Engl. Akronym für North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study; das NASA-Projekt North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study (NAAMES) war die erste NASA Earth Venture - Suborbital Mission, die sich auf die Erforschung der Kopplung von Meeresökosystem und Atmosphäre konzentrierte. Im vergangenen Jahrzehnt nutzte NAAMES über fünf Jahre hinweg eine Kombination aus schiffsgestützten, flugzeuggestützten, autonomen Sensor- und Fernerkundungsmethoden, die eine direkte Verbindung zwischen den Ökosystemprozessen im Ozean, den Emissionen von im Ozean erzeugten Aerosolen und Vorläufergasen und der nachfolgenden Entwicklung und Verarbeitung in der Atmosphäre herstellen.
Beobachtungen, die während vier schiff- und flugzeugbasierten Messkampagnen zum jährlichen Lebenszyklus des ozeanischen Planktons gemacht wurden, und die mit kontinuierlichen Satelliten- und vor Ort befindlichen Ozeansensoren kombiniert wurden, sollen die Vorhersagemöglichkeiten der Prozesse im System Erde verbessern. Sie werden wichtige Informationen liefern über Änderungen des Ökosystems Ozean und deren Auswirkungen auf die menschliche Gesellschaft.
Plankton-Ökosysteme der Weltmeere beeinflussen grundlegend das Klima und das Leben auf der Erde. Die Aufzeichnungen der NASA-Satelliten zur Ozeanfarbe belegen, dass diese wertvollen Ökosysteme höchst sensibel auf Klimaänderungen reagieren, wobei die Produktivität von Ozeanorganismen die Aufnahme von atmosphärischem Kohlendioxid beeinflusst und die Emission von klimaregulierendem Aerosol.
Etwa die Hälfte des Kohlendioxids, das jedes Jahr in die Erdatmosphäre ausgestoßen wird, landet im Ozean, und das Plankton absorbiert einen großen Teil davon. NAAMES untersucht die größte Planktonblüte der Welt und wie sie kleine organische Partikel erzeugt, die den Ozean verlassen und in die Atmosphäre gelangen und letztlich Wolken und Klima beeinflussen.
North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study Quelle: NASA
Engl. neighbourhood; Umgebung eines Pixels in der diskreten Ebene, normalerweise in einem Rechteckraster. Viele Bildverarbeitungsoperationen betrachten die Pixel innerhalb einer Nachbarschaft, um für ihren Mittelpunkt einen neuen Farb- oder Grauwert zu berechnen.
Man unterscheidet zwei Nachbarschaftskonzepte:
Die 4er-Nachbarschaft, bei der nur die umliegenden Pixel in den vier Himmelsrichtungen einbezogen sind,
die 8er-Nachbarschaft, bei der auch die vier diagonalen Nachbarn an den Ecken eines Pixels, also alle acht "berührenden" Pixel einbezogen sind.
Der "Zusammenhang" von Objektbereichen wird über den Begriff der "Nachbarschaft" definiert. Auch der Begriff der "Nachbarschaft" eines Bildpunktes muss definiert werden, denn es gibt kein intuitives Kriterium, um zu entscheiden, ob diagonal angrenzende Bildpunkte zur Nachbarschaft eines Pixels gehören sollen oder nicht. Deshalb werden zwei unterschiedliche Nachbarschaftsbegriffe auf einem quadratischen Raster verwendet.
Die folgenden Grafiken veranschaulichen diese Nachbarschaftskonzepte. Zur 4er-Nachbarschaft eines Bildpunktes gehören die vier unmittelbar, d.h. über eine Seite angrenzenden Pixel (Bild links). Zur 8er-Nachbarschaft gehören zusätzlich die vier Pixel, die lediglich über eine Ecke an den Bildpunkt grenzen (Bild rechts).
Mit der Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung drückt die internationale Staatengemeinschaft ihre Überzeugung aus, dass sich die globalen Herausforderungen nur gemeinsam lösen lassen. Die Agenda 2030 gilt für alle Staaten dieser Welt. Das Kernstück der Agenda bildet ein ehrgeiziger Katalog mit 17 Zielen für nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development Goals, SDGs).
Die 17 Ziele für nachhaltige Entwicklung sind politische Zielsetzungen der Vereinten Nationen (UN), die der Sicherung einer nachhaltigen Entwicklung auf ökonomischer, sozialer sowie ökologischer Ebene dienen sollen. Die Ziele wurden in Anlehnung an den Entwicklungsprozess der Millenniums-Entwicklungsziele (MDGs) entworfen und traten am 1. Januar 2016 mit einer Laufzeit von 15 Jahren (bis 2030) in Kraft. Im Unterschied zu den MDGs, die insbesondere Entwicklungsländern galten, gelten die SDGs für alle Staaten.
Erdbeobachtung, Geodaten und abgeleitete Informationen spielen eine aufschlussreiche Rolle bei der Überwachung der Ziele, der Planung, der Verfolgung von Fortschritten und der Unterstützung von Nationen und Interessengruppen bei fundierten Entscheidungen, Plänen und laufenden Anpassungen, die zur Erreichung der SDGs beitragen.
In Kombination mit demographischen und statistischen Daten ermöglichen es diese Quellen den Nationen, die Bedingungen zu analysieren und zu modellieren, Karten und andere Visualisierungen zu erstellen, Auswirkungen sektor- und regionenübergreifend zu bewerten, Veränderungen im Zeitablauf einheitlich und standardisiert zu überwachen und die Eigenverantwortlichkeit zu verbessern.
Die Erdbeobachtung im Dienst der Agenda for Sustainable Development Initiative 2030 ermöglicht Beiträge von Seiten der Group on Earth Observations und der Erdbeobachtungsgemeinschaft zur Agenda 2030. Das Hauptziel dieser Initiative ist es, das Potenzial von Erdbeobachtungen und Geodaten zu organisieren und zu nutzen, um die Agenda von 2030 voranzubringen und gesellschaftlichen Nutzen durch die Erreichung der SDGs zu ermöglichen. Diese Initiative unterstützt die Bemühungen, Erdbeobachtungen und Geodaten in die nationalen Entwicklungs- und Überwachungsrahmen für die SDGs zu integrieren.
Der Global Indicator Framework erfasst die miteinander verknüpften, vielfältigen und ehrgeizigen Bestrebungen für die weitere Entwicklung von Nationen und Gesellschaften. Eine effektive Berichterstattung über die Fortschritte bei der Umsetzung dieser Indikatoren erfordert die Verwendung verschiedener Arten von Daten, die wir zur Verfügung haben - traditionelle Volkswirtschaftliche Gesamtrechnungen, Haushaltserhebungen und routinemäßige Verwaltungsdaten - sowie neuer Datenquellen, nämlich Erdbeobachtungen, Geoinformationen, wissenschaftliche Bürgerbeteiligung und Big Data.
GEO schließt effektive Partnerschaften zum Nutzen der Gesellschaft durch die Nutzung von freien und offenen Erdbeobachtungsdaten (EO). Die GEO-Initiative "Erdbeobachtungen im Dienste der Agenda von 2030" hat zusammen mit dem Ausschuss für Erdbeobachtungssatelliten (CEOS) einen neuen Bericht herausgegeben, in dem Fallstudien darüber vorgestellt werden, wie die EO auf nachhaltige Entwicklung reagiert, sei es in den Bereichen Gesundheit, Katastrophenvorsorge oder Umweltschutz.
Im Verständnis der Informatik ist eine Nachricht eine endliche Folge von Signalen einschließlich ihrer räumlichen und zeitlichen Anordnung, die somit nach vorher festgelegten Regeln zusammengestellt ist.
Beispiele von Nachrichten:
€
25
• • • ‒ ‒ ‒ • • •
Die in der obigen Zeile aufgelisteten Nachrichten, die sich aus einer strukturierten Abfolge von Signalen, d.h. hier von Helligkeitsänderungen auf einem weißen Bildschirmhintergrund, zusammensetzen, haben zunächst für den Leser und Empfänger keine Bedeutung. Erst durch die Verarbeitung dieser Nachricht beim Empfänger, wozu u. a. Entschlüsselung, Berechnung und Interpretationen gehören können, erhält die Nachricht einen Sinn und wird für den Empfänger zur Information.
Das erste Zeichen ist das Symbol des Euro, der Währung der Europäischen Wirtschafts- und Währungsunion. Die folgende Zahl 25 erhält für den Empfänger z.B. erst dann eine Bedeutung, wenn Temperaturdaten in Grad Celsius übermittelt werden sollen (nicht 25 Grad Fahrenheit, 25 Jahre oder 25 Franken). Die letzte Zeichenfolge stellt Morsesignale dar. Damit kann die Signalfolge als die Buchstabenfolge SOS entschlüsselt werden. Diese Nachricht wird erst dann beim Empfänger zu einer Information, wenn er die international anerkannte Bedeutung dieser Buchstabenfolge kennt, den Hilferuf „Save Our Souls“.
Die Fernerkundung der nächtlichen Lichtemissionen (Nighttime Lights, NTL) bietet eine einzigartige Perspektive für die Untersuchung einiger menschlicher Verhaltensweisen und auch der zahlenmäßigen Entwicklung der Erdbevölkerung. Nach Schätzungen der Vereinten Nationen wird die Stadtbevölkerung bis zum Jahr 2050 um 2,5 Milliarden Menschen wachsen, was einem Zuwachs von etwa 170.000 Menschen pro Tag entspricht. Dies entspricht etwa dem täglichen Zuwachs einer Stadt der Größe Heidelbergs in den nächsten 41 Jahren. Ein Großteil dieses Wachstums wird in den Entwicklungsländern stattfinden. Während die Erdbevölkerung weiter wächst, bieten Fernerkundungsdaten einen Blick aus dem Weltraum auf das menschliche Verhalten, sei es die Veränderung der Landschaft durch Abholzung und Verstädterung oder die Veränderung der Luftqualität durch die Zunahme von Schadstoffen.
Immerhin liefern die Instrumente der Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) an Bord der gemeinsamen NASA/NOAA-Mission Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi NPP) und des NOAA-20-Satelliten täglich globale Messungen des nächtlichen sichtbaren und nahen Infrarotlichts (NIR), die sich für wissenschaftliche Untersuchungen und Anwendungen des Erdsystems eignen. VIIRS Day/Night Band (DNB)-Daten werden für Bevölkerungsschätzungen, die Bewertung der Elektrifizierung abgelegener Gebiete, die Überwachung von Katastrophen und Konflikten und das Verständnis der biologischen Auswirkungen der zunehmenden Lichtverschmutzung verwendet.
Erfassen von nächtlichen Lichtern
Anders als bei der Fernerkundung am Tag gibt es in der Nacht mehrere Lichtquellen. Zu diesen Quellen gehören das Mondlicht, das direkt von einer Lichtquelle (z. B. von Gebäuden und Verkehrsmitteln) abgestrahlte Licht und das vom Boden reflektierte Licht, auch bekannt als Oberflächenalbedo. Schnee, der unter Beleuchtungsbedingungen eine hohe Oberflächenalbedo aufweist, kann das an ein satellitengestütztes Instrument zurückgesendete Signal auf 512 Meilen erhöhen. Andererseits reflektieren natürliche Landoberflächen mit einer geringen Oberflächenalbedo, wie z. B. Gewässer und Walddächer, weit weniger Licht.
Die NTL-Daten haben eine lange Zeitreihe. Das US-Verteidigungsministerium startete das Defense Meteorological Satellite Program (DMSP), eine Reihe von sonnensynchronen Satelliten, um die nächtlichen Lichtemissionen mit dem OLS-Sensor (Operational Linescan System) von den frühen 1970er Jahren bis 2011 zu erfassen. Der digitale Datenstrom begann jedoch erst 1992.
Zwar lieferte das DMSP OLS langfristige Daten zur Kartierung der städtischen Ausdehnung, doch haben die OLS-Daten mehrere Nachteile:
Die räumliche Auflösung von 2,7 km ist grob.
Die radiometrische Auflösung beträgt 6 Bit, was zu gesättigten Pixelwerten in städtischen Zentren und einer schwachen Erfassung kleiner städtischer Siedlungen führt.
Da es keine On-Board-Kalibrierung gibt, sind die radiometrischen Größen weder räumlich noch zeitlich konsistent. Diese Inkonsistenz kann bei der Analyse von Zeitreihen zu Problemen führen.
2011 startete die NASA im Rahmen einer Partnerschaft mit der NOAA und dem Verteidigungsministerium den Satelliten Suomi NPP und 2018 den Satelliten NOAA-20. Beide Satelliten tragen das VIIRS-Instrument, das auch NTL-Emissionen erfasst und die langfristige NTL-Datenaufzeichnung fortsetzt. Das VIIRS DNB (Day/Night Band) verbessert das ältere DMSP OLS durch eine höhere räumliche und radiometrische Auflösung: VIIRS hat eine räumliche Auflösung von 375 und 750 Metern (je nach Band), eine tägliche zeitliche Auflösung, eine vollständigere globale Abdeckung und eine höhere Datenqualität.
Vergleich von DMSP OLS mit VIIRS DNB
Vergleich der nächtlichen Lichtprodukte des OLS-Sensors (Operational Linescan System) des Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) und des gemeinsamen NASA/NOAA-Instruments Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi NPP) Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS). Die Bilder wurden beide im November 2012 über Delhi, Indien, aufgenommen.
VIIRS DNB arbeitet im sichtbaren bis nahen Infrarotbereich des Spektrums: 400-900 Nanometer (nm). Dieser Spektralbereich ist ideal für die Erforschung von NTL, da viele vom Menschen geschaffene Lichtquellen in diesem Bereich spektral reagieren. Metallhalogenidlampen, die in der Architekturbeleuchtung verwendet werden, zeigen beispielsweise eine erhöhte Reaktion bei 550 und 600 nm, und LED-Lampen, die in der Straßenbeleuchtung verwendet werden, weisen ein Spektralsignal in diesem Bereich auf.
Anwendungen von Nachtlicht-Daten
NTL trägt zu einer Vielzahl von geowissenschaftlichen Studien und Anwendungen bei. Durch den "Abzug" von Mondlicht und anderen Fremdquellen können Forscher systematisch künstliche Lichter wie Straßen- und Gebäudebeleuchtungen, Fischerboote, Gasfackeln, Brände, Polarlichter und viele menschliche Aktivitäten überwachen. Darüber hinaus helfen die Daten bei der Bewertung der Fortschritte bei der Erreichung zahlreicher Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) der Vereinten Nationen, insbesondere bei der Erfüllung der Bedürfnisse der von Konflikten betroffenen Bevölkerung (SDG-1), bei der Quantifizierung der Wirksamkeit lokaler Elektrifizierungsprojekte in Entwicklungsländern (SDG-7), beim Aufbau einer katastrophenresistenten Infrastruktur, bei der Förderung einer integrativen und nachhaltigen Industrialisierung und bei der Förderung von Innovationen (SDG-9) sowie bei der Sicherstellung, dass Städte und menschliche Siedlungen integrativ, sicher, widerstandsfähig und nachhaltig sind (SDG-11).
