitsaspekte gegenüber der Besatzung beträchtliche Kostensteigerungen mit sich brachten.
Der Prototyp 'Jules Verne' des ATV startete im März 2008 an Bord einer speziellen Ariane 5 von Kourou aus. In den mehreren Monaten, in denen es an die ISS angekoppelt blieb, sorgte das ATV dafür, dass die Station mit so genannten ‘Reboost‘-Manövern wieder angehoben wurde. Am Ende seiner sechsmonatigen Mission nahm das ATV Abfälle auf und verglühte kontrolliert in der Atmosphäre.
Auch das vierte Automatische Transferfahrzeug der ESA 'Albert Einstein', schloss am 2. November 2013 um 13.04 Uhr MEZ - beladen mit Abfällen - mit seinem kontrollierten Wiedereintritt in die Erdatmosphäre und sicheren Verglühen über einem unbewohnten Gebiet des Südpazifik seine fünfmonatige Mission zur Versorgung der Internationalen Raumstation (ISS) ab. Nach den bisherigen vier Starts im März 2008, Februar 2011, März 2012 und Juni 2013 erfolgte ein letzter Flug (ATV-5) im Juli 2014. Das ATV „Georges Lemaître“ transportierte eine Nutzlast von 6.500 Kilogramm zu den Bewohnern der ISS. Mit an Bord sind neben Dingen des alltäglichen Weltraumlebens wie Kaffee oder Käsespätzle und Nachschub für Treibstoff, Wasser und Atemluft auch Experimente wie der elektromagnetische Levitator EML, ein Schmelzofen, den der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst eingebaut und erstmals in Betrieb genommen hat.
Die Konzeptstudie „ATV Evolution Scenarios“ der ESA sieht das ATV als Basis zur Entwicklung zukünftiger Raumschiffe. Beweggründe sind zum einen das Auslaufen des amerikanischen Space-Shuttle-Programms im Jahre 2010, da bis zur Einführung des geplanten Orion-Raumschiffes ab 2022 nur die russischen Sojus-Raumschiffe zum Transport von Astronauten zur ISS zur Verfügung stehen und zum anderen die Unterstützung der europäischen Raumfahrtindustrie, um die Unabhängigkeit zu gewährleisten.
Der europäische Weltraumfrachter ATV beim Laser-geleiteten Andocken an die ISS Quelle: ESA
Engl. reconnaissance; franz. reconnaissance; im Unterschied zur längerfristig angelegten, kontinuierlichen Überwachung bedeutet Aufklärung die Erlangung von Informationen zu einem zeitlich eng begrenzten Rahmen, in diesem Kontext häufig mit Hilfe von Bildmaterial (Bildaufklärung), das von Satelliten oder luftgetragenen Plattformen beschafft wird. Dabei werden gerade ausreichend Informationen gesammelt, um das Beobachtungsobjekt charakterisieren zu können.
Der kurzzeitige und diskontinuierliche Charakter von Aufklärung kann aber zu bedeutsamen Fehlinterpretationen führen oder zum Ausbleiben von wesentlichen geheimdienstlichen Erkenntnissen. Werden beispielsweise die Bahnparameter eines Aufklärungssatelliten unbeabsichtigt bekannt, kann eine gegnerische Macht die Zeitpunkte des Überflugs berechnen und ihre zu verbergenden Aktivitäten dann durchführen, wenn der Satellit nicht über den Himmel zieht.
Arten der Aufklärung:
Bildaufklärung
Die grundlegende und älteste eingeführte Form der Aufklärung besteht im Anfertigen von Bildern des Zielgebiets. In den Zeiten des Ballons bedeutete dies einen Mann mit Papier und Stift, der Skizzen von feindlichen Befestigungsanlagen machte. Später nahmen Flugzeuge Kameras mit in die Luft. Bis in die 1990er-Jahre war die mit superfeinem Schwarz-Weiß-Film bestückte Kamera das wichtigste Werkzeug der Aufklärung, ehe sie von der elektronischen Bilderfassung abgelöst wurde. Deren wesentlicher Vorteil liegt darin, dass sie in Echtzeit übermittelt werden kann. Infrarotsensoren und Radarsysteme können ebenfalls hochaufgelöste Aufklärungsdaten oder -bilder liefern (siehe Infrarotfotografie, SAR). Mit großen Brennweiten und hochwertigen Objektiven können Spionagesatelliten aus ihrem Orbit Aufnahmen mit einer Auflösung von weniger als 30 Zentimetern aus einer Entfernung von 250 Kilometern machen.
Strategische Aufklärung
Oberstes Ziel eines strategischen Aufklärungssystems ist es, den eigenen Kommandoautoritäten zu ermöglichen, die militärische Stärke einer Zielnation in Friedenszeiten abzuschätzen, und eine solche Aufgabe auch in einem Kriegsfall fortzusetzen. Diese Art von Mission, die über einen langen Zeitraum kontinuierlich ausgeführt wird, ist eher unter dem Begriff Überwachung bekannt.
Strategische Aufklärungsplattformen müssen so viel Information wie möglich über ein möglichst großes Gebiet bei einem einzigen Überflug sammeln; deshalb tendierte man in der Vergangenheit dazu, dafür sehr hoch fliegende Flugzeuge wie die Lockheed U-2, die Lockheed SR-71 ('SR' steht für Strategic Reconnaissance, engl. für Strategische Aufklärung) und die Mikojan-Gurewitsch MiG-25RB einzusetzen. Eine große Flughöhe hat auch den Vorteil einer minimalen Verzeichnung (= optischen Verzerrung) an den Bildrändern.
Seit Jahrzehnten stammt der Großteil der Geheimdienstinformationen, die für strategische Planung verwendet werden, von Satelliten. Die Satellitenbild-Auswerter halten Ausschau nach Indizien für militärische Expansion (etwa große Truppenbewegungen oder Aufstellung neuer Raketenbatterien) und nach militärisch bedeutsamen wirtschaftlichen Veränderungen, etwa Wochenendarbeit in Munitionsfabriken oder Umstellung ihrer Produktion auf Dreischichtenbetrieb. Die USA sammeln mit dem Spionagesystem Echelon riesige Datenmengen. Beide Informationsarten können auch der Wirtschaftsspionage dienen.
Taktische Aufklärung
Es gibt keine scharfe Grenze zwischen strategischer und taktischer Aufklärung. Im Allgemeinen wird taktische Aufklärung im Auftrag des Bodenbefehlshabers ausgeführt und zwar meist von aktuellen Varianten hochleistungsfähiger Flugzeuge wie dem Panavia Tornado und zunehmend von Drohnen. Strategische Systeme können auch für taktische Zwecke verwendet werden: Die SR-71 machten Mach-3-Aufklärungsflüge, um die feindliche Abwehr auszuspionieren, bevor die USA in den 1980er Jahren militärische Kampfhandlungen in Grenada, Libyen und Panama initiierten.
Taktische Aufklärung beinhaltet äußerst selten Überwachung; stattdessen werden die Flugzeuge beauftragt, nachrichtendienstliche Informationen über ein bestimmtes Ziel in einem kurzen Zeitabschnitt zu liefern.
