Lexikon der Fernerkundung

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SAC-C

Argentinische, von 2000 bis 2013 aktive Erdbeobachtungsmission mit internationaler Unterstützung (USA, F, I, DK, BR). Seine Aufgaben zielten auf die Untersuchung der Struktur und Dynamik der Erdoberfläche, der Atmosphäre, Ionosphäre und des irdischen Magnetfeldes.
Der Satellit besaß eine sonnensynchrone Umlaufbahn in 705 km Höhe mit einer Umlaufzeit von 98 min und einer Inklination von 98,2°. Der Wiederholzyklus betrug 9 Tage. Zusammen mit den NASA-Satelliten Landsat-7, EO-1 und Terra bildete SAC-C die Vormittags-Konstellation (vgl. A-Train) einer internationalen Gruppe von Formationsflügen zur Erdbeobachtung.

Mit SAC-D (Satelite de Aplicaciones Cientificas) startete 2011 ein weiterer argentinischer Erdbeobachtungssatellit mit einer Delta II 7320-10 von der Vandenberg Air Force Base in eine 657 km hohe sonnensynchrone Umlaufbahn. Das wichtigste Bordinstrument ist ein Mikrowellen-Radiometer (L-Band) namens Aquarius, das vom Goddard Space Flight Center entwickelt wurde. Es soll den Salzgehalt an der Oberfläche der Meere messen und damit Information liefern, die das Verständnis über den Einfluss der Meere auf den globalen Wasserkreislauf verbessern. Als Lebensdauer sind fünf Jahre (drei Jahre für das Instrument Aquarius) geplant.

nasa_morning_constellation Vormittags-Konstellation

Die Morgen-Konstellation, auch Morgen-Zug genannt,
besteht aus 4 Satelliten:

  • Landsat-7, im April 1999 gestartet, führt den Zug an.
  • Terra, im Dezember 1999 gestartet, ist der "Dienstwagen".
  • EO-1 und SAC-C schlossen sich der Konstellation im November 2000 an.

Als Konstellation fliegen die Satelliten im Abstand von Minuten zwischen 10:00 a.m. Mean Local Time (MLT) und 10:30 a.m. MLT über den Äquator.

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Quelle: NASA
 

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SAGE

Engl. Akronym für Stratospheric Aerosol and Gas Experiment;  eine Versuchsreihe der NASA bei der mit Hilfe von gleichnamigen, auf Fernerkundungssatelliten basierten Instrumenten die chemische Zusammensetzung der Erdatmosphäre erforscht wird. Im Speziellen wurde SAGE dazu verwendet, die Ozonschicht der Erde und die Aerosole in der Troposphäre durch die Stratosphäre hindurch zu untersuchen. Das Instrumentarium der Experimente nutzt dabei Okkultationsmesstechniken um die chemischen Gaskonzentrationen in der Atmosphäre zu bestimmen. Diese Techniken messen das Sonnenlicht bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang bei den Satellitendurchläufen um die Erde. Die Messergebnisse werden mit der Solarstrahlung verglichen, die nicht durch die Atmosphäre gedämpft ist. Im Falle der SAGE-Versuchsreihe werden Energien des Lichts im UV-Spektrum und im Spektrum des sichtbaren Lichts vermessen. Über Berechnungsalgorithmen wie der Strahlungstransportgleichung kann dann die chemische Zusammensetzung der Erdatmosphäre bestimmt werden. Die Daten der SAGE-Reihe werden genutzt um den Gehalt von Ozon, Spurengasen, Wasserdampf und andere Aerosolen in der Atmosphäre zu erforschen.
Bisher gab es drei SAGE-Versuchsreihen:

  • SAGE I flog mit dem Explorer 60; Start am 18.2.1979
  • SAGE II war Teil des Earth Radiation Budget Satellite (ERBS); Start am 5. Oktober 1984
    Die Daten, die von SAGE I und dem nachfolgenden SAGE II gesammelt wurden, waren entscheidend für die Entdeckung des Ozonlochs und der Schaffung des Abkommens von Montreal von 1987, das Ozon-zerstörende Substanzen verbot, wie z.B. Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW).
  • SAGE III flog mit dem METEOR-3M-1-Satelliten am 10. Dezember 2001 mit einer Zenith-2 vom Weltraumbahnhof Baikonur zu seinem Orbit. Innerhalb des EOS-Programms hatte es die Aufgabe, weltweit Langzeitmessungen über die Hauptbestandteile der Erdatmosphäre vorzunehmen. Gleichzeitig mass SAGE III die Temperatur von Stratosphäre und Mesosphäre und dokumentiert die Verteilung von Spurengasen wie Wasserdampf und Stickstoffdioxid, die eine wesentliche Rolle beim Strahlungsgeschehen und bei chemischen Vorgängen in der Atmosphäre spielen.
    Nachdem die Energieversorgung erschöpft war, stellte der Satellit am 6. März 2006 seinen Betrieb ein.