Auswirkungen von Katastrophen und Wiederherstellung der Infrastruktur
Jedes Jahr sind Millionen von Menschen von Katastrophen betroffen. Oft folgen auf diese Ereignisse Stromausfälle und Blackouts. Die hohe räumliche Auflösung und die tägliche zeitliche Auflösung der VIIRS-DNB-Bilder liefern Informationen darüber, wo sich die Stromausfälle befinden und wie sich die Wiederherstellung des Stromnetzes entwickelt. Darüber hinaus ist die Erfassung solcher Daten per Fernerkundung in Gebieten, die von Schäden, Trümmern oder Problemen mit der Zugänglichkeit betroffen sind, kein Hindernis.
Der Hurrikan Maria fegte im September 2017 über die Karibik und verwüstete viele Inseln. In Puerto Rico verursachte der Hurrikan Stromausfälle auf der gesamten Insel. Bei dieser Katastrophe wurden zum ersten Mal nächtliche Lichtdaten routinemäßig von Notfallmanagementbehörden verwendet, um bei der Abschwächung der Katastrophe und den Wiederaufbauanstrengungen zu helfen. Die nahezu in Echtzeit erfassten Daten informierten Bundes- und Kommunalbehörden, Bau- und Versorgungsteams sowie Hilfsorganisationen, so dass sie das Ausmaß der Ausfälle visualisieren und Prioritäten für die Wiederherstellung von Gebieten setzen konnten. In Puerto Rico wurde die volle Stromversorgung erst 18 Monate nach dem Ereignis wiederhergestellt. Erkunden Sie interaktiv die Situation über diesen Link und vergleichen Sie VIIRS DNB-Bilder mit Hilfe des Portals NASA Worldview.
Houston, TX, wurde im Februar 2021 von einem schweren Wintersturm heimgesucht, der Tiefsttemperaturrekorde brach und 1,4 Millionen Kunden den Strom kappte. Die Erdgasverknappung wirkte sich bereits auf die Nachfrage aus, die sich im Laufe der Zeit noch verstärkte. Kontrollierte Abschaltungen und umgestürzte Stromleitungen ließen Teile des Bundesstaates im Dunkeln sitzen. Die Black Marble-Daten der NASA zeigen das Ausmaß dieses Stromausfalls. Das Bild unten ist ein Black Marble High Definition (HD)-Produkt. Black Marble HD wird durch die synergetische Nutzung des täglichen NASA Black Marble-Standardprodukts mit Daten von anderen Erdbeobachtungssatelliten (z. B. Landsat 8, Sentinel-2) und zusätzlichen Datenquellen (z. B. Straßen, Gebäude und andere GIS-Ebenen) erzeugt.
Großflächige Ausfälle sind in den Industrieländern selten, doch dieser Stromausfall erstreckte sich über den gesamten Bundesstaat Texas. Wissenschaftler stellten fest, dass Texas der einzige Staat war, der sein Stromnetz vom Rest des Landes isoliert hatte.
Das linke VIIRS-Bild wurde etwa um 1h CST am 7.2.2021 aufgenommen, also vor dem starken Kälteeinbruch. Die Daten der Nachtbeleuchtung wurden Landsat-Bildern überlagert, so dass die Stadtstruktur noch erkennbar ist. Das rechte VIIRS-Bild der nächtlichen Beleuchtung (ca. 1h CST) am 16.2.2021 zeigt Stromausfälle in Houston, die durch extreme Kälte in Verbindung mit mehreren Schnee- und Eisstürmen im Februar 2021 verursacht wurden.
Mit dem Bevölkerungswachstum und der zunehmenden Verstädterung dringen Städte und Menschen in die natürliche Umwelt ein. Wildtiere in oder in der Nähe dieser städtischen Zentren sind mit neuen Stressfaktoren konfrontiert, die sich auf das Verhalten und die Ökologie auswirken können - einer davon ist künstliches NTL. Bei Wildtieren beeinflusst das Licht die Orientierung, Aktivität und Fortpflanzung. So folgen beispielsweise Schildkrötenjunge der hellsten Lichtquelle, die in der Natur das von der Meeresoberfläche reflektierte Mondlicht ist; künstliches Licht kann zu Desorientierung führen und sie daran hindern, sich in Richtung Meer zu bewegen, was häufig zum Tod führt. Eine Studie von Forschern der Northeastern Illinois University, die nächtliche Aufnahmen der Internationalen Raumstation nutzten, ergab außerdem, dass eine Zunahme des künstlichen Lichts zu Verhaltensänderungen bei nachtaktiven Tieren führt, so dass sie weniger aktiv werden und weniger umherstreifen.
Weitere gut dokumentierte Auswirkungen sind die zeitliche Aufteilung von Nischen (d. h., wenn konkurrierende Arten die Umwelt zu unterschiedlichen Zeiten nutzen, um nebeneinander zu existieren), eine veränderte Reparatur und Wiederherstellung physiologischer Funktionen (z. B. kann NTL die Freisetzung von Melatonin bei bestimmten Barsch- und Plötzenarten beeinflussen), die Beeinträchtigung der Erkennung von Fressfeinden und Umweltressourcen, der Signalgebung und der Tarnung, Veränderungen des Fortpflanzungsverhaltens und Veränderungen der zirkadianen Rhythmen.
Während sich die meisten Forschungsarbeiten zu den Auswirkungen von NTL auf ökologische Systeme auf terrestrische Umgebungen konzentriert haben, gibt es mehrere Studien zu aquatischen Umgebungen. Die meisten dieser Studien konzentrierten sich auf die Küsten- und Hochseefischerei. Die verbesserte räumliche Auflösung von Nachtaufnahmen ermöglicht mehr Studien in aquatischer Umgebung. In einer in WIREs Water veröffentlichten Studie untersuchten Forscher die Wissenslücken bei der Verwendung von bodengestützten und Fernerkundungsdaten zur Bewertung der Auswirkungen künstlicher Beleuchtung auf aquatische und Uferökosysteme.
Einsatz von Nachtlicht-Daten in Sozial-, Wirtschafts- und Kulturwissenschaften
Night Time Light-Daten bieten Einblicke in die sozialen, wirtschaftlichen und kulturellen Muster und Verhaltensweisen in städtischen Umgebungen, von der Elektrifizierung über konfliktbedingte Migration bis hin zu Feiertagen und mehr. In einer kürzlich durchgeführten Untersuchung nutzte ein Forschungsteam Black Marble-Produkte, um verschiedene Arten von Veränderungen in sozialen, wirtschaftlichen und kulturellen Verhaltensweisen zu veranschaulichen, die in NTL-Mustern zwischen 2012 und 2020 dargestellt werden.
Veränderungen der NTL-Muster in globalen Beispielstädten zwischen 2012 und 2020
Diese Daten wurden unter Verwendung des operationellen Black Marble Monats-Composite-Produkts (VNP46A3) mit den neuesten verfügbaren Daten erstellt.
Die Abbildung oben zeigt die Veränderungen in den NTL-Mustern in globalen Beispielstädten im Laufe der Zeit unter Verwendung des monatlichen zusammengesetzten Black Marble-Produkts (VNP46A3). In Aleppo, Syrien, zeigen sich die Auswirkungen des Konflikts und der Vertreibung der Bevölkerung, die Anfang 2013 begannen, in einem dramatischen Rückgang der nächtlichen Beleuchtung (obere Grafik). Im Flüchtlingslager El Zaatari in Jordanien machte der Zustrom von Flüchtlingen aus Syrien das Lager zu einem der größten in Jordanien, was zu einem entsprechenden Anstieg der nächtlichen Beleuchtung führte (zweites Diagramm).
Mit der Expansion Dubais in den Vereinigten Arabischen Emiraten zu einem globalen Wirtschaftszentrum des Nahen Ostens stieg auch die Zahl der nächtlichen Lichter aufgrund des wachsenden Straßennetzes und der Industrieanlagen (drittes Diagramm). Während der stetige Anstieg der nächtlichen Lichter in Dubai im Laufe des Jahrzehnts auf eine wachsende Wirtschaft des Landes hindeutet, können wir auch Auswirkungen auf die wirtschaftlichen Aktivitäten aufgrund von Sperrungen und Geschäftsschließungen während der COVID-19-Pandemie erkennen, wobei der Einbruch des Musters im Jahr 2020 beginnt.
Ein plötzlicher Einbruch des nächtlichen Lichtmusters in San Juan, Puerto Rico, im Jahr 2017 spiegelt die verheerenden Auswirkungen des Hurrikans Maria (September 2017) wider, der zu ausgedehnten Stromausfällen auf der gesamten Insel führte (vierte Grafik). Ein stetiger Rückgang des Nachtlichts in der Hauptstadt Caracas, Venezuela, ist ein Zeichen für die wirtschaftliche Rezession des Landes, die 2014 begann und zu einem anhaltenden Rückgang des Bruttoinlandsprodukts (BIP) führte (fünfte Grafik). Ein saisonales Muster, das gemeinhin den saisonalen Vegetationszyklen zugeschrieben wird, zeigt sich schließlich im nächtlichen Lichtmuster in Juliaca, Peru (unteres Diagramm).
Weitere sozioökonomische und kulturelle Anwendungsbeispiele:
Syn. Fußpunkt ggf. Subsatellitenpunkt; engl. nadir, franz. nadir; ein Punkt auf dem Boden vertikal unter dem Beobachter, den Linsen einer Kamera oder eines Sensorsystems; das Gegenteil von Zenit. Entsprechend ist die Nadirrichtung die Richtung zum Erdmittelpunkt. Werden die benachbarten Nadirpunkte zusammengefügt ergibt sich die Nadirlinie. Bei Radarmessungen entspricht die Nadirlinie dem Beginn der Querrichtung.
Luft-/Satellitenbildaufnahme mit genau lotrechter Aufnahmerichtung, d.h. mit einer Nadirdistanz von 0°. Bei einer Senkrechtaufnahme dagegen ist die Nadirdistanz kleiner oder gleich 3°. Daraus geht hervor, dass es sich bei der Nadiraufnahme um eine Sonderform der Senkrechtaufnahme handelt.
Luftbildaufnahmen beispielsweise für photogrammetrische Messungen und Kartierungen werden zwar als Nadiraufnahmen geplant, bedingt durch die Bewegungen des Flugzeugs während des Bildflugs ergeben sich de facto aber meist Senkrechtaufnahmen. Senkrecht aufgenommene Luftbilder sind photogrammetrischen Auswertungen sehr gut zugänglich. Ihre Interpretation erfordert aber – ähnlich dem Kartenlesen – ein gewisses Mass an Vorstellungskraft. Siehe auch Messgeometrie, Nadir
Auch Bodenspur; bei der Bildaufnahme die Projektion der Flugbahn eines Flugzeugs oder eines Satelliten auf den Boden. Die Nadirlinie ist zu unterscheiden vom durch den Sensor beobachteten Bildstreifen (swath). Die Richtung entlang der Flugrichtung des Satelliten ist die along-track-Richtung, die Richtung quer zur Flugrichtung ist die (a)cross-track-Richtung.
In der folgenden Darstellung befindet sich die Nadirlinie in der Mitte des Bildstreifens. Dies ist die häufigste Methode bei Aufnahmen im sichtbaren und infraroten Bereich. Daneben kann der Bildstreifen auch seitlich zur Nadirlinie verlaufen.
Nahe-Echtzeit (engl. near real-time, NRT) ist eine Zeitverzögerung, die durch die automatische Datenverarbeitung oder Netzübertragung zwischen dem Eintreten eines Ereignisses und der Verwendung der verarbeiteten Daten entsteht. Für meteorologische Zwecke ist dies in der Regel innerhalb von 3 Stunden nach der Erfassung der Fall.
Engl. near infrared, franz. proche infrarouge; elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen von ca. 0,7 Mikrometern bis ca. 3 Mikrometern. Das nahe Infrarot ist und verhält sich wie reflektiertes Sonnenlicht.
Die Abgrenzungen für die verschiedenen Infrarot-Bereiche sind nicht immer so eindeutig wie für den sichtbaren Bereich definiert und werden teils durch die Anwendungen oder spezielle physikalische Phänomene bestimmt, weshalb es auch mehrere unterschiedliche Bezeichnungen gibt.
In der Fernerkundung dient das nahe Infrarot bei der Analyse von Luft- und Satellitenbildern unter anderem zur Wolkenklassifikation und zur Klassifizierung der Vegetation (in Kombination mit VIS) sowie zur Beurteilung der Vitalität der Vegetation. Im nahen Infrarot besitzt Chlorophyll eine deutlich (ungefähr Faktor 6) höhere Reflektivität als im sichtbaren (insbesondere grünen) Spektrum. Dieser Effekt wird zur Erkennung von Vegetation ausgenutzt. Hierbei wird ein Bild im sichtbaren (vorzugsweise im roten) Spektrum (VIS) und eines im nahen Infrarot (NIR) aufgenommen. Nutzobjekte haben sowohl im sichtbaren als auch im nahen infraroten Bereich eine ungefähr gleiche Reflektivität, während Chlorophyll-haltige Vegetation im nahen Infrarot eine deutlich höhere Reflektivität besitzt. Somit können z. B. auch grüne Nutzobjekte von ebenso grüner Vegetation unterschieden werden.
Die starke Reflexion grüner Pflanzen von Strahlung im visuellen und NIR-Bereich wird auf die spezifischen Reflexionsverhältnisse in den Blättern zurückgeführt. Die Blattpigmente absorbieren im Spektralbereich des VNIR (visible and near-infrared) fast nichts, aber an den Grenzflächen der Pflanzenzellen (Zellwände, Interzellularen) wird der überwiegende Teil der IR-Strahlung mehrfach gespiegelt und dadurch zu einem hohen Anteil reflektiert.
Für die Fernerkundung von Vegetation ist der steile Anstieg des Reflexionsgrades von grünen Pflanzen bei 0,7 µ, also am Übergang des sichtbaren Lichts zur IR-Strahlung, von großer Bedeutung. Er hängt mit der Wasserversorgung, Stressfaktoren und der Phänologie zusammen und kann damit für eine Aussage über den Vitalitätszustand der Vegetation verwendet werden.