Die technische Ausstattung reicht von (digitalen) Foto-Kameras über Daten- und Sprechfunkantennen, Mikrowellenempfängern bis zu Wärmebildkameras und Radar und weiteren Geräten wie Tonbandgeräten etc.
Engl. surveillance aircraft, franz. avion de reconnaissance; Bezeichnung für ein bemanntes oder unbemanntes Militärflugzeug, das für die Aufgabe konstruiert, gebaut oder ausgerüstet ist, Informationen für die militärische Aufklärung zu beschaffen. Unbemannte Flugzeuge nennt man Drohnen. Alternativen sind andere Luftfahrzeuge wie Aufklärungszeppeline (zum Beispiel der unbemannte LEMV (Long Endurance Multi-Intelligence Vehicle)) oder Aufklärungssatelliten.
Bevor es Luftfahrzeuge gab, hatten die Aufklärung per Fernrohr von hochgelegenen Orten (Gipfeln, Türmen) aus und die Aufklärung durch Spione oder berittene Trupps größere Bedeutung als seitdem.
Luftaufklärung
Der SR-71B Blackbird 1994 über den schneebedeckten Bergen der südlichen Sierra Nevada (Kal.) nach der Luftbetankung. Die Streifen auf dem Rumpf und den Tragflächen sind Treibstoff. Die Tanks dichten erst bei hohen Geschwindigkeiten ab, wenn sich die Außenhaut durch die Reibung erhitzt hat. Sonst verliert die Blackbird immer Treibstoff. Abgebildet ist die Trainerversion (SR-71B) mit zweitem, aufgepropftem Cockpit für den Ausbilder. Die Klappe zur Luftbetankung ist offen und die Blackbird war bis dahin noch nicht schneller als der Schall.
Der MQ-1 Predator, der dem 163. Aufklärungsgeschwader zugeteilt ist, im Flug über dem Southern California Logistics Airport (ehemals George Air Force Base) in Victorville, Kalifornien, 7. Januar 2012.
Der MQ-1B Predator ist ein bewaffnetes, ferngesteuertes Mehrzweckflugzeug mit mittlerer Flughöhe und langer Flugdauer, das in erster Linie zur Aufklärungsarbeit und in zweiter Linie zur Bekämpfung dynamischer Ziele eingesetzt wird.
U-2 Luftbild vom 17.10.1962 mit Stellungen von atomaren Mittelstreckenraketen auf Kuba.
Schlechtes Wetter in der Karibik in der Woche vom 7. Oktober 1962 verhinderte, dass amerikanische U-2-Überwachungsflugzeuge weitere Aufklärungsflüge über Fidel Castros Kuba durchführen konnten. Doch am Sonntagmorgen, dem 14. Oktober, und danach war es wolkenlos, und die U-2-Flugzeuge machten Fotos, die in den nächsten Tagen analysiert und neu ausgewertet wurden.
Engl. reconnaissance satellite, franz. satellite de reconnaissance, dt. ugs. auch Spionagesatellit; Aufklärungssatelliten sind operationelle Unterstützungssysteme, die zu militärischen oder nachrichtendienstlichen Zwecken eingesetzt werden. Dazu gehören Kommunikationssatelliten zur Überwachung von Kommunikation im Radiobereich und Erdbeobachtungssatelliten mit hochauflösenden optischen Sensoren oder Radarinstrumenten.
Die von Erdbeobachtungssatelliten gewonnenen Bilder liefern beispielsweise Informationen über Truppenbewegungen, Truppenstärke, Kampfhandlungen oder Ähnliches. Besondere Bedeutung haben Satelliten als Frühwarnsysteme vor Raketenangriffen. Unterstützungssysteme dienen auch der Sicherstellung der Führung der eigenen Kräfte im Konfliktfall. Insbesondere sind dies Mittel und Systeme zur Kommunikation und Navigation sowie zur Ermittlung der geographischen und meteorologischen Einsatzbedingungen.
Gleichermaßen können Informationen über zivile oder Naturkatastrophen, über Ernteaussichten usw. von nachrichtendienstlichem Interesse sein. Um eine möglichst hohe Auflösung des Zielgebietes zu erhalten, werden Aufklärungssatelliten zur Beobachtung in einen niederen Orbit abgesenkt und später wieder angehoben. Dieses Vorgehen ist sehr teuer und beschränkt die chemisch angetriebenen Satelliten stark in ihrer Lebensdauer. Es begründet jedoch in der Hauptsache den Qualitätsunterschied zu zivilen Erdbeobachtungssatelliten.
Die Technik von Aufklärungssatelliten unterscheidet sich nicht grundsätzlich von der Technik ziviler Erdbeobachtungssatelliten. Zu einem besonderen Merkmal gehören aber Verschlüsselungstechnologien für die Datenübermittlung.
Typen von Aufklärungssatelliten (Systeme und Technologien):
Raketenfrühwarnsysteme Sie liefern Informationen über den Start von ballistischen Raketen mit Hilfe der satellitenbasierten IR-Sensoren
Überwachung mit optischen Sensoren Sie liefert Bildmaterial der Erde aus dem Weltraum. Die Bilder können Überblickscharakter haben oder Detailaufnahmen sein. Die Aufnahme und Darstellung in verschiedenen Spektralbereichen ist üblich.
Satelliten zur Überwachung von Nuklearexplosionen Sie können mit Detektoren zu Messung von Infrarot-, Röntgen-, Neutronen- und Gammastrahlen ausgestattet sein. Die Satellitenreihe Vela ist die erste bekannte dieses Typs.
Signalerfassende Aufklärung (SIGINT) Die signalerfassende Aufklärung umfasst das Abhören von Funksignalen (Fernmeldeaufklärung, COMINT) sowie die Erfassung und Analyse anderer elektronischer Signale (elektronische Aufklärung, ELINT)
Bildgebende Radarsysteme Die meisten weltraumbasierten Radarsystem benutzen SAR-Systeme. Sie können sowohl bei Nacht, wie auch bei Wolkenbedeckung eingesetzt werden.
Optische Missionen
Satelliten zur optischen (im sichtbaren und infraroten Spektralbereich) Aufklärung werden im LEO eingesetzt und dienen zur Detailaufklärung und Zielerfassung sowie zur Voreinweisung anderer Sensorsysteme. Sie erfassen jedoch nur einen Streifen am Erdboden längs der Flugrichtung bis etwa 200 km nach jeder Seite (maximale Auflösung nur auf etwa 10 km Breite). Weiterhin wird ein vorgegebenes Gebiet, je nach Zahl der eingesetzten Satelliten, nur in Abständen von Stunden bis einigen Tagen abgedeckt. Während kommerzielle zivile Satelliten im sichtbaren Spektralbereich Bilder mit Auflösungen im Meterbereich anbieten, erzielen militärische Satelliten eine Auflösung von etwa 10 bis 15 cm. Hierfür müssen teleskopartige photographische Systeme mit großen Spiegeln (Teleskopdurchmesser mindestens 3 m) eingesetzt werden, so dass auch die Satellitenplattform entsprechende Ausmaße haben muss. Allerdings nähert man sich wegen der atmosphärischen Turbulenzen bei der Auflösung bereits einer nur schwer oder gar nicht zu überwindenden Grenze. Mit IR-Sensoren sind typischerweise Auflösungen im Meterbereich erreichbar.