Ab 2015 soll SAGE-III on ISS die Nachfolge der Vorgänger antreten, dieses Mal auf einem bemannten Raumfahrzeug, der ISS. Dieses Instrument ist nahezu identisch mit dem im Meteor-3M-Satelliten eingesetzten Exemplar. Es war jahrelang unter optimalen Reinraumbedingungen ‚eingemottet‘, nachdem Änderungen im Design der ISS einen Einsatz vorübergehend unwahrscheinlich machten.

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SALTRACE

Engl. Akronym für Saharan Aerosol Long-range Transport and Aerosol-Cloud-Interaction Experiment, eine deutsche Initiative zur Untersuchung des Ferntransports von Mineralstaub aus der Sahara auf seinem Weg über den Atlantik in die Karibik. Dabei dient SALTRACE der Erforschung von Prozessen, die den Staub während seiner Lebenszeit verändern und der Analyse von Wechselwirkungen zwischen gealtertem Staub, Wolkenprozessen und der Strahlungsenergiebilanz der Erde. SALTRACE erlaubt es nicht nur, die Wirkungen von Mineralstaub auf die Atmosphäre und das Klima besser zu verstehen. Mit den Daten aus dem Projekt werden auch neue Methoden zur stallitenbasierten Erkennung von Vulkanasche in der Atmosphäre getestet. Das Experiment vereint bodengebundene und flugzeuggetragene in-situ- und Lidarmessungen, Langzeitbeobachtungen, Satellitenfernerkundung und numerische Modellierung.

Neben Meersalz ist Mineralstaub massenmäßig das bedeutendste Aerosol in der Atmosphäre.

SALTRACE unterteilt sich in drei Teilexperimente, die alle in der Region von Barbados stattgefunden haben. Der erste Teil wurde während der Regenzeit im Juni und Juli 2013 durchgeführt. Eine zweite Kampagne fand während der Trockenzeit im Februar 2014 statt, die letzte im Sommer 2014. Bei der ersten Kampagne wurde auch das DLR-Forschungsflugzeug Falcon eingesetzt.

falcon1_barbados_mineralstaub DLR-Forschungsflugzeug Falcon misst Sahara-Staub

Vom 10. Juni bis zum 14. Juli 2013 hat die Falcon, eines der Forschungsflugzeuge des DLR, Messungen auf den Kapverden und in der Karibik durchgeführt. Über Barbados hat die Falcon für knapp vier Wochen die Eigenschaften des gealterten Saharastaubes in der Karibik untersucht. Während SALTRACE, war das Forschungsflugzeug umfangreich mit Messinstrumenten ausgestattet: Aerosol-Messinstrumente konnten Partikelgrößen von 4 Nanometer bis 100 Mikrometer direkt in der Staubschicht messen. Außerdem wurde die chemische Zusammensetzung, Form, Flüchtigkeit, die Absorptionseigenschaften der Partikel sowie die Anzahl der Wolkenkondensationskeime gemessen. Darüber hinaus lieferte ein 2-µm-Doppler Windlidar Messungen der vertikalen und horizontalen Windgeschwindigkeit und gab einen Einblick in die Struktur und die vertikale Ausdehnung der Staub-Schichten.

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Quelle: TROPOS / DLR
 

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SAMUM

Engl. Akronym für Saharan Mineral Dust Experiment; in Analogie zu dem gleichnamigen trocken-heißen Sahara-Wind benanntes Projekt zur Erforschung der Strahlungswirkung von Staub und Sand und deren Einfluss auf unser Klima.

Aufgrund moderner Veränderungen aller möglichen menschlichen Tätigkeiten, wie z.B. Landwirtschaft, breiten sich die Wüsten aus (siehe z.B. das UNO-Projekt gegen Desertifikation). Außerdem herrscht seit einigen Jahrzehnten eine ausgeprägte Dürre in der Sahel-Zone. Aufgrund dieser Faktoren verändert sich auch der Gehalt an Wüstenstaub in der Atmosphäre. Um seinen Einfluss auf den Treibhauseffekt besser einschätzen zu können, müssen Messungen sowohl in der unmittelbaren Nähe der Staub-Quellen als auch in der vom Wind abtransportierten Staubfahne durchgeführt werden.