Die starke Reflexion von VNIR-Strahlung von grünen Pflanzen wird auf die spezifischen Reflexionsverhältnisse in den Blättern zurückgeführt. Die Blattpigmente absorbieren im Spektralbereich des VNIR fast nichts, aber an den Grenzflächen der Pflanzenzellen (Zellwände, Interzellularen) wird der überwiegende Teil der infraroten Strahlung mehrfach gespiegelt und dadurch zu einem hohen Anteil reflektiert.
Ein Anwendungsbeispiel ist die Berechnung des NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Der NDVI macht eine qualitative Aussage über die Vitalität von Pflanzenbeständen und ist mit dem LAI (Leaf Area Index) korreliert.
Der Begriff "Nanosatellit" oder "Nanosat" wird für einen künstlichen Satelliten mit einer Feuchtmasse zwischen 1 und 10 kg verwendet. Entwürfe und vorgeschlagene Entwürfe dieser Art können einzeln gestartet werden, oder sie können mehrere Nanosatelliten haben, die zusammenarbeiten oder sich in Formation befinden, wobei in diesem Fall manchmal der Begriff "Satellitenschwarm" oder "fraktioniertes Raumfahrzeug" verwendet wird. Einige Entwürfe erfordern einen größeren "Mutter"-Satelliten für die Kommunikation mit der Bodenkontrolle oder für den Start und das Andocken von Nanosatelliten. Bis zum Januar 2020 wurden über 1300 Nanosatelliten gestartet.
Als Nanosatelliten werden Satelliten mit einem Gewicht zwischen einem und zehn Kilogramm bezeichnet und sind dementsprechend klein, etwa in Größe eines Schuhkartons. Das private Raumfahrtunternehmen SpaceX kündigte an 30.000 Satelliten ins All zu schicken, um eine weltweite lückenlose Internetversorgung zu erreichen.
Mit den anhaltenden Fortschritten bei der Miniaturisierung und Kapazitätssteigerung der elektronischen Technologie und dem Einsatz von Satellitenkonstellationen sind Nanosatelliten zunehmend in der Lage, kommerzielle Missionen durchzuführen, für die früher Mikrosatelliten erforderlich waren. So wurde beispielsweise ein 6U-CubeSat-Standard vorgeschlagen, um eine Konstellation von 35 Erdbeobachtungssatelliten mit je 8 kg zu ermöglichen, die eine Konstellation von fünf 156 kg schweren RapidEye-Erdbeobachtungssatelliten bei gleichen Missionskosten und mit deutlich erhöhten Wiederbesuchszeiten ersetzen soll: Jedes Gebiet der Erde kann alle 3,5 Stunden abgebildet werden, anstatt wie bei der RapidEye-Konstellation einmal pro 24 Stunden. Schnellere Wiederbesuchszeiten sind eine bedeutende Verbesserung für Nationen, die Katastrophenhilfe leisten, was der Zweck der RapidEye-Konstellation war. Darüber hinaus würde die Nanosat-Option es mehr Nationen ermöglichen, einen eigenen Satelliten für die Sammlung von Bilddaten außerhalb der Katastrophenzeiten zu besitzen. Da die Kosten niedriger und die Produktionszeiten kürzer werden, werden Nanosatelliten für Unternehmen immer mehr zu realisierbaren Vorhaben.
Anzahl der Starts von Nanosatelliten (≤ 10 kg) weltweit∗) Quelle: Statista
Neben den herkömmlichen Satelliten werden auch immer mehr Kleinsatelliten zu kommerziellen Zwecken ins All geschickt. Alleine in 2021 werden weltweit rund 750 starten, wie die obige Grafik von Statista zeigt.
Die Nanosatelliten werden größtenteils von Unternehmen (53 Prozent) und Universitäten (30 Prozent) eingesetzt, beispielsweise zur Erdbeobachtung, Kommunikation und Technologieentwicklung. Laut Prognosen der Website nanosats.eu wird sich die Anzahl der jährlich ins Weltall beförderten Nanosatelliten bis 2025 auf einem hohen Niveau halten. Die Experten rechnen mit mindestens 400 Starts jedes Jahr.
Engl. Akronym für National Aeronautics and Space Administration; 1958 gegründete zivile US-Bundesbehörde für Luft- und Raumfahrt mit Sitz in Washington D.C. Ihr obliegen Planung, Leitung und Durchführung sämtlicher amerikanischer Weltraumprojekte. Seit dem Beginn des Space Shuttle-Programms arbeitet die NASA verstärkt im militärischen Bereich.
Die verschiedenen NASA-Webseiten gelten als mustergültig für Öffentlichkeitsarbeit und Dokumentation. Entsprechend sind sie auf jedem Anspruchsniveau eine Fundgrube für die FE-Gemeinde.
NASA Earth Science Division Missions (Stand 8/2022)
Viele der Erdbeobachtungssatelliten der NASA werden vom Goddard Space Flight Center operationell begleitet. Dazu gehören auch die Hauptmissionen Terra, Aqua and Aura. Aktuell (s. Current Missions) gibt es 31 Erdbeobachtungsmissionen der NASA und ihren in- wie ausländischen Partnern im Erdorbit. Gemeinsam überwacht die Flotte eine große Anzahl an Umweltphänomenen, die relevant sind in den Bereichen Klimawandel, Wettervorhersage, Feuerbeobachtung und Vegetationszustand.
Seit 2006 bestehender Dienst der NASA, mit stark vereinfachtem, kostenfreiem Zugang zu georeferenzierten Fernerkundungsbilddaten. Vorgesehene Nutzergruppen sind Lehrer, Museumspersonal, Journalisten und Hobby-Wissenschaftler. Ziel ist die Bereitstellung von Datensätzen über die globalen und regionalen Umweltveränderungen unseres Planeten für die Öffentlichkeit. Die Daten sind auch in GoogleEarth exportierbar.
Das Angebot von NEOumfasst zahlreiche Datensätze aus den Bereichen Atmosphäre, Ozean, Energie, Biosphäre und Land, z.B. Schneebedeckung, Meeresoberflächentemperatur, Chlorophyllkonzentration, Wolkenbedeckung u.w. Die Daten sind als erdweite Darstellungen für tägliche, wöchentliche und monatliche Intervalle verfügbar, und die meisten sind in einer 10 km-Auflösung erhältlich.
Zusätzlich ermöglicht es NEO, die Bildern in der Größe zu verändern und sie als Farb- oder als Graustufenbild herunterzuladen. Man kann NEO-Bilder auch direkt in das NASA Tool Image Composite Explorer (ICE) importieren, um grundlegende Bildanalysen durchzuführen und Bezüge zwischen verschiedenen Datensätzen herzustellen.
Download Images von der NASA NEO Webseite
Die Webseite NASA Earth Observations (NEO) ist ein großartiger Fundort für Bilder, die aus den Datensätzen der NASA Earth Science-Abteilung generiert wurden. Mit Hilfe von NEO kann man Bilder im globalen oder regionalen Maßstab herunterladen, und zwar in unterschiedlichen Formaten: PNG, JPG, GeoTIFF und Google Earth. NEO besitzt über 20 verschiedene Datensätze aus den Bereichen Atmosphäre, Ozean und Land(oberfläche), die als weltweite 'Snapshots' in hoher temporaler Auflösung (täglich, wöchentlich, monatlich) verfügbar sind, wobei die meisten eine Auflösung von 0,1 Grad (10-km) Bodenauflösung haben. Die Webseite hat ein Flash Interface und benötigt daher einen Flash Player.
Das Erdbeobachtungssystem der NASA (EOS) besteht aus einer abgestimmten Serie von Satelliten auf polarer Umlaufbahn zur langfristigen Beobachtung der Landoberfläche, der Biosphäre, der festen Erde, der Atmosphäre und der Ozeane. Als Hauptkomponente der Earth Science Division innerhalb des NASA Science Mission Directorate ermöglicht EOS ein verbessertes Verständnis der Erde als integriertes System. Aufgabe des EOS Project Science Office (EOSPSO) ist es, Informationen und Nutzungsmöglichkeiten des Programm sowohl den Erdwissenschaftlern, als auch der Öffentlichkeit verfügbar zu machen. Aktuelle Informationen gibt es z.B. in der Online-Publikation The Earth Observer
Das Scientific Visualization Studio (SVS) der NASA erstellt Bilder, Filme und andere visuelle Ressourcen, um die Geschichte der Wissenschaft und der Missionen der NASA zu vermitteln. Das SVS kuratiert den weltweit größten Bestand an wissenschaftlichen Visualisierungen. Das SVS erstellt Visualisierungen für spezielle Ressourcen wie die Hyperwall der NASA, digitale Planetarien, NOAAs Science on a Sphere und Virtual-Reality-Headsets. Die Hyperwall ist eine große, gekachelte Visualisierungswand, die sich auf dem Campus des Goddard Space Flight Centers befindet und mit mobilen Versionen zu vielen großen wissenschaftlichen Konferenzen geschickt wird. Durch die Visualisierungen erfährt die Öffentlichkeit mehr über die NASA-Programme.
Das SVS arbeitet bei der Erstellung von Visualisierungen, Animationen und Bildern eng mit Wissenschaftlern zusammen, um ein besseres Verständnis der geo- und weltraumwissenschaftlichen Forschungsaktivitäten bei der NASA und innerhalb der von der NASA unterstützten akademischen Forschungsgemeinschaft zu fördern.
Alle Visualisierungen und Multimediaprodukte, die vom SVS, dem CI Lab und den Goddard Media Studios erstellt wurden, sind über die SVS-Website zugänglich und können kostenlos heruntergeladen werden! Allerdings handelt es sich hierbei nicht um ein umfassendes Angebot an NASA-Bildern und -Filmen. Das Datenportal der NASA liefert weitere Informationen.
Engl. Akronym für National Space Research and Development Agency; die Raumfahrtorganisation Nigerias. Sie wurde am 5. Mai 1999 als Teil des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie gegründet. Nigeria betreibt z.Z. (2013) in Kooperation mit SSTL 2 Satelliten: NigeriaSat-2 und NigeriaSat-X.
US-amerikanische Behörde zur Bereitstellung von georäumlichen Aufklärungsinformationen zur Unterstützung von Zielen nationaler Sicherheit insbesondere durch die Auswertung von Bildmaterial. Die NGA unterstützt mit ihrer Arbeit zivile und militärische Führer und trägt zur Einsatzbereitschaft der amerikanischen Truppen bei.
Die NGA ermöglicht es den US-Nachrichtendiensten und dem Verteidigungsministerium, die nationalen Sicherheitsprioritäten des Präsidenten zu erfüllen und die Nation zu schützen. Die NGA antizipiert auch die zukünftigen Bedürfnisse ihrer Partner und entwickelt die GEOINT-Technologie weiter, um diese zu erfüllen.
Die NGA nutzt GEOINT nicht nur für militärische und nachrichtendienstliche Zwecke der USA, sondern leistet auch Unterstützung bei Naturkatastrophen und sonstigen Katastrophen, hilft bei der Sicherheitsplanung für Großveranstaltungen wie den Olympischen Spielen, verbreitet Informationen zur Sicherheit im Seeverkehr und sammelt Daten zum Klimawandel.
Die National Land Cover Database (NLCD) liefert landesweite Daten zur Bodenbedeckung und Bodenbedeckungsveränderung in den USA mit einer Auflösung von 30 m und einer 16-Klassen-Legende, die auf einem modifizierten Anderson Level II Klassifizierungssystem basiert. NLCD 2021 stellt die neueste Entwicklung der NLCD-Landbedeckungsprodukte dar, die sich auf die Bereitstellung innovativer Daten zur Landbedeckung und Landbedeckungsveränderung für die Nation konzentriert. NLCD 2021 bietet 9 integrierte Epochen der Landbedeckung für die Jahre 2001, 2004, 2006, 2008, 2011, 2013, 2016, 2019 und 2021. chs (2001 - 2021) und sind direkt vergleichbar über die gesamte Zeitreihe und geeignet für multitemporale Analysen. Die Veröffentlichung der NLCD 2021 basiert auf Aktualisierungen, so dass die 2019 veröffentlichten Produkte "Land Cover" und "Impervious Surface" unverändert sind und direkt mit der NLCD 2021 verwendet werden können. Die wissenschaftlichen Produkte und der Änderungsindex müssen neu erworben werden, um die zusätzlichen Änderungen von 2021 zu berücksichtigen. Zu den spezifischen Kartenprodukten gehören: Bebaute Klassen werden in diesen Jahren direkt aus dem prozentualen Anteil der bebauten undurchlässigen Fläche abgeleitet und enthalten eine Kennzeichnung, die den Typ jedes Pixels mit undurchlässiger Oberfläche identifiziert. Der NLCD-Index der Landbedeckungsveränderungen kombiniert Informationen aus allen Jahren der Landbedeckungsveränderungen und bietet eine einfache und umfassende Möglichkeit, die Veränderungen aller 9 Daten der Landbedeckung in einer einzigen Ebene zu visualisieren. Der Änderungsindex wurde entwickelt, um NLCD-Nutzern zu helfen, komplexe Veränderungen der Landbedeckung mit einem einzigen Produkt zu verstehen. NLCD 2021 enthält noch keine aktualisierten Produkte für Alaska, Hawaii und Puerto Rico.
Das Konsortium Multi-Resolution Land Characteristics (MRLC) ist eine Gruppe von Bundesbehörden, die konsistente und relevante Landbedeckungsinformationen auf nationaler Ebene für eine Vielzahl von Umwelt-, Landmanagement- und Modellierungsanwendungen koordinieren und erstellen. Die Gründung dieses Konsortiums hat dazu geführt, dass die unteren 48 US-Bundesstaaten, Hawaii, Alaska und Puerto Rico auf der Grundlage von dekadischen Landsat-Satellitenbildern und anderen ergänzenden Datensätzen in einem umfassenden Landbedeckungsprodukt, der National Land Cover Database (NLCD), kartiert wurden.
Das Hauptziel der MRLC NLCD ist es, der Nation vollständige, aktuelle, konsistente und öffentlich zugängliche Informationen über die Landbedeckung der Nation zur Verfügung zu stellen. Informationen über die Bodenbedeckung sind für lokale, staatliche und bundesstaatliche Verwalter und Beamte von entscheidender Bedeutung, um sie bei Fragen wie der Bewertung des Zustands und der Gesundheit von Ökosystemen, der Modellierung des Nährstoff- und Pestizidabflusses, dem Verständnis räumlicher Muster der biologischen Vielfalt, der Landnutzungsplanung, der Ableitung von Metriken für Landschaftsmuster und der Entwicklung von Landverwaltungsstrategien zu unterstützen.