Niedrige Umlaufbahnen sind vorteilhaft in Bezug auf die Auflösung. Sie haben jedoch den Nachteil, dass die Lebensdauer von Satelliten mit abnehmender Höhe aufgrund der Luftreibung rapide sinkt. Satelliten zur optischen Aufklärung haben daher nur eine geringe Lebensdauer von einigen Wochen bis zu maximal drei bis fünf Jahren. Damit hängt die optische Aufklärung von der verfügbaren Startkapazität ab.
Kommerzielle Satelliten werden während Kriegen gerne von einer der Konfliktparteien gebucht, um die eigenen Kapazitäten zu erweitern oder um der anderen Partei den Zugriff darauf zu verwehren. Auch sind einige weitere, eigentlich nichtmilitärische, Erdbeobachtungssatelliten im Dual Use verwendbar.
Die erste Generation von Aufklärungssatelliten (z. B. Corona und Zenit) nahm analoge Photos auf und stieß dann Behälter mit dem photographischen Film ab, wonach sie zur Erde fielen. Corona-Kapseln wurden in der Luft aufgefangen, während sie an Fallschirmen herunterschwebten. Später erhielten die Satelliten digitale Aufnahmesysteme und schickten die Bilder über verschlüsselte Funkstrecken zu Bodenstationen.
Die verschiedenen Generationen und Varianten von Satelliten der Vereinigten Staaten zur optischen Aufklärung seit 1960 werden zumeist mit Keyhole (KH) bezeichnet. Sie werden alle im LEO eingesetzt. Die Details der aktuellen Satelliten und ihrer Missionen werden nicht veröffentlicht. Die meisten Informationen über Programme der USA beziehen sich auf die Zeit bis 1972, da diese Informationen aufgrund ihres Alters freigegeben wurden. Einiges Material aus dieser Zeit ist noch immer geheim, und einige wenige Informationen über nachfolgende Missionen sind verfügbar.
Frankreich betreibt seit 1995 zusammen mit Italien und Spanien zwei optische Aufklärungssatelliten (HELIOS IA, HELIOS IB) im niedrigen polaren Orbit. Diese Satelliten liefern ca. 100 digitale Bilder pro Tag mit einer Auflösung von 1 bis 5 m. Nachteilig ist, dass nur im sichtbaren Teil des Spektrums gearbeitet wird und dadurch das System auf Tageslicht und klare Sicht angewiesen ist. Das Nachfolgesystem HELIOS II besteht ebenfalls aus zwei Satelliten im niedrigen polaren Orbit und arbeitet auch im IR und mit höherer Auflösung (0,8 m) sowie mit verbesserter Wiederholrate. Das neue Nutzer-Bodensegment wurde 2003 in Dienst gestellt und der erste Satellit der neuen Generation Helios IIA, wurde von der Trägerrakete Ariane am 18. Dezember 2004 in die Umlaufbahn gebracht. Das System verarbeitet auch Daten vom weiterhin eingesetzten HELIOS IA. HELIOS IIB wurde im Dezember 2009 gestartet.
HELIOS II gilt nicht nur als bahnbrechender Fortschritt im Hinblick auf die Fähigkeit Europas, satellitengestützte militärische Aufklärungsdaten zu nutzen, sondern eröffnet auch neue Dimensionen für die europäische Verteidigung.
Sowohl von China als auch von Israel ist bekannt, dass sie über eigene Aufklärungssatelliten verfügen. Zusätzlich werden vom israelischen Verteidigungsministerium auch kommerzielle optische Satelliten mitbenutzt.
Radar-Missionen
Radar kann wellenlängenbedingt auch durch Wolken dringen und ist als aktives System unabhängig von externer Beleuchtung. Radarsysteme können daher zur wetter- und tageszeitunabhängigen kontinuierlichen Aufklärung eingesetzt werden. Nachteilig im Vergleich zu optischen Satelliten ist vor allem der hohe Strombedarf im Satelliten aufgrund des aktiven Radarbetriebs. Neben der Überwachung größerer Bereiche mit Erfassung und Verfolgung von Punktzielen ist mit Radar auch eine bilderzeugende Aufklärung möglich. Derzeitige operationelle Radarsatelliten werden überwiegend zur Bildgewinnung eingesetzt. Beim geplanten US-amerikanischen raumgestützten Radar (SBR, Space-Based Radar) wird die Erfassung und Verfolgung von Punktzielen mit einbezogen, wie Flugzeuge, Meeresschiffe (vergleichbar dem sowjetischen US-A-Programm) und potentiell auch Landfahrzeugen.
Ein gutes Radar-Auflösungsvermögen kann mit sehr großen Antennen (reale Apertur) oder weniger aufwendig mit der so genannten Technik der synthetischen Apertur (Synthetic-Aperture Radar, SAR) erreicht werden. Dabei wird mit bewegtem Radarsensor die Abbildungsqualität einer großen Antenne synthetisch durch Aufsummierung der Rückstreusignale während des Überfluges erreicht. Bei dieser Betriebsart wird mit schwenkbaren Antennen ein spezielles Zielgebiet während des gesamten Überfluges abgetastet. Das maximale Bodenauflösungsvermögen eines SAR-Satelliten liegt im Meterbereich und damit fast bei photographischer Qualität. Durch Tandem-Interferometrie (d.h. den Vergleich von zwei aus benachbarten Positionen aufgenommenen Bildern derselben Szene) ist auch die Erschließung der dritten Dimension möglich.
In den USA begann 1983 die Entwicklung für einen SAR-Satelliten unter dem Namen Lacrosse bzw. Onyx. Der erste Start erfolgte dann im Dezember 1988 mit einem Space Shuttle. Markantes Merkmal der Lacrosse-Satelliten ist eine sehr große Radarantenne. Auch die Solar-Panels müssen sehr groß sein, um die erforderliche elektrische Energie für den Radarbetrieb zur Verfügung zu stellen.