Staub aus der Sahara-Wüste wird regelmäßig vom Wind bis zu 5.000 Meter hoch in die Atmosphäre getragen und zieht dann über den Atlantik bis in die Karibik oder an die südamerikanische Küste und in das Amazonas-Gebiet, wo er z.B. düngend wirkt. Die "Staubwolken" können dabei enorme Ausmaße annehmen und in Einzelfällen mit 500.000 Quadratkilometern die Größe Spaniens erreichen. Es ist eine offene Frage, welchen Einfluss dieser Transport von Staub auf die Strahlungsbilanz in der Atmosphäre hat und somit auch, ob evtl. in vier bis fünf Kilometer Höhe Prozesse ablaufen, die dem Temperaturanstieg entgegenwirken. Staubpartikel tragen zur Wolkenbildung bei und sie können Sonnenstrahlung in den Weltraum rückstreuen oder aber die Energie speichern, je nachdem, ob es sich um helle oder dunkle Partikel handelt. Insgesamt gelangen jährlich rund fünf Milliarden Tonnen Staubteilchen oder Aerosolpartikel durch im Wesentlichen natürliche, aber auch vom Menschen verursachte Prozesse in die Atmosphäre. Der Mineralstaub aus den Wüsten der Erde hat daran einen Anteil von 1,5 Milliarden Tonnen und wiederum 60 Prozent davon entstammen dem Wüstenkomplex der Sahara.

Die Kernphase der Expedition ist für Mitte Mai bis Anfang Juni 2006 geplant. Es soll in den marokkanischen Städten Ouarzazate und Zagora stattfinden, die am Rande der Sahara im Südosten des Königreiches liegen. Diese Standorte wurden ausgewählt, weil sie einerseits dicht am Quellgebiet für Saharastaub liegen, und andererseits trotzdem noch die notwendige Infrastruktur anbieten. Sahara-fremde Einflüsse (Industriestaub aus Europa, Atlantische Strömungen) werden im Wesentlichen durch das Atlas-Gebirge abgeschirmt.

Zum einen sind Messflüge geplant, sowohl mit einer zweimotorigen Partenavia (bis 3 km NN) als auch mit einer Falcon bis in 10 km Höhe. An Bord der Partenavia wird ein Albedometer arbeiten, ebenso wie das MOCIS-System zum Sammeln von Partikeln. An den Bodenstationen in Zagora und am Flughafen Ouarzazate werden LIDAR-Geräte die Höhenverteilung des Staubs untersuchen und ausführliche Messungen des Aerosols durchgeführt. Sonnenphotometer messen die optische Dicke, ein Bodenspektrometer die ankommende Strahlungsflussdichte am Boden.

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SANSA

Engl. Akronym für South African National Space Agency; die staatliche Raumfahrtagentur Südafrikas.

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SAPOS

Bezeichnung für den Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung. Er stellt Korrekturwerte für DGPS-Messverfahren durch das behördliche Vermessungswesen bereit.

SAR

Engl. Akronym für Synthetic Aperture Radar, dt. Radarsystem mit synthetischer Apertur; abbildendes Radar-System mit Blick seitlich zur Flugrichtung.

Da Radarwellen gegenüber dem Licht eine viel größere Wellenlänge besitzen, müssten bei Radarsystemen unrealistisch große Antennen verwendet werden, um nur annähernd die räumliche Auflösung zu erhalten die den optischen Systemen eigen ist.
Ein SAR-System nutzt die Tatsache, dass das Signal eines Geländeobjektes in mehr als nur einem Radarecho enthalten ist und während der Beobachtung einen typischen Phasenverlauf zeigt. Indem man die während der Flugbewegung des Sensors empfangenen Dopplersignale speichert und vergleicht, wird eine künstliche Antenne (synthetische Apertur) gebildet. Diese künstliche Antenne ist um ein Vielfaches länger als die physische Antenne, sie schärft die wirksame Strahl-Öffnung und verbessert die Auflösung im Azimut. So lässt sich eine ähnliche Auflösung wie bei optischen Instrumenten erreichen. Die zehn Meter lange SAR-Antenne von ERS-Satelliten erreicht dadurch das gleiche Auflösungsvermögen wie eine Antenne von 800 m Länge und liefert im sog. Image-Mode Radarbilder der Land- bzw. Wasseroberfläche mit einer Bildpunktgröße von 30 x 30 m.

SAR-Prinzip SAR-Prinzip





Quelle:
Universität Karlsruhe, IHE

Das System sendet Mikrowellen zur Erdoberfläche und misst die reflektierten Strahlen. Sein Vorteil gegenüber visuellen Systemen ist seine Einsetzbarkeit auch bei Dunkelheit und Wolkenbedeckung.
SAR-Sensoren werden je nach verwendeter Wellenlänge benannt. So ist AMI auf dem ERS-1-Satelliten ein C-Band-SAR, SIR-C/X-SAR ein multifrequentes SAR in den Bereichen des L-, C- und X-Bandes. Im Gegensatz zu optischen Sensoren ist die räumliche Auflösung von SAR Sensoren im Prinzip nicht von der Flughöhe abhängig.

etna_still ERS-Daten
hauchen dem Ätna Leben ein

Zwischen 1992 und 2000 wurden SAR-Daten zur Herstellung von 100 Interferogrammen verwendet. Sie sind die Grundlage der nebenstehenden Animation. Erkennbar sind Oberflächenbewegungen des Ätnä um Beträge bis zu 14 cm. Eruptionen bewirken eine Druckentlastung, ein Ausatmen und als Folge gewöhnlich ein Zusammensinken des Ätna. Eine Wiederbefüllung der Magmakammer bewirkt die gegenläufige Bewegung. Die Wissenschaftler möchten die Beziehung zwischen der Eruptionsdynamik und der Oberflächen-deformation besser verstehen lernen.