Alle MRLC NLCD-Datenprodukte sind für den Nutzer kostenlos erhältlich.
1970 gegründete und dem Handelsministerium (Department of Commerce) unterstellte US-amerikanische Bundesbehörde. Sie soll die Sicherheit der Öffentlichkeit gegenüber atmosphärischen Erscheinungen gewährleisten und in der Öffentlichkeit mit Informationen zum Verständnis von Umwelt und Ressourcen beitragen. Wie die Webseiten der NASA gelten Öffentlichkeitsarbeit und Dokumentation der NOAA und ihrer Unterorganisationen als beispielhaft.
Die 16 Satelliten der NOAA (2022)
Die NOAA besitzt und betreibt zehn Satelliten, darunter:
Fünf geostationäre (GOES-14, -15, -16, -17 und -18)
Vier polarumlaufende Satelliten (NOAA-15, -18, -19 und -20)
Ein Weltraumsatellit im tiefen Weltraum, sog. Deep Space (DSCOVR)
Die NOAA betreibt sechs Satelliten, die jedoch nicht in ihrem Besitz sind:
Suomi NPP (im Besitz der NASA)
Jason-3 (im Besitz von CNES)
Drei Satelliten des Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) (F-16, F-17, F-19)
Die NOAA erfüllt ihren Auftrag durch sechs große Abteilungen, den National Environmental Satellite, Data and Information Service (NESDIS), den National Marine Fisheries Service (NMFS), den National Ocean Service (NOS), den National Weather Service (NWS), das Office of Oceanic and Atmospheric Research (OAR) und das Office of Marine & Aviation Operations (OMAO). und darüber hinaus mehr als ein Dutzend Stabsstellen.
1961 gegründete und dem amerikanischen Verteidigungsministerium unterstellte Behörde für Konzeption, Bau und Betrieb der Spionagesatellitenflotte der USA mit Hauptsitz in Chantilly, Virginia. Ihre Existenz wurde erst 1992 offiziell eingeräumt. Das Personal der NRO rekrutiert sich aus Mitgliedern der Air Force, der CIA, der National Securuty Agency und anderen Bundesbehörden.
Mit ihrer Nationalen Sicherheitsstrategie beschreibt die deutsche Bundesregierung, was ein Auftrag aus dem Grundgesetz - "In einem vereinten Europa dem Frieden der Welt zu dienen" - für unsere Gegenwart bedeutet und welche Schlüsse für die Zukunft sie daraus zieht, um die Sicherheit Deutschlands und seiner Menschen zu gewährleisten. Die Bundesregierung ist überzeugt, dass dies mit einer Politik der Integrierten Sicherheit gelingen kann: Sie versteht darunter das Zusammenwirken aller relevanten Akteure, Mittel und Instrumente, durch deren Ineinandergreifen die Sicherheit unseres Landes umfassend erhalten und gegen Bedrohungen von außen gestärkt wird.
Eine wachsende Bedeutung für die Sicherheit Deutschlands kommt seit einigen Jahren auch dem Weltraum zu. Die sichere Nutzung des Weltraums, insbesondere die Satellitenkommunikation und -navigation sowie Daten der Erdbeobachtung, ist für viele zivile Lebensbereiche unerlässlich geworden. Zugleich hat die militärische Nutzung des Weltraums für moderne Streitkräfte eine erhebliche Bedeutung gewonnen. Die Bundesregierung wird dem Weltraum als strategische Dimension daher verstärkte Aufmerksamkeit widmen und ihre Fähigkeiten auf diesem Gebiet ausbauen, da von diesen unsere Kritischen Infrastrukturen, unsere diplomatischen Vertretungen und unsere Streitkräfte abhängen.
Weltweit nimmt die Bedrohung des menschlichen Lebensraums durch Naturgefahren als Phänomene mit einer großen räumlichen Dimensionen und Auswirkungen immer stärker zu. Dabei liegen die Ursachen sowohl in der zunehmenden Besiedlung als auch in den sich verändernden Umweltbedingungen liegen. Entsprechend steigt die Nachfrage nach Kriseninformation im Rahmen von Naturkatastrophen wie Überflutungen, Erdbeben, Vulkanausbrüchen, Hangrutschungen, etc. Gleichzeitig erhöht sich die Bedeutung eines nachhaltigen Gefahrenmanagements, das auf eine schnelle Reaktion im Katastrophenfall ebenso wie auf langfristige Vorbereitung und Vorsorge ausgerichtet ist.
Während solcher Krisenereignisse liegen die Herausforderungen insbesondere in der schnellen Bereitstellung der relevanten Information und im Zusammenwirken aller Beteiligten. Diese aktuellen raumbezogenen Informationen zur Schadenslage können inzwischen zu einem großen Teil durch die Analyse von Fernerkundungsdaten abgeleitet werden. Auf vielfältige Weise trägt die Satellitenfernerkundung auch zur Entwicklung von effektiven und weltweit einsatzbaren Strategien zur Risikominimierung bei.
Die Bandbreite der Naturgefahren und deren Auswirkungen auf die natürliche und künstliche Umwelt machen die Auswahl der geeigneten Datentypen und Analysen zu einer anspruchsvollen Aufgabe. Daher ist es wichtig, dass man die Auswirkungen jedes Phänomens sowie die möglichen Beziehungen zwischen ihnen versteht, sowohl in der zeitlichen als auch in der räumlichen Dimension. Darüber hinaus muss man die Verfügbarkeit und die Kosten der Daten berücksichtigen, um die Auswahl des geeigneten Datentyps und die Analyse einzuleiten, sowie das Potenzial verschiedener Satelliten-Missionen.
Am 28. September 2018 wurde die indonesische Insel Sulawesi von einem Erdbeben der Stärke 7,5 heimgesucht. Das Beben löste einen Tsunami aus, der riesige Wassermengen - bis zu 10 m hoch - durch eine lange schmale Bucht trieb und die am Ende der Bucht gelegene Provinzhauptstadt Palu unter Wasser setzte. Die Kombination aus Erdbeben, Tsunami, Bodenverflüssigung und Erdrutschen forderte in mehreren Bezirken weit über 2000 Menschenleben, zerstörte Häuser, Gebäude, Infrastruktur und Ackerland (vgl. folgende Abb.)
Diese Karte zeigt die Bodenbewegung in den sechs Monaten nach dem Ereignis. Sie wurde durch die Verarbeitung von Copernicus Sentinel-1 Bildern gewonnen, die zwischen Oktober 2018 und April 2019 aufgenommen wurden. Die Ergebnisse überlagern ein Echtfarb-Komposit aus der Copernicus Sentinel-2 Mission. Daraus erstellte Karten in größerem Maßstab geben dann Auskunft über Stabilität einzelner Gebäude.
Die ESA und die Asiatische Entwicklungsbank haben sich zusammengeschlossen, um die indonesischen Behörden bei der Verwendung und Interpretation solcher Karten zu unterstützen, die als Leitfaden für Wiederaufbaupläne dienen.
Bodenverlagerungen um die Provinzhauptstadt Palu (Sulawesi) Quelle: ESA
Insbesondere können wichtige Angaben nach akuten Ereignissen zur Schadensabschätzung und -ausbreitung schnell, aktuell, großflächig und sehr präzise bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann die Fernerkundung im Bereich der Katastrophenvorsorge als auch zum Monitoring von Wiederaufbaumaßnahmen als wichtige Informationsquelle dienen. Entsprechende Werkzeuge werden an vielen Instituten weltweit entwickelt und bereitgestellt.
Beispielsweise liegt der Forschungsfokus einer Arbeitsgruppe am Earth Observation Center (EOC) des DLR auf der Entwicklung, Implementierung und operationellen Anwendung von semi-automatischen bzw. vollautomatischen Prozessierungsketten und Analysemethoden zur Ableitung von Fernerkundungsparametern für Fragestellungen zu Georisiken, insbesondere zur Erkennung des Ausmaßes bzw. von Schäden während und im Nachgang von Naturkatastrophen unter Verwendung von niedrig-, mittel- und hochauflösenden Radar, optischen und thermalen Erdbeobachtungsdaten.
Schwerpunktthemen sind die Ableitung des Ausmaßes, der Dauer und der zeitlichen Dynamik von Hochwasserereignissen, die Detektion von Brandflächen, aktiven Vulkanen und Waldbränden, die Erfassung von Dürrekatastrophen sowie die Erfassung von abrupten Zustandsänderungen auf der Erdoberfläche (z.B. verursacht durch Erdbeben, Tsunamis, Vulkaneruptionen, Hangrutschungen, etc.). Hierbei finden vor allem pixel- und objektbasierte Klassifikationsalgorithmen, Algorithmen zur automatischen Schwellwertfindung, generische Change Detection-Methoden, Methoden des maschinellen Lernens sowie GIS-Analyseverfahren Anwendung.
Die Entwicklungen des Teams am EOC unterstützen u.a. unmittelbar die operationelle Tätigkeit des Zentrums für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI). Zudem koordiniert das Team die Bereitstellung des technisch-operativen Beitrags des DLR im Rahmen der Internationalen Charta „Space and Major Disasters“. (DFD)
Mit dem europäischen Erdbeobachtungsprogramm Copernicus haben sich völlig neue Möglichkeiten eröffnet. Der global freie Zugang zu den zeitlich und räumlich hochauflösenden Daten von Sentinel-1/2 schafft die Grundlage für ein großräumiges und kontinuierliches Monitoring von potenziell gefährlichen natürlichen Prozessen und ihren Auswirkungen auf den menschlichen Lebensraum. Die Kombination dieser Daten mit den mehrere Jahrzehnte zurückreichenden, frei verfügbaren Landsat-Archiven und Daten anderer Satellitenmissionen (z. B. RapidEye, ALOS, TerraSAR-X) ermöglicht ein langfristiges Monitoring als Voraussetzung für eine differenzierte raumzeitliche Prozessanalyse, die wiederum die Grundlage für eine objektive und dynamische Gefährdungseinschätzung bildet.
Die Satellitenfernerkundung kann beispielsweise für eine großräumige Analyse der Hangrutschungsgefährdung eingesetzt werden. Dabei ist eine möglichst genaue raumzeitliche Rekonstruktion der Hangrutschungsaktivität wichtig. Am GFZ wurde dafür eine automatische Methode entwickelt, welche die großräumige und langfristige Rekonstruktion einer Hangrutschung erlaubt. Die folgende Abbildung zeigt das Ergebnis der Anwendung dieser Methodik auf ein mehr als 10 000 km² großes Gebiet in Südkirgisistan, das von starker Hangrutschungsaktivität betroffen ist. Räumlich und zeitlich hochauflösende RapidEye-Daten, die im Rahmen des vom DLR geförderten Programms RapidEye Science Archive (RESA) zur Verfügung gestellt wurden, bildeten die Grundlage für eine automatische Zeitreihenanalyse, in deren Ergebnis flächengenaue Hangrutschungsobjekte abgeleitet wurden. Die inzwischen global verfügbaren Sentinel-2-Daten ermöglichen eine Übertragbarkeit der entwickelten Methodik auf andere gefährdete Regionen. (GFZ)
Satellitenfernerkundung bei einer großräumige Analyse der Hangrutschungsgefährdung
Links: Automatische raumzeitliche Detektion von Hangrutschungsobjekten in Südkirgisistan im Zeitraum von 2009 bis 2016 auf der Basis von Datenzeitreihen der RapidEye-Satelliten.
Oben rechts: Jährliche Summenstatistik nach Fläche (schwarz) und Anzahl (rot) der Hangrutschungen.
Unten rechts: Beispiel für automatisch detektierte Hangrutschung (Foto: R. Behling, GFZ)
Engl. Akronym für Navigation Satellite Timing and Ranging-Global Positioning System; satellitengestütztes Navigationssystem zur weltweiten Positionsbestimmung, das vom militärischen United States Naval Observatory betrieben wird. Das NAVSTAR-GPS löste das ältere Satellitennavigationssystem Transit der United States Navy ab. NAVSTAR-GPS wurde am 17. Juli 1995 offiziell in Betrieb genommen.
Engl. Akronym für Network for the Detection of Mesopause Change; weltweites Programm mit der Aufgabe, die internationale Kooperation von Forschergruppen zu fördern, die sich mit der Untersuchung der Mesopause (80 - 100 km Höhe) befassen und dabei das Ziel verfolgen, Frühwarnsignale für den Klimawandel aufzuspüren.
Das Programm beinhaltet die koordinierte Untersuchung der atmosphärischen Variabilität auf allen Zeitskalen, den Austausch von besthendem Wissen und die koordinierte Entwicklung von verbesserten Beobachtungsmöglichkeiten, Analysetechniken und Modellen. Der erste Schwerpunkt liegt auf der Beobachtung des Nachtleuchtens (airglow), wobei bodengestützte wie auch satellitengestützte Instrumente zum Einsatz kommen.
Die Mesosphäre gilt als der sensitivste Bereich der Atmosphäre für den Klimawandel. Für die operative Erfassung der Temperatur in der oberen Mesosphäre und unteren Thermosphäre (80-100 km) wird das Infrarot-Spektrometer GRIPS (Ground-based Infrared P-branch Spectrometer) eingesetzt.
Engl. Akronym für Normalized Difference (auch: Density) Vegetation Index, dt. Normalisierter Differenzierter Vegetationsindex, oder Normierter Differentieller Vegetationsindex oder Normalisierter Differenzen-Vegetations-Index; aus Satellitendaten relativ leicht zu berechnende Messgrösse für die Biomasse. Satellitensensoren können quantifizierend angeben, welcher Teil der photosynthetisch relevanten Strahlung von der Vegetation absorbiert wird. In den späten siebziger Jahren des 20. Jh. wurde erkannt, dass die Netto-Photosynthese direkt abhängig ist von der Menge photosynthetisch aktiver Strahlung, die von Pflanzen absorbiert wird. Je mehr eine Pflanze während der Vegetationsperiode sichtbares Sonnenlicht absorbiert, umso intensiver ist die Photosynthese und umso produktiver ist sie. Wenn die Pflanze umgekehrt weniger Sonnenlicht absorbiert, ist die Photosyntheserate und damit das Wachstum geringer.
Spektraler Reflexionsgrad eines grünen Laubbaumblattes
Die Abbildung verdeutlicht die grundlegenden Überlegungen zu Vegetationsindizes. Bei gesunder Vegetation fällt auf, dass die Kurve im ersten Kanal ein relatives Minimum (bei 0,65 µm) und im zweiten Kanal ein Maximum (bei 0,8 µm) hat. Einige Pigmente im Mesophyll der Blätter absorbieren die Sonnenstrahlung im Bereich des roten und blauen Lichts, wobei grünes Licht reflektiert wird. Dies verursacht das Minimum im Bereich des ersten Kanals.