Die Sowjetunion verfügte seit Mitte der 1960er Jahre immer mindestens über einen operationellen optischen Aufklärungssatelliten, z.B. aus der Jantar-Serie. Anfang 1980 wurden die Neman-Satelliten (alt. Bezeichnung: Jantar-4KS1) eingeführt. Sie arbeiten elektrooptisch und nehmen digitale Bilder auf, die entweder direkt zur Kontrollstation oder über einen Relaissatelliten im GEO (Potok/Geizer-Baureihe) gesendet werden. Eine hohe Qualität war bei elektrooptischen Aufnahmen immer noch schwerer zu erreichen als bei Filmaufnahmen. Wahrscheinlich aus diesem Grund wurden die 1989 eingeführten neuen Don-Satelliten wieder mit Filmkameras ausgestattet. Sie haben zehn bis zwölf Filmrückkehrkapseln, die in Intervallen von sieben bis zehn Tagen zur Erde zurückkehren, während der Satellit weiter im Orbit verbleibt und am Ende der Mission zerstört wird. Vermutlich eine Weiterentwicklung der Don-Satelliten sind die Jenissej-Satelliten, die erstmals 1994 geflogen sind. Sie sollen 22 Filmkapseln tragen und werden am Ende der Mission nicht mehr zerstört, sondern durch Wechsel auf andere Bahnen aus dem Orbit entfernt. Aktuell betreibt Russland Radarsatelliten aus der Kondor-Serie als Nachfolger der sowjetischen RORSAT and Almaz-T-Serien.
SAR-Lupe ist ein deutsches Satellitenaufklärungssystem zur Vervollständigung der Aufklärungsfähigkeit europäischer Streitkräfte. Es besteht aus fünf identischen Kleinsatelliten und einer Bodenstation (Erdfunkstelle) zur Satellitenkontrolle und zur Bildauswertung. Neue bilaterale Vereinbarungen (Frankreich-Deutschland, Frankreich-Italien) werden den gemeinsamen Zugriff auf die von HELIOS II, dem deutschen Radarsatellitensystem SAR-Lupe und dem italienischen System Cosmo-SkyMed gelieferten Daten ermöglichen.
Eine andere Option zur militärischen Nutzung von Satellitenbildern wird mit dem Betrieb des Satellitenzentrums der Europäischen Union (SatCen) in Torrejón (Spanien) verfolgt. Hier werden neben den Hélios-Bildern vor allem kommerziell erhältliche Bilder ausgewertet, die z.B. für den Kosovo-Einsatz der NATO schon von der Vorläuferorganisation EUSC genutzt wurden. Generell unterstützt das SatCen die Gemeinsame Außen- und Sicherheitspolitik (GASP) durch auf Weltrauminfrastrukturen und Zusatzdaten basierende Dienste.
Der Begriff der Auflösung in der Fernerkundung Quelle: nach Jensen 2009
Die Auflösung spielt eine Rolle dabei, wie die Daten von einem Sensor verwendet werden können. Abhängig von der Umlaufbahn des Satelliten und dem Sensordesign kann die Auflösung variieren.
Spektrale Auflösung bezieht sich auf die Wellenlängenbereiche, die ein Sensor gleichzeitig aufnehmen kann, wichtig sind dabei die Anzahl der Spektralkanäle, ihre Breite und ihre Wellenlängenunterschiede. So ist die spektrale Auflösung die Fähigkeit eines Sensors, feinere Wellenlängen zu erkennen, d.h. mehr und schmalere Bänder zu haben. Viele Sensoren gelten als multispektral, d.h. sie haben zwischen 3-10 Bänder. Sensoren, die Hunderte bis sogar Tausende von Bändern haben, gelten als hyperspektral. Je schmaler der Wellenlängenbereich für ein bestimmtes Band ist, desto feiner ist die spektrale Auflösung. Das Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) zum Beispiel erfasst Informationen in 224 Spektralkanälen. Der Würfel unten stellt das Detail innerhalb der Daten dar. Auf dieser Detailebene kann zwischen Gesteins- und Mineralarten, Vegetationstypen und anderen Merkmalen unterschieden werden. Im Würfel liegt der kleine Bereich mit hoher Empfindlichkeit oben rechts im Bild im roten Bereich des sichtbaren Spektrums (etwa 700 Nanometer) und ist auf das Vorhandensein von 1 Zentimeter langen (halben Zoll) roten Salinenkrebsen im Verdunstungsteich zurückzuführen.
In der folgenden Grafik ist die Oberseite des Würfels ein Falschfarbenbild, das zur Hervorhebung der Struktur in den Wasser- und Verdunstungsteichen auf der rechten Seite angefertigt wurde. Die Seiten des Würfels sind Scheiben, die die Kanten der Oberseite in allen 224 AVIRIS-Spektralkanälen zeigen. Die Oberseiten der Seiten liegen im sichtbaren Teil des Spektrums (Wellenlänge 400 Nanometer) und die Unterseiten im Infrarot (2.500 Nanometer).
Datenwürfel bei hyperspektraler Auflösung Quelle: NASA/JPL
Das räumliche oder geometrische Auflösungsvermögen bezeichnet die schmalste lineare oder winkelmäßige Trennung zweier Objekte durch einen Sensor, die es erlaubt, ein Objekt gerade noch zu erkennen. Je feiner die räumliche Auflösung, desto schärfer die Bilder. Häufig erfolgt die Definition auch über die Größe jedes Pixels innerhalb eines digitalen Bildes und den durch dieses Pixel repräsentierten Bereich auf der Erdoberfläche. Zum Beispiel hat die Mehrheit der Bänder, die mit dem Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) beobachtet werden, eine räumliche Auflösung von 1 km; jedes Pixel repräsentiert ein 1 km × 1 km großes Gebiet auf der Erdoberfläche. MODIS umfasst auch Bänder mit einer räumlichen Auflösung von 250 m oder 500 m. Je feiner die Auflösung (je niedriger die Zahl), desto mehr Details kann man sehen.
In der folgenden Abbildung (Landsat 8-Bild von Reykjavik, Island, aufgenommen am 7. Juli 2019) erkennt man den Unterschied in der Pixelierung zwischen einem 30 m/Pixel-Bild, einem 100 m/Pixel-Bild und einem 300 m/Pixel-Bild.
Die radiometrische Auflösung ist die Informationsmenge in jedem Pixel, d.h. die Anzahl der Bits, die die aufgezeichnete Energie repräsentieren. Jedes Bit zeichnet einen Exponenten der Potenz 2 auf. Zum Beispiel ist eine Auflösung von 8 Bit 28, was anzeigt, dass der Sensor 256 potenzielle digitale Werte (Grauwerte) zum Speichern von Informationen hat. Die radiometrische oder dynamische Auflösung gibt folglich an, wie gut Helligkeitsunterschiede noch messtechnisch erfassbar sind. Sie bezieht sich also auf die Empfindlichkeit eines Sensors gegenüber Unterschieden der Signalstärke.
Bei höherer radiometrische Auflösung stehen mehr Werte für die Informationsspeicherung zur Verfügung, wodurch selbst geringste Energieunterschiede besser unterschieden werden können. Zum Beispiel ist bei der Beurteilung der Wasserqualität eine radiometrische Auflösung erforderlich, um zwischen feinen Unterschieden in der Farbe des Ozeans zu unterscheiden.
Fortschritte bei der radiometrischen Auflösung
Die Fortschritte in der Fernerkundungstechnologie haben die Satellitenbilder erheblich verbessert. Zu diesen Fortschritten gehört die Verbesserung der radiometrischen Auflösung, d. h. wie empfindlich ein Instrument für kleine Unterschiede in der elektromagnetischen Energie ist. Sensoren mit hoher radiometrischer Auflösung können mehr Details und Lichtunterschiede erkennen.
Quelle: NASA Earth Observatory images by Joshua Stevens, using Landsat data from the U.S. Geological Survey
Zudem ist für die Auswertung von Satellitenaufnahmen noch die zeitliche Auflösung entscheidend. Die zeitliche Auflösung ist somit die Zeit, die ein Satellit benötigt, um eine Umlaufbahn zu absolvieren und das gleiche Beobachtungsgebiet erneut zu besuchen. Diese Auflösung hängt von der Umlaufbahn, den Eigenschaften des Sensors und der Schwadbreite ab. Da geostationäre Satelliten der Geschwindigkeit entsprechen, mit der sich die Erde dreht, ist die zeitliche Auflösung wesentlich feiner. Von Wettersatelliten erhält man ca. alle 5 bis 30 Minuten ein neues Bild und kann somit die zeitliche Entwicklung von Wettersystemen gut beurteilen. Ein großer Vorteil liegt auch darin, dass bei jeder Aufnahme derselbe Bildausschnitt erfasst wird. Man kann Satellitenfilme erstellen, so genannte Loops; diese zeigen das vom Satelliten Aufgezeichnete im Zeitraffer. Polarumlaufende Satelliten haben eine zeitliche Auflösung, die von 1 Tag bis zu 16 Tagen variieren kann. MODIS hat zum Beispiel eine zeitliche Auflösung von 1-2 Tagen, was uns erlaubt, die Erde so zu visualisieren, wie sie sich von Tag zu Tag verändert. LANDSAT hingegen hat eine schmalere Streifenbreite und eine zeitliche Auflösung von 16 Tagen; er zeigt nicht tägliche, sondern zweimonatliche Veränderungen.
Orbits von MODIS auf Terra vs. OLI auf Landsat 8
Umlaufbahn von MODIS (blaue Kästchen) im Vergleich zur Umlaufbahn des OLI an Bord von Landsat 8 (Kästchen mit roten Punkten). Aufgrund der viel breiteren Abbildungsspanne liefert MODIS alle 1-2 Tage eine globale Abdeckung, während OLI 16 Tage benötigt. Die roten Punkte markieren den Mittelpunkt jeder Landsat-Kachel. Bildnachweis: NASA Applied Remote Sensing Training (ARSET).
Warum baut man nicht einen Sensor mit hoher räumlicher, spektraler und zeitlicher Auflösung? Es ist schwierig, alle erwünschten Merkmale in einem Fernerkundungssensor zu kombinieren; um Beobachtungen mit hoher räumlicher Auflösung (wie Landsat) zu erfassen, ist ein schmalerer Streifen erforderlich, was wiederum mehr Zeit zwischen den Beobachtungen eines bestimmten Bereichs erfordert, was zu einer geringeren zeitlichen Auflösung führt. Die Forscher müssen Kompromisse eingehen. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig zu verstehen, welche Art von Daten für ein bestimmtes Untersuchungsgebiet benötigt wird. Bei der Erforschung des Wetters, das im Laufe der Zeit sehr dynamisch ist, ist eine feine zeitliche Auflösung von entscheidender Bedeutung. Bei der Erforschung saisonaler Vegetationsveränderungen kann eine feine zeitliche Auflösung zugunsten einer höheren spektralen und/oder räumlichen Auflösung geopfert werden.
Die folgende Grafik verdeutlicht die Anforderungen an die temporale und die räumliche Auflösung variieren stark in Abhängigkeit von den zu beobachtenden terrestrischen, ozeanischen und atmosphärischen Objekten und Prozessen.
Auflösungsanforderungen Quelle: Purkis et al. 2011
Engl. limit of resolution; die Grenze des Auflösungsvermögens. Sie kann mit Hilfe von Testzeichen (Siemensstern, Foucault-Mire, ISO-Testzeichen, DIN-Testfeld usw.) bestimmt werden.
Engl. data aquisition; nach DIN 18716-3 ist "die Aufnahme der Vorgang, bei dem die von der Erdoberfläche ausgehenden und am Sensor ankommende elektromagnetische Strahlung durch den Sensor erfasst und gespeichert wird. Anmerkung: Das Ergebnis des Vorgangs sollte nicht Aufnahme sondern Bild genannt werden".
Engl. exposure station, franz. point de prise de vue; nach DIN 18716 der "Ort des objektseitigen Projektionszentrums im Augenblick der Aufnahme, bezogen auf das Objektkoordinatensystem".
Ein polarumlaufenderSatellit bewegt sich auf einer Seite der Erde nach Norden (aufsteigende Bahn, engl. ascending pass) und auf der anderen Seite Richtung Südpol (absteigende Bahn, engl. descending pass). Wenn die Umlaufbahnsonnensynchron ist, ist die aufsteigende Bahn des Satelliten meist auf der sonnenabgewandten Seite der Erde und die absteigende auf der sonnenzugewandten.
Auf- und absteigende Orbits polarumlaufender Satelliten Quelle: geoinformation.net
Engl. eye sensitivity; Eigenschaft des (insbes. menschlichen) Auges, elektromagnetische Strahlung bestimmter Wellenlängen (sichtbares Licht: 380-780 nm) wahrzunehmen und als Helligkeit zu empfinden. Als absolute Augenempfindlichkeit bezeichnet man die Empfindlichkeit, die die Anzahl der Lichtquanten angibt, die zur Reizerzeugung auf der Netzhaut auftreffen müssen. Dagegen ist die spektrale Augenempfindlichkeit V von der Wellenlänge der Strahlung und ihrer Intensität abhängig. Sie besitzt ihr Maximum bei 555 nm (d.h. gelbes Licht erscheint bei gleicher Intensität heller als rotes Licht) und nimmt zum kurzwelligen (blauen) Bereich hin etwas schneller ab als zum langwelligen (roten) Bereich. Wegen der Individualität der Augen ist die Lage des Maximums nicht eindeutig und unterliegt Schwankungen. Beim Übergang vom Tagessehen zum Dämmerungssehen ist das Maximum der Augenempfindlichkeit um ca. 40 nm auf ca. 515 nm aufgrund der unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeit von Zapfen und Stäbchen im Auge verschoben. Als Folge erscheinen die Blautöne in der Dämmerung heller. Da die Rezeptoren zudem ungleich verteilt sind, ist die Farbwahrnehmung abhängig vom Lichtreiz und vom Einfallswinkel mit dem der Beobachter den Lichtreiz sieht.
Wegen der individuell unterschiedlichen Empfindlichkeitseindrücke hat man eine genormte, dem mittleren Empfinden angepasste Augenempfindlichkeitskurve gebildet, die als Referenz für visuelle Modelle dient.