Der Großteil der Infrarotstrahlung wird mehrfach an Grenzflächen der Vegetation (z.B. an Zellwänden oder luftgefüllten Hohlräumen) gespiegelt und somit zu einem großen Teil reflektiert. Dies erklärt das Maximum des Reflexionsgrades grüner Vegetation in Kanal 2. Die Differenz zwischen den Kanälen kann als grundlegender Indikator für Vegetation dienen. Dieser Grundansatz findet sich bei allen Vegetationsindizes wieder.
Quellen: Kraus, Karl (1990): Fernerkundung Bd.1 (verändert)
Durch die Bildung von Indizes aus zwei oder mehr Kanälen kann die Visualisierung des Biomassegehaltes und des Zustandes der Vegetation stark verbessert werden. Ein solcher Index ist der NDVI. Er wird im Wesentlichen aus der Differenz der Messergebnisse der Kanäle 1 und 2 des SensorsAVHRR (Pixelgrößen um 1 km²) ermittelt, er wird aber auch für Multispektraldaten anderer Sensoren benutzt.
Vegetation erscheint sehr unterschiedlich in den Wellenlängenbereichen des sichtbaren Lichts und des Nahen Infrarots. Im Bereich des sichtbaren Lichts sind vegetations-bedeckte Flächen sehr dunkel, fast schwarz, wohingegen Wüstenregionen (z.B. die Sahara) hell erscheinen. Im Nahen Infrarot ist die Vegetation heller und Wüsten haben in etwa denselben Helligkeitgrad wie beim sichtbaren Licht. Durch den Vergleich von sichtbarem und infrarotem Licht messen Wissenschaftler die relative Vegetationsmasse.
Die spektrale Signatur (reflektierte Strahlung in eng begrenzten Spektralbereichen) gesunder Vegetation zeigt einen sprunghaften Anstieg des Reflexionsgrades bei 0,7 µm, während unbewachsener Boden je nach Art einen stetigen, geradlinigen Verlauf aufweist. Je aktiver das Chlorophyll der Pflanzen ist, desto größer ist der Anstieg des Reflexionsgrades im nahen Infrarot (0,78 - 1 µm). Neben der Unterscheidung der Vegetation von anderen Objekten lässt sich somit die Stärke (und Vitalität) der Vegetation folgern. Diesen Umstand nutzt man bei der Berechnung des NDVI.
Im Bereich des Rot wird einfallende Sonnenstrahlung weitgehend durch die im Mesophyll der Blätter enthaltenen Pigmente, vor allem durch das Chlorophyll, absorbiert. Im nahen Infrarot dagegen wird der Großteil der auftreffenden Strahlung vom Blattgewebe reflektiert. Der NDVI bildet ein Maß für die photosynthetische Aktivität und ist stark mit Dichte und Vitalität der Vegetationsdecke korreliert. Satellitendaten können mit hoher Genauigkeit in Kilogramm Biomasse pro Hektar umgerechnet werden, indem man bestimmte Flächen zur Kontrolle nachmisst (Verifikation) und die Ergebnisse der Fernerkundung entsprechend anpasst.
Der NDVI ergibt sich allgemein aus:
NDVIallg = nahes IR - Rot / nahes IR + Rot
Der Index kann Werte zwischen -1,0 und +1,0 annehmen, für Vegetation liegen sie meist zwischen 0,1, und 0,7. Sein Vorteil liegt in der Verhältnisbildung, welche unterschiedliche Beleuchtung, atmosphärische Trübung, Oberflächenneigung und Beobachtungsaspekte weitgehend kompensiert.
Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)
Satellitenkarten der Vegetation zeigen die Dichte des Pflanzenwachstums über den gesamten Globus hinweg. Die gebräuchlichste Maßeinheit ist der NDVI. Sehr niedrige Werte des NDVI (0,1 und darunter) korrespondieren mit kahlen Gebieten mit Fels, Sand und Schnee. Mittlere Werte (0,2 bis 0,3) repräsentieren Busch- und Grünland, wohingegen hohe Werte (0,6 bis 0,8) gemäßigte und tropische Regenwälder darstellen.
Großräumige NDVIAVHRR - Karten werden seit 1980 von der NOAA erstellt. Dazu werden die täglichen Vegetationsindizes zu 8-, 16- oder 30-Tage Kompositen zusammengefasst. Dieser notwendige Schritt ergibt sich aus der Tatsache, dass viele Pixel aus der Messung eines einzelnen Tages nicht entzifferbar sind. Eine so erstellte Karte wäre lückenhaft. Der Grund liegt in Wolken oder Aerosol, die den Blick des Sensors auf die gesamte Szene versperren, grelles Sonnenlicht kann einzelne Pixel saturieren, auch sind Fehlfunktionen des Sensors möglich.
Beispiele für NDVIAVHRR-Monatsmittel von Europa (1997):
Monatsmittel Februar 1997
Monatsmittel März 1997
Monatsmittel April 1997
Monatsmittel Mai 1997
Aus dem Vergleich der Bilder kann man den Einzug des Frühlings in Europa ablesen: Hohe Werte bedeuten hohe, niedrige Werte niedrige Chlorophyllproduktion.
Weder das NDVI- noch das EVI-Produkt können alle Hindernisse beseitigen. Wolken und Aerosole können oft die Sicht der Satelliten auf die Oberfläche vollständig blockieren, die Blendung durch die Sonne kann bestimmte Pixel sättigen, und vorübergehende Fehlfunktionen der Satelliteninstrumente selbst können ein Bild verzerren. Folglich sind viele der Pixel in den Bildern eines Tages nicht zu entziffern, und die aus den täglichen Vegetationsindizes erstellten Karten sind bestenfalls lückenhaft.
Beobachtungsfehler
Längerfristige Durchschnittswerte von Vegetationsdaten tragen dazu bei, Fehler, die durch Bewölkung verursacht werden, zu beseitigen. Andererseits verdecken sie Details, insbesondere bei hoher Auflösung.
Das Bildpaar links zeigt Borneo im September 1999. Das linke Bild vereint die Werte einer 10-Tagesperiode vom 21.-30.9. Starke Wolkenbedeckung lässt einige Gebiete vegetationsarm oder vegetationslos erscheinen. Der 30-Tage-Durchschnitt des ganzen Monates zeigt aber die dichte Waldbedeckung nahezu der gesamten Insel.
Abweichung des mit Hilfe von Satellitensensoren (z.B. AVHRR) ermittelten NDVI-Wertes für einen bestimmten Raum innerhalb einer bestimmten Zeit vom langjährigen Mittel.
Heute liegen NDVI-Daten vom gesamten Globus für einen Zeitraum von 20 Jahren vor. Der Vergleich der NDVI-Werte z.B. des aktuellen Monats mit dem 20-jährigen Mittel zeigt, ob das Pflanzenwachstum in einer bestimmten Region dem Durchschnittswert entspricht, oder ob es deutlich über- bzw. unterdurchschnittlich ausgefallen ist. Mögliche Gründe für ein unterdurchschnittliches Pflanzenwachstum sind geringere Niederschläge, niedrigere Temperaturen (was den Beginn der Vegetationsperiode hinauszögert bzw. diese verkürzt) oder eine außergewöhnlich lange Wolkenbedeckung.
Verkürzt formuliert kann die Absorption und Reflexion von photosynthetisch aktiver Strahlung über eine bestimmte Zeit hinweg dazu benutzt werden, die Gesundheit der Vegetation in einem bestimmten Raum zu beurteilen, und zwar im Verhältnis zur "Norm", dem langjährigen Mittel.
NDVI-Anomalien in Teilen N-Amerikas (August 1993)
Die Differenz zwischen dem durchschnittlichen NDVI für einen einzelnen Monat eines bestimmten Jahres und dem über die vergangenen 20 Jahre gemittelten NDVI für denselben Monat wird NDVI-Anomalie genannt. In den meisten Klimaten ist das Pflanzenwachstum durch den Faktor Wasser limitiert, sodaß die relative Vegetationsdichte ein guter Indikator für eine Dürre ist.
Das Bild zeigt die NDVI-Anomalie in den USA und benachbarten Gebieten für den August 1993. In diesem Jahr führte starker Niederschlag in den nördlichen Great Plains (Nord- und Süddakota, Alberta und Saskatchewan) zu Hochwasser im Missouri. Die resultierende außergewöhnlich üppige Vegetation erscheint als positive Anomalie (grün). Zur gleichen Zeit war der Niederschlag im Osten der USA sehr niedrig, was zu einer starken negativen Anomalie führte (dunkles rotbraun).
Daten aus einer bestimmten Quelle, die innerhalb einer - im Vergleich zu den Zeitskalen des beobachteten Phänomens - kurzen Zeitspanne zur Nutzung verfügbar sind.
Syn. Nächste-Nachbarschaft-Verfahren; Resamplingverfahren, bei dem jeder neuen Pixelposition der Grauwert des nächstgelegenen Pixels im Ausgangsbild zugewiesen wird.
Aus den zu definierenden Trainingsgebieten werden dabei die Mittelwerte für jede Eingangsinformation (Intensitäten, Texturparameter, Streuparameter usw.) berechnet. Dies geschieht unabhängig davon, welcher Klasse sie angehören, so dass eine Klasse sich aus ungleichen Referenzflächen zusammensetzen kann.
Für jedes zu klassifizierende Bildelement wird der Abstand zu den Mittelpunkten der Trainingsgebiete berechnet. Ein Bildelement (Pixel oder Objekt) wird dann der Referenz zugeteilt, zu deren Mittelpunkt der Abstand am kürzesten ist. Ist der Abstand größer als ein zuvor festzulegender Grenzwert, wird das entsprechende Bildelement nicht klassifiziert.
Bei dem Verfahren können im Ergebnisbild Lagefehler bis zur Hälfte der Pixelgröße entstehen. Schräg verlaufende Grauwertkanten können im Ergebnisbild stufig erscheinen. Dieser Effekt kann durch eine hinreichend klein gewählte Pixelgröße im Ergebnisbild verringert werden.
Es kann auch vorkommen, daß einzelne Grauwerte mehrmals zugeordnet werden. Dies führt zu einer blockigen Struktur des korrigierten Bildes. Probleme können darüber hinaus vor allem dann auftreten, wenn multitemporal gearbeitet wird, denn Landschaftsgrenzen sind evtl. leicht gegeneinander verschoben.
Die Vorteile des Nearest-Neighbour-Verfahrens liegen im geringen Rechenzeitaufwand und in der Tatsache, daß keine neuen Grauwerte berechnet werden. Die ursprüngliche spektrale Signatur der verschiedenen Objektklassen bleibt unverfälscht erhalten, was zur Durchführung einer multispektralen Klassifizierung von Vorteil ist. Ferner bleiben bei diesem Verfahren die Originalwerte des Ausgangsbildes erhalten. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, wenn später eine Klassifikation der Pixelwerte erfolgen soll, um Objekte oder Eigenschaften wie z.B. Landbedeckungstypen zu erkennen. Hierzu sind Originaldaten heranzuziehen.
Engl. off-nadir; ein beliebiger Punkt, der sich nicht direkt unter dem Abtaster eines Scanners befindet, sondern schräg daneben.
In der Praxis sammeln sehr hochauflösende Satellitensensoren in der Regel keine Bilder im Nadir, d.h. sie schauen nicht direkt auf das Ziel hinunter, sondern nehmen Bilder in einem Winkel auf. Satellitenbetreiber nennen dies den "Off-Nadir-Winkel", bei dem 0 Grad gerade nach unten schauen würden. Für optische Bilder ist ein typischer Höchstwert ein "Off-Nadir-Winkel" von 30 Grad.
Oft ist ein niedrigerer Off-Nadir-Winkel wünschenswert, insbesondere in Gebieten mit hohem Relief oder hohen Gebäuden, um den so genannten "building-lean" Effekt zu minimieren. Das Problem geometrischer Verzerrungen ist der Fernerkundung inhärent, da man versucht, die dreidimensionale Oberfläche der Erde als zweidimensionales Bild genau darzustellen. Bei Objekten, die sich direkt unter der Mitte des Kameraobjektivs befinden (d.h. am Nadir), sind nur ihre Oberseiten sichtbar, während alle anderen Objekte sich scheinbar von der Bildmitte weglehnen, so dass ihre Oberseiten und Seiten sichtbar sind. Wenn die Objekte hoch sind, weit von der Mitte des Fotos entfernt sind oder wenn der Abstandswinkel zum Nadir groß ist, sind die Verzerrung und der Positionsfehler größer.
Engl. Akronym für Near Earth Orbit Network; das NEON-Programm der NOAA wird künftige Umweltsatelliten im erdnahen Orbit (LEO) entwickeln. Beobachtungen aus der niedrigen und mittleren Erdumlaufbahn sind für die Wettervorhersage, die Umweltbeobachtung, die Klimaüberwachung und die öffentliche Sicherheit von entscheidender Bedeutung. NEON schafft die Voraussetzungen dafür, dass die NOAA künftige polare und andere Satellitenbeobachtungen aus niedrigen und mittleren Erdumlaufbahnen als lose gekoppelte Projekte verwalten kann.
NEON ist eine gemeinsame Mission von NOAA und NASA. Die NASA wird die Entwicklung der Satelliten leiten und sie für die NOAA starten, die sie betreiben und die Daten an die Nutzer weltweit liefern wird. NOAA und NASA werden mit kommerziellen Partnern zusammenarbeiten, um die NEON-Satelliten und -Instrumente zu entwickeln und zu bauen.
Die NOAA betreibt seit mehr als 50 Jahren erfolgreich Umweltsatelliten in der erdnahen Umlaufbahn (LEO). NEON wird einen neuen Ansatz für die Entwicklung des globalen Umweltsatellitensystems der nächsten Generation bieten, indem kleine bis mittelgroße Satelliten mit Instrumenten zur Erdbeobachtung häufiger gestartet werden. Eine belastbare Konstellation von LEO-Satelliten, die schnell eingesetzt werden kann, wird unsere Wettervorhersage, das Katastrophenmanagement (Brände, Überschwemmungen usw.) und das Verständnis der Auswirkungen des globalen Klimawandels verbessern.
Die Fortentwicklung der LEO-Wettersatelliten
Das NEON-Programm wird das Joint Polar Satellite System (JPSS) der NOAA ergänzen und schließlich ersetzen. JPSS wird seine Reihe polarumlaufender Satelliten bis in die späten 2030er Jahre weiter betreiben. NEON wird den Grundstein für die nächste Generation von LEO-Satelliten legen, lange bevor der letzte JPSS-Start erfolgt. NEON wird die globalen Beobachtungen von NESDIS für die Wettervorhersage, das Katastrophenmanagement und die Klimaüberwachung fortführen, verbessern und erweitern.
Die LEO-Satelliten von NOAA, NASA und internationalen Partnern tragen zu mehr als einem halben Jahrhundert ununterbrochener Klimadaten bei. LEO-Satelliten sind das Rückgrat der globalen langfristigen Wettervorhersagemodelle und liefern mehr als 80 Prozent der Daten der numerischen Wettervorhersagemodelle, die für drei- bis siebentägige Prognosen verwendet werden. Diese Satelliten erkennen und überwachen Gefahren wie Brände, Dürren, Überschwemmungen, schlechte Luftqualität, Korallenbleichen, ungesunde Küstengewässer und andere. Die NOAA und ihre behördenübergreifenden und internationalen Partner nutzen LEO-Daten jeden Tag, um den laufenden Bedarf an Missionen zu decken. Das NEON-Programm wird ein neues Konzept für die NOAA einführen, um weiterhin diese Umweltmessungen zur Unterstützung einer Vielzahl von atmosphärischen, terrestrischen, marinen und polaren Beobachtungen bereitzustellen.
Das erste Projekt der NEON-Programmreihe ist QuickSounder, das als Prototyp für die nächste Generation von Umweltsatelliten der NOAA dienen wird. Diese Wegbereiter-Mission soll zeigen, dass die NOAA in der Lage ist, innerhalb von drei Jahren einen kleinen Satelliten zu starten. QuickSounder wird mit einem überholten ATMS-Instrument (Advanced Technology Microwave Sounder) fliegen, wie es auch auf den Satelliten der JPSS-Serie (Joint Polar Satellite System) eingesetzt wird. Während die Entwicklung und der Start von Umweltsatelliten in der Regel 10 Jahre oder länger dauern, wird der Start von QuickSounder für Mitte 2026 erwartet, weniger als 27 Monate nachdem NOAA und NASA den Entwicklungsauftrag erteilt haben.
Raumsonde der NASA, die im Rahmen des New-Frontiers-Programms den Zwergplaneten Pluto besucht hat, um ihn und seinen großen Mond Charon zu erforschen, sowie nach Möglichkeit auch die nach dem Start der Sonde entdeckten, kleinen Monde Nix, Hydra, Kerberos und Styx näher zu erkunden. New Horizons ist die erste Raumsonde überhaupt, die es Astronomen ermöglicht hat, Pluto, der sich am Anfang des Kuipergürtels befindet, aus der Nähe zu erforschen. Als Vorbeiflugsonde passierte sie am 14. Juli 2015 in 12.500m km Entfernung Pluto und in 28.800 km Entfernung Charon.
Vor New Horizons wurde noch keine Raumsonde zum Pluto gestartet. Da er sehr weit von der Sonne entfernt ist, können selbst die stärksten Teleskope kaum Details auf seiner Oberfläche ausmachen. So erreicht die Auflösung der besten mit dem Hubble-Weltraumteleskop gewonnenen Aufnahmen nur 500 km pro Bildpunkt. Entsprechend können Pluto und seine Monde nur durch Raumsonden näher studiert werden.
Außerdem gehörte auch die Erforschung des Jupiters zu den Missionszielen, an dem die Sonde im Februar und März 2007 vorbeiflog. Wolkenbewegungen wurden beobachtet, es wurde die Magnetosphäre des Planeten untersucht und Ausschau nach Polarlichtern und Blitzen in Jupiters Atmosphäre gehalten. Über die vier großen Galileischen Monde konnten allerdings nur wenige wissenschaftliche Daten gewonnen werden, da die Sonde diese in einer relativ großen Entfernung passierte.
Da die Finanzierung des wissenschaftlichen Betriebes der Raumsonde über die 2016 endende Primärmission hinaus gesichert wurde, können auch ein oder mehrere Objekte im Kuipergürtel angeflogen und untersucht werden und ebenso die Heliosphäre.
Zum Jahreswechsel 2018/2019 erfolgte der Vorbeiflug an (486958) 2014 MU69 (Ultima Thule). "Ultima Thule" ist bislang noch ein Rätsel: Ein Objekt in den Tiefen unseres Sonnensystems, vielleicht gut 30 Kilometer im Durchmesser. Das ist das mit über 6,4 Milliarden Kilometer entfernteste Objekt, das jemals untersucht wurde. Es befindet sich inmitten des Kuipergürtels. Das ist ein Ring aus gefrorenem Material, das um die Sonne kreist, weiter entfernt als alle Planeten.
Wegen der kalten Temperaturen ist es auch das urtümlichste Objekt, und darum vielleicht die beste Zeitkapsel, die die Wissenschaftler je hatten, um die Geburt unseres Sonnensystems und der dazugehörigen Planeten zu verstehen.
Ultima Thule in 3D
Das Wissenschaftsteam von New Horizons schuf das erste Stereobildpaar von Ultima Thule. Dieses Bild kann mit einer Stereobrille betrachtet werden, um die dreidimensionale Form des Kuiper-Gürtel-Objekts zu enthüllen.
Die Bilder, aus denen das Stereopaar entstand, wurden vom Long-Range Reconnaissance Imager (LORRI) um 4:23 und 5:01 Uhr Weltzeit am 1. Januar 2019 aus einer Entfernung von 61.000 bzw. 28.000 Kilometern mit einem Originalmaßstab von 310 bzw. 140 Metern pro Pixel aufgenommen.
1995 begonnenes Entwicklungsprogramm der NASA, welches neue Raumfahrttechnologien für das neue Jahrtausend erproben soll. Die Missionen innerhalb dieses Programms dienen primär der Technologieerprobung und nur sekundär zur Gewinnung wissenschaftlicher Erkenntnisse. Das NMP wird vom Jet Propulsion Laboratory betreut. Folgenden Missionen sind im New Millennium Program enthalten: Realisiert:
Deep Space 1 - eine Raumsonde zur Erprobung eines Ionenantriebs - Start am 24. Oktober 1998 mit einer Delta-II-Rakete - Mission erfolgreich erfüllt.
Deep Space 2 - zwei Penetrator-Sonden zur Marserforschung - Start am 3. Januar 1998 mit einer Delta-II-Rakete zusammen mit der Marssonde Mars Polar Lander - Mission gescheitert.
EO-1 (Earth Observing-1) - ein Satellit zur Erprobung eines neuen Erdbeobachtungssensors, dem Advanced Land Imager (ALI)- Start war am 21. November 2000 mit einer Delta-II-Rakete.
ST-6ASE - Experiment zur autonomen Aufgabenerfüllung von Satelliten - Software-Experiment, welches mit dem EO-1-Satelliten ausgeführt wurde.
Space Technology 5 (NCT - Nanosat Constellation Trailblazer) - Erprobung des Formationsflugs von drei Kleinstsatelliten - Erfolgreicher Start mit einer Pegasus-XL-Rakete am 22. März 2006.
ST-6ISC - Experimenteller Sternensensor in TacSat-2 - Start am 16. Dezember 2006 mit einer Minotaur-1-Rakete.
Das folgende Bildbeispiel aus der Mission EO-1 (Earth Observing-1) stellt einen Ausschnitt der Küste Gran Canarias vor. Gran Canaria, im Zentrum des Archipels der Kanarischen Inseln gelegen, ist eine nahezu runde Vulkaninsel. Entlang ihrer Südküste liegt ein Küstendünensystem, ein sandiges Dreieck, das mit seiner seewärtigen Spitze nach SO und damit nach Afrika zeigt. Sowohl der Strand als auch die Dünen sind bei Urlaubern sehr beliebt.
Ferienanlagen und Swimming Pools säumen die Dünen in diesem in natürlichen Farben erstellten Bild, das am 16.12.2012 vom Advanced Land Imager (ALI) auf dem NASA-Satelliten Earth Observing-1 (EO-1) aufgenommen wurde. Das System Dünen/Strand an dem dargestellten Küstenabschnitt ist in drei Gebiete untergliedert: in den NS-verlaufenden El Inglés Strand, den OW-verlaufenden Maspalomas Strand und La Bajeta, wo sich die beiden anderen Strände im rechten Winkel treffen. Vom Maspalomas Strand aus erstreckt sich ein ausgedehntes Dünenfeld landeinwärts.
Die Sedimentzufuhr für den Sand kommt von erodierten Felsen sowohl über, als auch unter der Meeresoberfläche. Wind und Wellen bewegen diesen Sand von einer Stelle zur anderen. Jedoch nehmen die Sandablagerungen allmählich ab, was natürliche und auch menschengemachte Ursachen hat.
Sand und Tourismus in Gran Canaria
Während der meisten Zeit bläst der Wind in diesem Gebiet aus WSW; aber kräftigere Winde aus ONO spielen eine größere Rolle beim Sandtransport. Der Sand wandert vom El Inglés Strand zum Maspalomas Strand, und die Maspalomas Dünen bewegen sich Richtung SW.
Eine Studie aus dem Jahr 2007 ergab, dass Strandbuden entlang des El Inglés Strandes den Sandtransport nach SW unterbrechen, indem sie die entsprechenden Winde blockieren. Die Behörden unternahmen Schritte, um die Anzahl der Kioske zu reduzieren und sie ab 1995 jede Saison zu verlegen, aber die Autoren der Studie von 2007 stellten dauerhafte Auswirkungen auf die Dünen fest: "Die Wanderdünen verlagern sich nach Westen und werden nicht durch neue ersetzt."
EO-3 (GIFTS) - Geostationäres Instrument zur Wetterbeobachtung - wird gegenwärtig reorganisiert
ST-7 - Erprobung von Technologien für die Laser Interferometer Space Antenna (LISA) Mission
ST-8 - Erprobung diverser Technologien (Computersysteme, Konstruktionsstrukturen für Solarzellen, entfaltbare Mastelemente für Sonnensegel u.a., Wärme-Kontroll-System)
ST-9 - Erprobung verschiedener Technologien (Sonnensegeltechnologie, Formationsflug, Systemtechnologie für große Weltraumteleskope, Abstiegs- und Leitsysteme)
Auch new space, entrepreneurial space, astropreneurship und commercial space; Oberbegriffe einer Geschäftsphilosophie, die für die aufkommende private Raumfahrtindustrie stehen. Sie umfasst einen globalen Sektor relativ neuer, ausgesprochen kommerziell ausgerichteter Raumfahrtunternehmen. Diese entwickeln unabhängig von Regierungen und deren vorrangigen Vertragspartnern (d. h. Old Space), schneller, besser und billiger Raumfahrttechnologien (Trägersysteme, Satellitendienste) und damit auch Zugang zum Weltraum. Die Gründung neuer Unternehmen mit hohem privatem Kapitaleinsatz, die Nutzung neuer Technologien und Herangehensweisen, sowie die Konvergenz mit dem Informationstechnologie-Sektor bilden die Grundlagen der NewSpace.
Kommerzielle Akteure sorgen mit neuen Technologien und Geschäftsmodellen dafür, dass Innovationen in der Raumfahrt an Dynamik gewinnen. Diese Entwicklung ist insofern neu, als Raumfahrt zuvor fast ausschließlich von staatlichen Akteuren finanziert und von wenigen etablierten Unternehmen, wie Boeing, Airbus oder Lockheed Martin sowie u. a. Northrop Grumman, betrieben wurde.
Die Grenzen zwischen New Space und traditioneller Raumfahrt sind allerdings fließend. Auch langjährig etablierte Unternehmen, wie das europäische Unternehmen Airbus, die deutsche OHB System AG und viele KMU der deutschen Raumfahrtbranche, sind in jenen Bereichen aktiv, die New Space zugeordnet werden. Auch wenn immer mehr Start-ups die Entwicklungen von New Space prägen, lässt sich letztlich keine klare Grenze zwischen Old Space und New Space ziehen.
New-Space-Unternehmen agieren einerseits in den angestammten Geschäftsfeldern der traditionellen Raumfahrtindustrie, z. B. der satellitenbasierten Kommunikation, Navigation und Erdbeobachtung, erschließen andererseits aber völlig neue Tätigkeitsfelder, wie etwa die private bemannte Raumfahrt, Weltraumservices inklusive der Entsorgung von Weltraumschrott, Weltraumbergbau und -produktion, oder sie streben gar die Erschließung neuer Weltraumhabitate an. Angetrieben werden die Entwicklungen durch Innovationen, vor allem in den Feldern Miniaturisierung, 3-D-Druck, Robotik und künstliche Intelligenz (KI), die u. a. in stetig sinkenden Kosten für den Raumtransport resultieren und neue Anwendungen ermöglichen.
Besonders umfangreich und medienwirksam wird über die Vorhaben von drei in den USA lebenden Milliardären berichtet, die auch maßgeblich die Entwicklung von New Space vorantreiben. Dabei handelt es sich um den Gründer von Amazon, Jeff Bezos, den als Tesla-Chef bekannt gewordenen Elon Musk sowie dem Gründer der Virgin Group, Richard Branson. Alle drei haben ihre eigenen Raumfahrtunternehmen gegründet, deren Ziel es ist, Menschen ins All zu befördern, dort Infrastrukturen aufzubauen bzw. neue Habitate zu erschließen.
Darüber hinaus investieren weitere rund 25 Milliardäre aus den USA in die Raumfahrt, darunter Bill Gates (Microsoft), Marc Zuckerberg (Facebook), Peter Thiel (PayPal), Sergey Brin und Larry Page (Google Alphabet) sowie die Milliardäre Ma Huateng aus China und Ricardo B. Salinas aus Mexiko (Bryce Space and Technology 2018; Schneider 2018b, S. 18). Allen gemeinsam ist das Ziel, den Weltraum leichter zugänglich zu machen, indem die Raumfahrt preiswerter und einfacher wird.
Gegenwärtige (2016) und zukünftige NewSpace Geschäftsfelder
Die Abbildung zeigt die vielfältigen, heute wirtschaftlich bedeutendsten Geschäftsfelder der traditionellen Raumfahrt und verschiedenste NewSpace Geschäftsmodelle. NewSpace erschließt nach und nach neue kommerzielle Felder über den traditionellen kommerziellen Raumfahrtsektor hinaus.