Die Empfindlichkeit des menschlichen Auges ist nicht im gesamten Bereich des elektromagnetischen Spektrums gegeben. Es ist nur empfindlich für Wellenlängen im Bereich von 380 und 780nm. Man nennt dies den sichtbaren Bereich oder 'Licht'. Und auch im sichtbaren Bereich reagiert unser Auge unterschiedlich auf verschiedene Wellenlängen. Seine Empfindlichkeit liegt bei Null an beiden Enden des sichtbaren Spektrums und hat sein Maximum bei 555 nm beim Tagessehen (photopisch) und bei 507 nm beim Nachtsehen (skotopisch). (vgl. Grafik)
Aus diesem Grunde ist es schwierig, Licht zu messen. Die Charakteristik eines Messinstruments muss an die des menschlichen Auges angepasst werden. Hierzu wendet man eine sogenannte V(λ)-Korrektur an. Sie führt dazu, dass das Instrument bei 555 nm am empfindlichsten ist und an beiden Enden am wenigsten empfindlich.
Die Empfindlichkeit des menschlichen Auges Quelle: nach londonmet.ac.uk(R.o.)
Als Informationsträger für den menschlichen Sehsinn dient das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung, das von der Sonne ausgeht. Dieses erstreckt sich von harter Röntgenstrahlung mit extrem kurzen Wellenlängen (< 0,1 Nanometer) bis hin zu langen Radiowellen (> 1 Kilometer). Ihre größte Intensität erreicht die Sonnenstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 380 und 780 Nanometern. Im Verlauf der Evolution hat sich das menschliche Auge darauf spezialisiert, genau diesen Bereich wahrnehmen zu können. Aus diesem Grund wird dieser gemeinhin als „sichtbares Licht“ bezeichnet. Einige der übrigen Wellenlängenbereiche werden von der Erdatmosphäre absorbiert, andere erreichen zwar den Erdboden, sind mit dem menschlichen Sehsinn aber nicht wahrnehmbar. Dazu zählen zum Beispiel UV- und Infrarotstrahlung.
Unabhängig von ihrer Sichtbarkeit für das menschliche Auge interagieren alle die Atmosphäre durchdringenden Strahlungsarten mit der Erdoberfläche und enthalten somit Informationen über deren Beschaffenheit. Aufgrund seiner begrenzten Empfindlichkeit für das Sonnenspektrum kann das menschliche Auge allerdings nur einen Bruchteil dieser Informationen aufnehmen.
Insbesondere bei geringen Lichtintensitäten ist die Funktion des menschlichen Auges eingeschränkt. In diesem Fall sind mit den sogenannten Stäbchen ausschließlich Rezeptoren eines einzigen Typs aktiv, wodurch lediglich eine Hell-Dunkel-Wahrnehmung der Umwelt im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 600 Nanometern erreicht wird. Das bedeutet, dass bei geringer Lichtintensität keine Differenzierung verschiedener Wellenlängen und damit auch keine Farbunterscheidung möglich ist. Die entstehenden Bilder ähneln den Aufnahmen einer panchromatischen Kamera.
Bei ausreichender Beleuchtung stellt das Auge hingegen einen Multispektralsensor mit drei relativ breiten spektralen Aufnahmebändern dar. Auf der Netzhaut im Augeninneren sitzen drei verschiedene Unterarten von Farbrezeptoren, die sogenannten Zapfen, deren Sehfarbstoffe Absorptionsspitzen bei unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen, sich in ihrer Empfindlichkeit aber teilweise überlappen. Im Gehirn wird die durch die Zusammensetzung der einfallenden Strahlung bedingte Aktivierung der einzelnen Zapfenarten verarbeitet und in ein farbiges Bild übersetzt. Ein violetter Farbeindruck entsteht dabei durch die kürzesten (ca. 380 bis 420 Nanometer), ein roter Farbeindruck durch die längsten noch wahrnehmbaren Wellenlängen (ca. 600 bis 780 Nanometer). Dazwischen liegen die Wellenlängenbereiche der übrigen Farbeindrücke. Zu beachten ist allerdings, dass ein bestimmter Farbeindruck sowohl durch Licht einer einzigen bestimmten Wellenlänge als auch durch Licht gemischter Wellenlängen entstehen kann. So kann beispielsweise der Farbeindruck „Gelb“ einerseits durch gelbes Licht, andererseits aber auch durch die Mischung von rotem und grünem Licht erzeugt werden.
Technische Multispektralinstrumente weisen in der Regel eine höhere spektrale Auflösung auf als das menschliche Auge, allerdings handelt es sich auch bei einer gewöhnlichen Digitalkamera bereits um ein Multispektralinstrument.
Das Ozon-Monitoring-Instrument (OMI) an Bord von Aura ist ein abbildender Spektrograph mit Nadir-Blick, das im sichtbaren und ultravioletten Bereich arbeitet. Er misst die von der Erdatmosphäre und -oberfläche zurückgestreute Sonnenstrahlung über den gesamten Wellenlängenbereich von 270 bis 500 nm, mit einer spektralen Auflösung von etwa 0,5 nm und einer Bandbreite von 2600 km. OMI ist ein Beitrag der Niederländischen Agentur für Luft- und Raumfahrtprogramme (NIVR) in Zusammenarbeit mit dem Finnischen Meteorologischen Institut (FMI).
Synergieeffekte der Instrumente
MLS liefert Profile mit hoher vertikaler Auflösung, die nahezu zeitgleich mit den OMI-Beobachtungen erfolgen und bis zur Tropopause und darunter reichen. So ist es möglich, die Beobachtungen dieser drei Instrumente mit meteorologischen Daten zu kombinieren, um eine effektive Trennung der stratosphärischen Komponente der gesamten Ozonsäule zu erreichen und so eine Schätzung der troposphärischen Ozonsäule (manchmal als Residuum bezeichnet) zu erhalten. Das Residuum kann mit den TES-Profilen von NO2 und O3 in der Troposphäre verglichen werden. Die Kombination der Instrumente wird es ermöglichen, die stratosphärischen und troposphärischen Beiträge zu O3 sowie die Transport-, physikalischen und chemischen Prozesse, die ihre Verteilung beeinflussen, zu verstehen.
Aufgabe der Mission
Aufgabe der Mission ist die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre und ihrer Dynamik mit besonderem Augenmerk auf die obere Troposphäre und die untere Stratosphäre (5-20 km). Es wird der Gehalt an Ozon, Aerosol und verschiedener Atmosphärenbestandteile mit Schlüsselcharakter gemessen, die alle eine wichtige Rolle für die Atmosphärenchemie, die Luftqualität und das Klima spielen. Das erhoffte bessere Verständnis vom Transport chemischer Substanzen und Luftverunreinigungen erlaubt eine angemessenere Umweltpolitik. Aura ist Teil des A-Trains.
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die von HIRDLS , MLS , OMI und TES gemessenen atmosphärischen Parameter. Der Höhenbereich, in dem diese Parameter gemessen werden, ist auf der vertikalen Skala angegeben. In mehreren Fällen überschneiden sich die Messungen, was unabhängige Perspektiven und eine Kreuzkalibrierung der Messungen ermöglicht.
Profilmessungen der Atmosphäre mit EOS Aura Quelle: NASA
In vielerlei Hinsicht ist Aura eine Fortsetzung der sehr erfolgreichen NASA-Mission UARS (Upper Atmosphere Research Satellite). UARS führte von 1991-2005 Messungen von Bestandteilen der Stratosphäre durch. Im Gegensatz zu UARS ist Aura jedoch auf die untere Stratosphäre und die Troposphäre ausgerichtet.
Aura ist Teil des ESA-Programms für Drittmissionen, in dessen Rahmen die ESA eine Vereinbarung mit der NASA über den Vertrieb von Datenprodukten des OMI-Instruments der Mission getroffen hat.
Aura war auch zu Anfang des Jahres 2023 großenteils noch im Einsatz und übertrifft damit seine ursprünglich auf fünf Jahre ausgelegte Missionsdauer bei weitem. Allerdings ist seit Januar 2018 das Instrument TES außer Betrieb.
Strahlungsabgabe von Oberflächen entsprechend ihrer Temperatur, beschrieben durch das Plancksche Strahlungsgesetz.
Energieabgabe der Erdoberfläche und der Atmosphäre an den Weltraum in Form von langwelliger elektromagnetischer Strahlung (W/m²). Die Ausstrahlung kann mit Hilfe des Stefan-Boltzmann-Gesetzes berechnet werden, vorausgesetzt sie verhält sich wie ein schwarzer Körper. Die Ausstrahlung hängt stark von der Wellenlänge ab. Innerhalb der atmosphärischen Fenster kann die Erdoberfläche wegen ihrer vergleichsweise hohen Temperatur viel Energie direkt an den Weltraum abgeben. In den starken atmosphärischen Absorptionsbanden des Wasserdampfes und des Kohlendioxids wird die von der Erdoberfläche emittierte Strahlung in der Atmosphäre absorbiert und die Atmosphärenschichten emittieren ihrerseits Strahlung in diesem Spektralbereich entsprechend ihrer Temperatur. Da die Atmosphärenschichten in alle Richtungen abstrahlen, gelangt ein Teil dieser langwelligen Strahlung in den Weltraum und ein anderer Teil wird zur Erdoberfläche zurückgestrahlt (atmosphärische Gegenstrahlung). Die Ausstrahlung hat wesentliche Bedeutung für die Strahlungsbilanz der Erdoberfläche und der Atmosphäre. In klaren Nächten verursacht sie eine starke Abkühlung der Landoberflächen durch die stark negative Strahlungsbilanz. In wolkigen Nächten wird die Ausstrahlung wesentlich reduziert, da die Wolken die langwellige Strahlung durchweg absorbieren und damit keine atmosphärischen Fenster mehr existieren.
Die Strahlungsenergie eines Objekts verglichen mit der Energie eines Schwarzen Körpers (auch: Plankscher Strahler) mit derselben Temperatur; sie wird als Kennziffer angegeben. Nach dem kirchhoffschen Strahlungsgesetz ist für jeden Körper bei jeder Wellenlänge und in jeder Richtung das Emissionsvermögen für thermische Strahlung proportional zu seinem Absorptionsvermögen.
Wichtigste Methoden der Auswertung von Bilddaten sind: Bildverarbeitung, analoge, analytische bzw. digitale Auswertung, Bildtransformation und Bildinterpretation sowie Einschneide-Bildmessung und Stereophotogrammetrie.
Engl. processing and interpretation, franz. évaluation et interprétation; allgemein alle Maßnahmen, aus Bildern, hier von Luft- und Satellitenbildern, irgendwelche Werte zu entnehmen sowie diese bereitzustellen und weiter zu bearbeiten. Dazu gehören Bildinterpretation, Bildinterpretation, Bildtransformation, (geometrische) Bildmessung und die bildliche, graphische oder digitale Ausgabe der Ergebnisse (Auswerteergebnisse). Die Ziele, die bei der Bildauswertung verfolgt werden, können sehr verschieden sein. Sie reichen beispielsweise von der Messung einzelner geometrischer Größen bis zur Analyse komplexer sozioökonomischer Zusammenhänge. Entsprechend groß sind die eingesetzten Methoden und Hilfsmittel.
In der Vielfalt der Auswerteprozesse kommen drei Grundaufgaben immer wieder vor. Einmal wird von der menschlichen Fähigkeit Gebrauch gemacht, "Bildinhalte" wahrzunehmen, sich bewusst zu machen und daraus Schlüsse zu ziehen. Die Vorgänge werden unter dem Begriff visuelle Bildinterpretation zusammengefasst. Dann werden die zwischen den Bildern und den abgebildeten Objekten bestehenden geometrischen Beziehungen genutzt, um geometrische Größen abzuleiten. Die geschieht durch photogrammetrische Auswertung. Und schließlich werden die vielfältigen Möglichkeiten der rechnerischen Verarbeitung herangezogen, um aus vorliegenden Bilddaten gewünschte Informationen zu extrahieren. Dazu dienen die Verfahren der digitalen Bildverarbeitung.
In der Praxis sind diese einzelnen Verfahren meist eng miteinander verknüpft, gehen vielfach ineinander über oder laufen gleichzeitig ab. Vor allem darf nicht übersehen werden, dass auch die Ergebnisse rechnerischer Prozesse in aller Regel abschließend in Bildform wiedergegeben werden, sei es auf dem Monitor oder auf Papier. Sie werden damit selbst wieder zum Gegenstand der visuellen Bildinterpretation.
Nach DIN 18716 steht der Begriff für die "Gesamtheit der Vorgänge zur Aufbereitung, Analyse und Interpretation der digitalen Bilddaten".
Syn. Universal Automatic Identification System (UAIS), dt. Automatisches Identifikationssystem; Bezeichnung für ein Funksystem, das durch den Austausch von Navigations- und anderen Schiffsdaten die Sicherheit und die Lenkung des Schiffsverkehrs verbessert. Es wurde am 6. Dezember 2000 von der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation (IMO) als verbindlicher Standard angenommen.
AIS dient entsprechend der Leistungsnorm der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation (IMO) folgenden Zwecken:
der Kollisionsverhütung zwischen Schiffen
als Mittel für Küstenstaaten, Informationen über Schiffe und ihre Ladung zu erlangen
zur Überwachung illegalen Fischfangs
als Hilfsmittel für die landseitige Überwachung und Lenkung des Verkehrs (VTS).
AIS verbessert die Planung und Entscheidungsfindung an Bord, da nicht nur Position, Kurs und Geschwindigkeit der umgebenden Schiffe übertragen werden, sondern auch Schiffsdaten (Schiffsname, MMSI-Nummer, Funkrufzeichen etc.). Dies erleichtert z. B. Absprachen zwischen Schiffsführern über Funk. AIS funktioniert unabhängig von Einschränkungen der optischen Sicht und der Radarwellen-Ausbreitung (z. B. Verdeckungen oder Abschattungen), so dass auch Schiffe erkannt werden können, die sich hinter einem Kap oder hinter einer Flusskurve befinden, sofern die im UKW-Frequenzbereich ausgestrahlten Signale durchdringen.