Die Kommerzialisierung schreitet insbesondere in den USA schnell voran. Von 2010 - 16 wurden in den USA 2-3 Mrd. US$ in Firmen und Projekte wie SpaceX, Terra Bella, Spire Global, Planet Labs oder OneWeb investiert. Die weltweit einzigartige Kombination von Venture Capital und Unternehmertum an der US-Westküste ist zum Taktgeber der kommerziellen Raumfahrt geworden. US-Regierungsbehörden unterstützen die Entwicklung durch massive Investitionen und als Ankerkunden für die neuen Systeme und Dienstleistungen. Megakonstellationen auf Mini-, Mikro- und Nanosatellitenbasis (CubeSats) sind die Ikonen der NewSpace-Szene. Sie haben das Potential für vielfältige kommerzielle Anwendungen, insbesondere in der Erdbeobachtung, für Breitbandverbindungen und für das Internet der Dinge. Von Internet-Unternehmern inspiriert, entstehen neue Big-Data- und Geoinformations-Geschäftsmodelle. Mini-, Mikro- und Nanosatelliten benötigen andere Startsysteme als ein fünf Tonnen schwerer geostationärer Kommunikationssatellit.
In Deutschland entstand in den letzten Jahren eine aktive NewSpace-Community mit ersten Risikokapitalanlegern. Obwohl NewSpace häufig mit Start-ups assoziiert wird und diese ein wichtiger Treiber sind, können NewSpace-Geschäftsmodelle von Unternehmen jeglicher Größe und jedes Alters verfolgt werden. Nach Angaben des Bundesverbandes der Deutschen Industrie waren 2021 125 Raumfahrt-Start-ups in Deutschland aktiv. (Raumfahrtstrategie)
NigeriaSat-2 ist ein Erdbeobachtungssatellit der nigerianischen Weltraumbehörde NASRDA. Er wurde am 17. August 2011 mit einer Dnepr Konversionsrakete zusammen mit den Satelliten Sich-2, NigeriaSat-X, RASAT und EduSAT vom Raketenstartplatz Jasny gestartet.
NigeriaSat-2 gehört zu einem länderübergreifendem Satellitenprogramm welches von Südafrika vorgeschlagen und von Nigeria, Algerien und Kenia sowie allen anderen interessierten Ländern in Afrika unterstützt wird. Es soll der Eckpfeiler der Satellitenflotte African Resource Management (ARM) werden, die den afrikanischen Ländern in Echtzeit Zugriff auf uneingeschränkte und kostengünstige Satellitenbeobachtungsdaten geben soll, wodurch ein effektive Ressourcen- und Umweltmanagement in Afrika möglich sein wird. Die beteiligten Länder arbeiten bei den Kosten, dem Wissen und in der Infrastruktur zusammen.
Die Nutzlast besteht aus verschiedenen Kameras, die eine Auflösung von 2,5 m (panchromatisch), 5 m in vier Spektralbereichen und 32 m in vier anderen Spektralbereichen besitzen. Die Schwadbreite beträgt 20 x 20 km (2,5 und 5,0 m) und 300 x 300 km (32 m). Die Auflösung von 32 m gewährleistet die Kompatibilität mit den Bildern von NigeriaSat-1, während die hohe Auflösung von 2,5 m und 5 m für neue Anwendungen herangezogen werden. Da die Kameras als Linienscanner arbeiten, wurde die Konstruktion so ausgelegt, dass theoretisch Bilder mit der Schwadbreite entstehen, deren Länge nur durch die Speicherkapazität des Satelliten begrenzt werden. Zusätzlich können mehrere Aufnahmen zu Bildern mit noch größerer Schwadbreite noch im Satelliten zusammengesetzt werden oder durch die Aufnahme von mehreren Bilder beim gleichen Überflug des Gebietes eine Stereoaufnahme erstellt werden. Dazu kann der Satellit bis zu 45° zur Bahn geneigt werden. Je nach Auflösung sind die folgenden Einsatzzwecke für die Bilder vorgesehen:
Kartographie (2,5 m panchromatisch)
Ölunfälle: Erkennung, Ausmaß und Lage (2,5 m oder 5 m)
Landnutzungsänderungen in ländlichen / städtischen Gebieten (5 m)
Hydrologie (Bewässerung, Projektüberwachung)
Landwirtschaft und Überwachung der Wälder
Sicherheitsüberwachung (2,5 m panchromatisch)
Straßen- und Schienenausbau und Wartung
Pipeline-Überwachung
Nachweis von illegalem Bergbau, Feuer, etc.
Die Bilder werden durch zwei Downlinks von 105 Mbps, welche auch zu einer 210 Mbps Einkanalverbindung verschaltet werden können, zur Erde übertragen.
1. Bezeichnung für ein in den 60er Jahren des vergangenen Jahrhunderts von der NASA initiiertes Programm zur Entwicklung eines satellitengestützten Beobachtungssystems für die Erfordernisse von Geowissenschaftlern. Das Programm sollte Sensoren für die Beobachtung von Atmosphäre und Ozean entwickeln sowie entsprechende Weltraumtechnologien und Bodentechnologien zur Verarbeitung von meteorologischen und wissenschaftlichen Daten. Gleichfalls war das Programm Teil von globalen Beobachtungsprogrammen wie dem World Weather Watch. Im Rahmen des Programms wurden 8 Satelliten gebaut, 7 wurden zwischen 1964 und 1978 in ihre polaren Umlaufbahnen gebracht, ein Satellit war ein Fehlschlag. Die Nimbus-Satelliten lieferten zweimal pro Tag weltweite Daten.
Erster, von 1978 - 1994 arbeitender Satellit der NASA zur globalen Umweltüberwachung im polarnahen, sonnensynchronen Orbit; zu seiner Zielsetzung gehörten die physische Charakterisierung der Erdatmosphäre, der Ozeane, des Ozean-Atmosphäre-Austausches und der irdischen Wärmebilanz. Nutzlasten waren u.a.: CZCS, SMMR, ERBI.
Engl. Akronym für NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar-Mission: NISAR ist ein Projekt von NASA und ISRO zur gemeinsamen Entwicklung und zum Start eines Zweifrequenz-Radars mit synthetischer Apertur auf einem Erdbeobachtungssatelliten. Der Satellit wird der erste bildgebende Radarsatellit sein, der zwei Frequenzen verwendet. Er soll zur Fernerkundung eingesetzt werden, um natürliche Prozesse auf der Erde zu beobachten und zu verstehen. Mit seinen nach links gerichteten Instrumenten wird er zum Beispiel die antarktische Kryosphäre untersuchen. Mit geschätzten Gesamtkosten von 1,5 Milliarden US-Dollar wird NISAR wahrscheinlich der weltweit teuerste bildgebende Satellit zur Erdbeobachtung sein. Die Missionsdauer ist auf wenigstens 3 Jahre ausgelegt. Der Start der Mission ist für 2024 vom indischen Satish Dhawan Space Center im indischen Sriharikota aus vorgesehen.
Orbit
Der Satellit wird sich auf einer polnahen Umlaufbahn in 747 km Höhe mit einer Neigung von 98,4° bewegen. Der Wiederholzyklus beträgt 12 Tage. Die Zeit des Knotenpunktsübergangs liegt bei 6 AM/ 6 PM.
Technik
Der Satellit wird dreiachsenstabilisiert sein. Er wird eine 12 m ausfahrbare Mesh-Antenne verwenden. Die SAR-Auflösung beträgt 3-10 m und ist Modus-abhängig. Das L-SAR arbeitet mit 24 cm Wellenlänge und das S-SAR mit 10 cm Wellenlänge.
NISAR verwendet ein hochentwickeltes Informationsverarbeitungsverfahren, das als Radar mit synthetischer Apertur bekannt ist, um extrem hochauflösende Bilder zu erzeugen. Das Radar durchdringt Wolken und Dunkelheit, so dass NISAR Tag und Nacht bei jedem Wetter Daten sammeln kann. Der Abbildungsbereich (Schwadbreite) des Instruments - die Breite des Datenstreifens, der entlang der Länge der Umlaufbahn gesammelt wird - ist größer als 240 Kilometer, was es ihm ermöglicht, die gesamte Erde in 12 Tagen abzubilden. (Get to know SAR)
Aufgaben
Der NISAR-Satellit wird mit Hilfe fortschrittlicher Radarbildgebung vier- bis sechsmal im Monat die Höhe der Land- und Eismassen der Erde mit einer Auflösung von 5 bis 10 Metern kartieren. Er wurde entwickelt, um einige der komplexesten natürlichen Prozesse des Planeten zu beobachten und zu messen, darunter Störungen des Ökosystems, den Zusammenbruch von Eisschilden und Naturgefahren wie Erdbeben, Tsunamis, Vulkane und Erdrutsche. So wird NISAR mit seinen Daten weltweit helfen, besser mit natürlichen Ressourcen und Gefahren umzugehen. Außerdem liefern sie Informationen für Wissenschaftler, um die Auswirkungen und das Tempo des Klimawandels besser zu verstehen. Es wird auch zu unserem Verständnis der Erdkruste beitragen. (Observation Strategy)
Alle Daten von NISAR sollen 1 bis 2 Tage nach der Beobachtung und bei Notfällen wie Naturkatastrophen innerhalb von Stunden frei verfügbar sein. Die von NISAR gesammelten Daten werden Informationen über die Entwicklung und den Zustand der Erdkruste aufzeigen, Wissenschaftlern helfen, die natürlichen Prozesse unseres Planeten und das sich verändernde Klima besser zu verstehen, und das zukünftige Ressourcen- und Gefahrenmanagement unterstützen.
Hersteller und Betreiber
Der Beitrag der NASA umfasst das L-Band-SAR-Instrument, einschließlich des ausfahrbaren Mesh-Reflektors mit 12 m Durchmesser und des ausfahrbaren Auslegers mit 9 m Durchmesser sowie die gesamte achteckige Instrumentenstruktur. Darüber hinaus stellt die NASA einen Festkörperrekorder mit hoher Kapazität (ca. 9 Tbits am Ende der Lebensdauer), GPS, ein Ka-Band-Telekommunikationssystem mit 3,5 Gbit/s und eine technische Nutzlast zur Koordinierung der Befehls- und Datenverarbeitung mit den ISRO-Kontrollsystemen bereit. Die ISRO stellt den Satellitenbus und die Trägerrakete sowie die S-Band-SAR-Elektronik zur Verfügung, die auf der Instrumentenstruktur montiert wird. Der Apertur-Mesh-Reflektor (Antenne) wird von Astro Aerospace, einem Unternehmen von Northrop Grumman, geliefert.
Das NISAR-Raumfahrzeug wird zwei geeignete Radarinstrumente mit synthetischer Apertur miführen (L-SAR mit 24 cm Wellenlänge und S-SAR mit 10 cm Wellenlänge).
Das NISAR-System besteht aus einem vollpolarimetrischen Zweifrequenz-Radar mit einer Schwadbreite von mehr als 240 km. Dieses Design ermöglicht eine vollständige globale Abdeckung alle 12 Tage, was den Forschern erlaubt, interferometrische Zeitreihenbilder zu erstellen und die sich verändernde Erdoberfläche systematisch zu kartieren.
Serie von sonnensynchron umlaufenden Satelliten der NOAA mit vorwiegend meteorologischen Aufgaben (Daten zu Wetteranalysen und -prognosen). Weitere Arbeitsbereiche sind in unterschiedlicher Kombination Klimatologie, Land- und Forstwirtschaft, Umweltmonitoring, physische Ozeanographie, globale Vegetationsanalysen, Monitoring von vulkanischen Aktivitäten, Eis- und Schneebedeckung, Ozonstudien, Weltraumumgebung, Search and Rescue, Analyse des solar flux (dt. solarer Fluss, von der Sonne ausgesandte Strahlung im 10,7 cm-Bereich).
Gegenwärtig (2023 / aktueller Status) betreibt die NOAA vier eigene polarumlaufende Satelliten (NOAA-15, -18, -19 und -20) sowie den Suomi NPP aus dem Besitz der NASA. Dazu kommen die europäischen Metop-B und MetOp-C, welche zur Sicherung der Datenkontinuität einige von der NOAA zugelieferte Instrumente an Bord haben.
Jeder der POES-Satelliten vollendet etwa 14,1 Umläufe pro Tag. Da die Anzahl der Orbits keine ganze Zahl ist, wiederholen sich die Bodenspuren nicht im Tagesrhythmus. Das System umfasst sowohl Morgen-Satelliten, wie auch Nachmittagssatelliten, die zusammen eine viermalige Abdeckung der Erde pro Tag liefern.
Der aktuellste Satellit der alten Serie, NOAA-19, wurde im Februar 2009 mit einer Delta-II 7320-10 von Vandenburg Air Force Base aus gestartet. Der Korpus des Satelliten ist 4,2 m lang und 1,88 m im Durchmesser. Seine Solarpanele messen 2,73 x 6, 14 m. NOAA-19 befindet sich auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn in 870 km Höhe.
NOAA-19
Der polarumlaufende NOAA-19 trägt Instrumente zur Messung und Abbildung der Erdatmosphäre und der Temperatur der Meeresoberfläche.
Links: Der Satellit kurz vor der Fertigstellung 2008
Rechts: NOAA-19 im Orbit (künstlerische Darstellung)
High Resolution Infrared Radiation Sounder (HIRS/4)
Solar Backscatter Ultraviolet Spectral radiometer (SBUV/2)
Space Environment Monitor (SEM/2)
Search and Rescue (SAR) Repeater and Processor
Advance Data Collection System (ADCS)
Mit dem am 18.11.2017 gestarteten NOAA-20 (JPSS-1) beginnt eine neue Ära mit einer deutlich leistungsfähigeren Generation von polarumlaufenden Satelliten (Joint Polar Satellite System). In den ersten Monaten erfolgten vor dem vollen operationellen Betrieb noch Instrumenten-Aktivierungen und Funktionstests.
Aktive und geplante Satelliten des NOAA-Programms polarumlaufender Satelliten (2023)
NOAA-20, vor dem Start als JPSS-1 bezeichnet, ist der erste der neuesten Generation von polumlaufenden, nicht geosynchronen Umweltsatelliten der amerikanischen Wetterbehörde NOAA, genannt Joint Polar Satellite System (JPSS). NOAA-20 wurde am 18. November 2017 mit einer Delta-II-Trägerrakete gestartet und befindet sich zusammen mit dem Satelliten Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi NPP) auf derselben Umlaufbahn. NOAA-20 ist dem Suomi NPP etwa 50 Minuten voraus, so dass es zu erheblichen Überschneidungen bei der Beobachtungsabdeckung kommt.
NOAA-20 umkreist die Erde von Pol zu Pol und überquert den Äquator etwa 14 Mal pro Tag, so dass zweimal am Tag eine vollständige globale Abdeckung gewährleistet ist. Auf diese Weise erhalten Meteorologen Informationen über atmosphärische Temperatur und Feuchtigkeit, Wolken, Meeresoberflächentemperatur, Meeresfarbe, Meereisbedeckung, Vulkanasche und Feuererkennung, um die Wettervorhersage zu verbessern, einschließlich der Verfolgung von Hurrikanen, der Erholung nach Hurrikanen durch die detaillierte Erfassung von Sturmschäden und der Kartierung von Stromausfällen.