Die ESA hat Küstenbehörden dabei unterstützt, bis zu 70 % mehr Schiffe zu verfolgen und fast dreimal mehr Schiffspositionen per Satellit zu erfassen, als zuvor möglich war. Dazu hat die norwegische Fa. Kongsberg Seatex mit Unterstützung der ESA hochmoderne Empfänger entwickelt, die 2017 an Bord von zwei NorSatMikrosatelliten ins All gebracht wurden. Die Satelliten erweitern die Empfangbarkeit von Schiffssignalen von ca. 74 km in Meereshöhe auf ca 2.500 km von einem niederen Orbit aus. Damit können mehr Schiffe gleichzeitig erfasst werden.
Prozess, bei dem Daten nach bestimmten Kriterien automatisch oder halbautomatisch gruppiert werden, im Gegensatz zu rein manuellen Methoden. Dabei wird jedes Pixel mit jeder klassenspezifischen Signatur verglichen. Der Vergleich läuft in einem Computer ab, der einen vorher festgelegten Algorithmus zur Klassifizierung verwendet. Wenn ein Pixel einer Klasse zugeordnet ist, erhält es den Wert in der entsprechenden Zelle des 'klassifizierten' Bildes. Die üblichsten Verfahren sind: Minimum Distance (to Means) Classifier, Parallelepiped Classifier, und (Gaussian) Maximum Likelihood Classifier.
Engl. Akronym für Advanced Very High Resolution Radiometer; abbildender multispektralerSensor (6 Kanäle im sichtbaren und infraroten Bereich) auf der Serie der polarumlaufenden Satelliten der NOAA (POES).
Der erste AVHRR-Sensor wurde im Oktober 1978 mit dem TIROS-N-Satelliten (Satellitenserie der NOAA) ins All befördert und hatte 4 Kanäle. AVHRR/2 folgte im Juni 1981 auf der NOAA-7-Plattform und hatte bereits 5 Kanäle. Die dritte Version AVHRR/3 (mit nunmehr 6 Kanälen) startete im Mai 1998 mit NOAA-15.
Das AVHRR wurde technologisch von der Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) abgelöst, die sich auf dem Joint Polar Satellite System (Suomi NPP) und dem NOAA-20 befindet. AVHRR-Bilder können während des Satellitenüberfluges direkt mit APT- oder HRPT-Anlagen empfangen werden.
Weitere AVHRR/3-Instrumente wurden mit den EUMETSAT-Satelliten Metop-A (2006, ab Ende 2021 außer Betrieb), Metop-B (2012) und Metop-C (2018) in den Orbit gebracht. Auch auf Folgesatelliten ist das Instrument vorgesehen, so dass eine längerfristige Verfügbarkeit gesichert ist.
AVHRR hat im Subsatellitenpunkt eine räumliche Auflösung von etwa 1 km und beobachtet als eine Art "Weitwinkel-Sensor" die grosse Streifenbreite von etwa ±2500 km. AVHRR-Daten werden oft zum großflächigen Monitoring von Vegetation genutzt.
Bilder des AVHRR liefern u.a. Informationen über das Vorkommen, die Art und Höhe und den Aggregatzustand (Wasser/Eis) der Wolken, Aerosole in der Atmosphäre, außerdem Meeresoberflächentemperaturen, zur Eisverteilung auf den Ozeanen und der Vegetation. AVHRR-Daten sind besonders für die Erforschung des Klimawandels wichtig, da mittlerweile eine lange Datenreihe dieses Sensors vorliegt.
Das AVHRR/3 kann Bilddaten in sechs Spektralbereichen im sichtbaren, im nahen und im thermischen Infrarot erzeugen, doch können maximal nur die Daten von fünf Spektralkanälen gleichzeitig übertragen werden. Die Auswahl der zu übertragenden Kanäle trifft der jeweilige Satellitenbetreiber unter Berücksichtigung des Sonnenstandes über dem Überflugsgebiet. Die Breite des Bildes von AVHRR/3 beträgt etwa 3000 km. AVHRR-Bilder ergänzen konventionelle Beobachtungen, aber wegen ihrer höheren geometrischen Auflösung auch die Bilder der geostationären Wettersatelliten.
AVHRR Farbkomposit vom 17.03.2004 09:59 UTC (NOAA 17)
Rosa: Wasserwolken (u.a. Mittel- und Osteuropa) Türkis: Eiswolken (südliches Mitteleuropa), bzw. Schnee am Boden (u.a. England, Schottland, südliches Frankreich, Pyrenäen, Alpen)
Engl. Akronym für Airborne Visible InfraRed Imaging Spectrometer. Der hyperspektraleFernerkundungssensor misst Strahlung im sichtbaren und infraroten Bereich zwischen 400 nm und 2500 nm. Diese 2100 nm breite Spanne ist in 224 einzelne (aber zusammenhängende) Kanäle eingeteilt, was eine in der Fernerkundung einzigartige spektrale Auflösung darstellt. Zuerst wurde das flugzeuggetragene System 1987 eingesetzt, bisher auf vier verschiedenen Plattformen:
AVIRIS ist ein optomechanischer Scanner, der pro Bildzeile 614 Pixel aufzeichnet. Die Pixel- (Auflösung) und die Streifenbreite hängt dabei natürlich von der Flughöhe und damit von der Plattform ab. Mit der ER-2 (Flughöhe = 20 km) wird eine Auflösung von 20 × 20 m bei 11 km Streifenbreite erreicht. Von der Twin Otter getragen (Flughöhe = 4 km), können Werte von 4 × 4 m bzw. 2 km erzielt werden.
Das Hauptziel des AVIRIS-Projekts ist die Identifizierung, Messung und Beobachtung von Bestandteilen der der Erdoberfläche und der Atmosphäre mit Hilfe der molekularen Absorption und der von der Partikelstreuung erzeugten Signaturen. Die Daten dienen vornehmlich dem Verständnis von umweltrelevanten Prozessen und des Klimawandels. Damit betreffen die Forschungsfelder von AVIRIS die Bereiche Ökologie, Ozeanographie, Geologie, Schneehydrologie, Wolken und Atmosphäre.
Einsatzgebiete waren bisher die USA, Kanada, Teile Südamerikas und Europa. Ein AVIRIS-ähnliches Instrument zur Erkundung der mineralogischen Verhältnisse auf dem Mond wurde 2008 als Beitrag der NASA zur indischen Sonde Chandrayaan-1 gestartet: der Moon Mineralogy Mapper.
AVIRIS-NG (Next Generation) ist seit 2012 im Einsatz und gewährleistet die Datenkontinuität zu AVIRIS Classic.
Die Richtung, in die eine Antenne ausgerichtet werden muss, um ein Satellitensignal zu erhalten. Das Azimut wird als Winkel von Norden über Osten d.h. im Uhrzeigersinn positiv über 360° gezählt.
Der Winkel zwischen Nordrichtung und einem Satelliten oder anderen Objekt.
Bezeichnung für die Flugrichtung bei der Aufnahme von SAR-Bildern im Unterschied zur Entfernungsrichtung quer dazu, fachsprachlich Range-Richtung.
Quelle: NASA 
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Quelle: nach 