An Bord von NOAA-20 installierte Instrumente:
Advanced Technology Microwave Sounder (ATMS) ATMS liefert Informationen über die physikalischen Eigenschaften unserer Atmosphäre, wie Temperatur und Feuchtigkeit, die das Wettergeschehen maßgeblich beeinflussen. Da es im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums misst, kann es durch Wolken hindurch und in Stürme hineinsehen.
Cross-track Infrared Sounder (CrIS) CrIS liefert genauere und detailliertere Beobachtungen der atmosphärischen Temperatur und Feuchtigkeit für Wetter- und Klimaanwendungen. Da CrIS bei bewölktem Himmel nur begrenzte Beobachtungen liefert, arbeitet es im Tandem mit dem ATMS-Instrument.
Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) VIIRS sammelt Bilder im sichtbaren und infraroten Bereich sowie globale Beobachtungen von Land, Atmosphäre, Kryosphäre und Ozeanen. VIIRS liefert viele wichtige Umweltdaten zu Schnee- und Eisbedeckung, Wolken, Nebel, Aerosolen, Feuer, Rauchfahnen, Staub, Vegetationszustand, Phytoplankton und Chlorophyll.
Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS) OMPS überwacht den Zustand der Ozonschicht der Erde und misst die Konzentration von Ozon und anderen Aerosolen in der Erdatmosphäre. Dies hilft bei der Klima- und Wetterforschung.
Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES) Die Messungen von CERES helfen den Wissenschaftlern, die Zusammenhänge zwischen der vom Erdklima absorbierten und emittierten Energie und den Eigenschaften der Atmosphäre (z. B. Wolken), die diese Energiebilanz beeinflussen, zu verstehen. Dies hilft bei der Klima- und Wetterforschung sowie bei der angewandten wissenschaftlichen Forschung.
Insgesamt wird das Joint Polar Satellite System fünf Satelliten umfassen, die in regelmäßigen Abständen gestartet werden, um sicherzustellen, dass sich immer mindestens zwei in der Umlaufbahn befinden. NOAA-21 (aka JPSS-2) wurde am 10.11.2022 gestartet. Die nächsten zwei Satelliten der Serie (JPSS -3 und -4) folgen in den Jahren 2027 bzw. 2032 gestartet. Die Instrumentenbestückung ist teilweise unterschiedlich.
NOAA-21
Am 10. November 2022 startete vom kalifornischen Luftwaffenstützpunkt Vandenberg eine Atlas V 401-Rakete mit dem Joint Polar Satellite System-2 (JPSS-2) der NOAA, dem dritten in einer Reihe von fünf fortschrittlichen Satelliten in der polaren Umlaufbahn.
Am 16. November wurde der Satellit JPSS-2 offiziell in NOAA-21 umbenannt. Zusammen mit seinen Schwestersatelliten Suomi NPP und NOAA-20 werden die Satelliten die Erde jeweils 14 Mal am Tag umkreisen und einen kontinuierlichen Datenstrom für die Wettervorhersage und die Beobachtung des Klimawandels liefern.
Sobald NOAA-21 vollständig in Betrieb genommen wurde und einsatzbereit ist, wird er etwa 50 Minuten, d. h. eine halbe Umlaufbahn, vor NOAA-20 fliegen. Suomi NPP wird zwischen den beiden Satelliten kreisen, etwa 25 Minuten von ihnen entfernt. NOAA-21 wird der Hauptsatellit, NOAA-20 wird der Reservesatellit, und Suomi-NPP wird der dritte Satellit in der JPSS-Konstellation sein.
NOAA-21 (aka JPSS-2)
Das Joint Polar Satellite System (JPSS) ist ein polumlaufendes, operationelles Umweltsatellitensystem der neuen Generation. Es ist ein Kooperationsprogramm zwischen der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und der NASA.
Das Programm erfasst und verteilt globale Umweltdaten hauptsächlich von mehreren polarumlaufenden Satelliten.
Engl. Akronym für National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System, dt. etwa Nationales System polarumlaufender Umweltsatelliten. NPOESS sollte das Satellitensystem der nächsten Generation der Vereinigten Staaten sein, mit dem das Wetter, die Atmosphäre, die Ozeane, das Land und die weltraumnahe Umgebung der Erde überwacht werden sollten. Die NPOESS-Satelliten sollten bewährte Technologien und einsatzfähige Versionen von Sensoren besitzen, die zu diesem Zeitpunkt von der NASA in der operationellen Erprobung waren. Der voraussichtliche Starttermin für den ersten NPOESS-Satelliten, "C1" oder "Charlie 1", war etwa 2013. Als Hauptgrund für die Verzögerungen und Kostenüberschreitungen wurden Probleme bei der Entwicklung der Sensoren genannt.
NPOESS war ein behördenübergreifendes Programm, das von einem Integrated Program Office (IPO) geleitet wurde, dem Mitarbeiter des US-Verteidigungsministeriums, der National Oceanic and Atmospheric Administration und der NASA angehörten. NPOESS sollte vom NOAA/National Environmental Satellite, Data, and Information Service (NESDIS) / NPOESS Program Executive Office Flight Operations in der NOAA Satellite Operations Facility (NSOF) in Suitland, MD, betrieben werden. TRW, später Northrop Grumman Aerospace Systems (NGAS), nachdem TRW von Northrop Grumman übernommen wurde, war der primäre Systemintegrator für das NPOESS-Projekt. Raytheon, Ball Aerospace & Technologies Corp. und Boeing entwickelten die Sensoren.
Die NPOESS-Satelliten sollten sowohl das Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) des US-Verteidigungsministeriums als auch die NOAA Polar Operational Environmental Satellites (POES) Serie ersetzen. Das NPOESS-Vorbereitungsprojekt (NPP) war als Vorläufermission für NPOESS geplant. Das Projekt musste drei Nunn-McCurdy-Prüfungen durchlaufen, d. h. Kongressanhörungen, die automatisch eingeleitet werden, wenn ein Programm das Budget um mehr als 25 % überschreitet. Suomi NPP wurde mit fünfjähriger Verspätung am 28. Oktober 2011 gestartet.
Am 1. Februar 2010 kündigte das Weiße Haus an, dass die NPOESS-Satellitenpartnerschaft aufgelöst und stattdessen zwei getrennte Linien von polarumlaufenden Satelliten für militärische und zivile Nutzer verfolgt werden sollen:
Der NOAA/NASA-Teil wird als Joint Polar Satellite System (JPSS) bezeichnet. Der erste Satellit des Programms - ursprünglich JPSS-1, jetzt NOAA-20 genannt - wurde von Ball Aerospace & Technologies Corp. im Rahmen eines Festpreisvertrags über 248 Millionen Dollar mit einer Laufzeit bis zum 1. Februar 2015 gebaut. Das gemeinsame Bodensystem wurde von Raytheon gebaut. NOAA-20 startete am 18. November 2017.
Der Anteil des Verteidigungsministeriums wurde als Defense Weather Satellite System (DWSS) bezeichnet. Im Januar 2012 stellte die US Air Force das Programm ein.
Engl. Akronym für National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System Preparatory Project; gemeinsame Mission von NASA und NOAA zu grundlegenden Messungen hinsichtlich eines Langzeit-Monitoring zu Klimatrends, zu globalem und regionalem Umweltmonitoring und zur globalen biologischen Produktivität (Land und Ozean). NPP stellt dabei die Datenkontinuität nach dem Ende der Missionen von Aqua und Terra sicher. Gleichzeitig diente die Mission der Erprobung von entscheidenden Sensoren, Algorithmen und Verarbeitungsvorgängen für die - letzlich nicht realisierten - NPOESS-Missionen, dem nationalen operationellen Umweltsatellitensystem im polaren Orbit, welches aus sechs Satelliten bestehen und ab 2013 gestartet werden sollte.
Der Satellit NPP / Suomi NPP wurde auf einem sonnensynchronen Orbit in 824 km Höhe platziert, eine besondere Bahn, bei der der Satellit den Äquator bei jedem Umlauf zur gleichen Lokalzeit überquert. Wenn NPP über Kenia fliegt, ist es demnach am Boden etwa 1h30. Wenn Suomi NPP beim nächsten Orbit das 3.000 km weiter westlich liegende Gabun überstreicht, ist es am Boden wegen der Erdrotation ebenfalls ca. 1h30. Der spezielle Orbit erlaubt es dem Satelliten den gleichen Winkel zwischen Erde und Sonne beizubehalten, sodass alle Bilder die gleichen Beleuchtungsverhältnisse haben. Der konstante Winkel ermöglicht es Wissenschaftlern, Bilder für Veränderungsstudien im Jahresrhythmus zu vergleichen, ohne sich um extreme Änderungen bezüglich Schatten- und Beleuchtungsverhältnissen kümmern zu müssen.
Von seinem Beobachtungspunkt in 824 km über der Erde, erhält das Instrument Visible Infrared Imager Radiometer Suite(VIIRS) des Satelliten jeden Tag einen kompletten Blick auf unseren Planeten. Zunächst hatten die Bilder vorläufigen Charakter und wurden für die Kalibrierung der Sensoren verwendet. Von Süden kommend überstreicht der 3.000 km breite Beobachtungsstreifen von VIIRS die Tagseite der Erde. Die Streifen von jedem Umlauf überlappen sich, so dass der Sensor am Ende des Tages eine komplette Ansicht der Erde aufgenommen hat. Die Arktis fehlt in nebenstehendem Bild, da bei Polarnacht keine Aufnahmen mit Sensoren im sichtbaren Bereich möglich sind.
Das folgende Bild vom 24.11.2011 ist das erste vollständige VIIRS-Bild von der gesamten Erde.
ATMS (Advanced Technology Microwave Sounder) - ein im Mikrowellenreich arbeitendes passives 22 Kanal-Radiometer zur Messung von Temperatur und Feuchtigkeitsprofilen der Erdatmosphäre
CrIS (Cross-Track Infrared Sounder) - ein Michelson-Interferometer zur Messung der Temperatur und Feuchtigkeitskonzentration der Erdatmosphäre
VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) - ein im sichtbaren und infraroten Bereich arbeitendes 22 Kanal-Radiometer, das Bilder der Erde liefert
OMPS (Ozone Mapping and Profiler Suite) - ein Messgerät zur Bestimmung der Ozonkonzentration
CERES (Clouds and Earth Radiant Energy System) - ein Dreikanal-Radiometer zur Bestimmung der Albedo und des Gesamtenergiehaushaltes der Erde
Insgesamt dienen die Instrumente der Messung verschiedenster Atmosphärenparameter, der Messung der Temperatur der Meeresoberfläche, der biologischen Produktivität an Land und im Ozean und der Strahlungsbilanz des Klimasystems.
Engl. Akronym für NASAScatterometer; am 16. August 1996 an Bord des japanischen ADEOS gestarteten Sensors. Die Mission endete bereits am 30. Juni 1997 aufgrund von Energieverlusten auf dem Satelliten. Dieser Mikrowellen-Radarscatterometer maß alle 2 Tage die Vektoren (Geschwindigkeit und Richtung) der Winde über mindestens 90 % der Oberfläche der eisfreien Weltmeere.
Winde sind ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung regionaler Wettermuster und des Weltklimas. Erst Missionen wie NSCAT ergänzen die gute Datenbasis bzgl. der Windverhältnisse über den Kontinenten mit Informationen über die Winde über den Ozeanen (2/3 der Erdoberfläche). Insofern spielen die Daten von NSCAT eine Schlüsselrolle beim Verständnis und der Vorhersage globaler Wettermuster und Klimasysteme.
NSCAT schickte über Antennen Mikrowellenpulse mit einer Frequenz von 14 GHz auf weite Bereiche der Erdoberfläche. Die 6 Antennen von jeweils 3 m Länge scannten zwei 600 km breite Streifen über den Ozeanen ab, jeweils ein Streifen zu beiden Seiten des Flugwegs über Grund. Sie waren durch eine Lücke von ca. 330 km getrennt. Durch Rückstreuung (backscatter) der Mikrowellenpulse von der Ozeanoberfläche erhielt NSCAT 190.000 Windmessungen pro Tag. Die Wiederholrate betrug 2 Tage, wobei die beobachteten 'Windvektorzellen' eine Kantenlänge von 50 km hatten. Die Windvektoren wurden nicht direkt erfasst, sondern indirekt durch die in Abhängigkeit vom Wind unterschiedliche Rauhigkeit der Meeresoberfläche. Die Rauhigkeitsunterschiede modifizieren Art und Stärke der rückgestreuten Energie. Mehrfachmessungen aus verschiedenen Richtungen erlaubten dann Rückschlüsse auf die Windvektoren. Computer in den Bodensegmenten verarbeiteten die Windmessungen innerhalb von 2 Wochen nach dem Erhalt der Rohdaten.
NSCAT-Daten haben einen Beitrag zu verbesserter Wettervorhersage und Klimamodellierung geleistet sowie zu einem besseren Verständnis von Umweltphänomenen (z.B. ENSO) geführt, die wesentlichen Einfluss auf Volkswirtschaften haben können.
Engl. Akronym für National Space Organisation, frühere Bezeichnung für die zivile Weltraumagentur Taiwans. Sie ist seit Beginn des Jahres 2023 umbenannt in Taiwan Space Agency, TASA.
Engl. payload; Gesamtheit der Geräte und Komponenten, die von einem Raumfahrzeug zur Erfüllung eines bestimmten Zweckes transportiert wird. Im Verhältnis zur Trägerrakete kann mit diesem Begriff auch der Satellit selbst bezeichnet werden oder aber die Instrumente, die sich an Bord des Satelliten befinden. Im zweiten Sinne steht die Nutzlast im Mittelpunkt einer Raumfahrtmission und bestimmt damit deren Charakter.
Nutzlasten von Erdsatelliten sind entsprechend dem Missionscharakter sehr verschieden, Nutzlasten von Raumsonden sind wissenschaftliche Instrumente zur Erforschung der Planeten und des interplanetaren Raumes.
Die Nutzlast mit ihren charakteristischen Parametern Masse, Geometrie, Energie- und Kommunikationsbedarf bestimmt die Eigenschaften der sie tragenden Satellitenplattform, häufig auch als Satellitenbus bezeichnet.
Nutzlastübersicht mit Beispielen für den Einsatz in Raumfahrzeugen
Quelle: NASA 