Zur Animation auf Abbildung klicken

Quelle: ESA
 

SAR-Daten helfen beispielsweise auch dem Eisdienst des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie bei der Beratung von Schiffen bei Fahrten in eisbedeckte Gewässer. In den Polargebieten dienen die ERS-Daten zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit polarer Gletscher, der Drift des Meereises, des Grades der Schneebedeckung oder der Bildung von "frischem Eis" in den Schelfgebieten, die über Massenbilanzierungen langfristig Aufschluß über klimabedingte Veränderungen geben können.

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SARah

Engl. Akronym für Synthetic Aperture Radar ah, wobei die Nachsilbe 'ah' dazu dient, einen griffigen Namen zu prägen; satellitengestütztes Radar-Aufklärungssystem, das der Bundeswehr als Nachfolger des Systems SAR-Lupe zur radargestützten weltweiten abbildenden Aufklärung bis in das Jahr 2029 dienen soll.

Die OHB Systems AG, ein Unternehmen der Raumfahrt- und Technologiegruppe OHB SE, hat am 2. Juli 2013 mit dem Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr (BAAINBw) den Vertrag über die Entwicklung und den Bau des satellitengestützten Radar-Aufklärungssystems „SARah“ unterzeichnet. Das Gesamtvertragsvolumen liegt bei 816 Millionen Euro.

Das von der OHB Systems AG als Hauptauftragnehmer zu entwickelnde System SARah besteht aus drei Satelliten (gegenüber fünf bei SAR-Lupe) und zwei Bodenstationen und basiert mit zwei der drei Satelliten auf einer Weiterentwicklung der Reflektortechnologie des gegenwärtigen Systems SAR-Lupe. Es wird durch einen dritten Satelliten ergänzt, der eine Weiterentwicklung der ebenfalls bereits im All bewährten Phased-Array-Technologie der Airbus Defence and Space darstellt. Sie ist derzeit schon auf dem zivilen Satelliten-Duo TerraSAR-X/Tandem-X im Einsatz.

Unter "Phased Array" versteht man phasengesteuerte Antennen, die aus vielen einzelnen Sende-/Empfangsmodulen zusammengesetzt sind, die miteinander verschaltet, gebündelt und unterschiedlich angesteuert werden können. Dies erlaubt dem Nutzer Aufnahmen mit schnellen Bildfolgen bei variablen Bildgrößen ohne mechanisches Bewegen der Antenne.

Durch den Verbund dieser beiden Radar-Technologien ergeben sich wesentliche Leistungsverbesserungen im Ergebnis des Gesamtsystems. Zu den wesentlichen Zulieferern zählt der französische Konzern Thales. Gestartet werden sollen die Satelliten Ende 2018 und Anfang 2019. Die zwei Satelliten mit Reflektortechnologie werden die Erde in rund 500 km Höhe umkreisen. Der dritte Satellit mit dem Phased-Array-Radar fliegt höher, in rund 750 km.

Deutlich leistungsfähiger sollen auch die Rechen- und Speicherkapazitäten an Bord der Satelliten und am Boden werden, damit mehr und genauere Bilder verfügbar werden. Deren Übertragung von den Satelliten zur Bodenstation - die derzeit oft nur um etliche Stunden zeitversetzt möglich ist, wenn der Satellit sich wieder nahe der Bodenstation befindet - soll beschleunigt und durch den Aufbau einer weiteren Bodenstation im nordschwedischen Kiruna ausgebaut werden.

Im Herbst 2016 soll das SARah-Bodensegment soweit einsatzfähig sein, dass dann der noch laufende Betrieb von SAR-Lupe bereits über dieses neue System erfolgen kann. Die Gesamtabnahme und der Beginn des operationellen Vollbetriebes von SARah ist für Ende 2019 vorgesehen.

SARAL

Engl. Akronym für Satellite with ARgos and ALtiKa; Erdbeobachtungssatellit der indischen und französischen Weltraumagenturen ISRO und CNES. Er wurde am 25. Februar 2013 um 12:31 UTC mit einer PSLV-Trägerrakete zusammen mit weiteren Satelliten vom indischen Satish Dhawan Space Centre auf eine sonnensynchrone Umlaufbahn in 785 km Höhe gebracht (Bahnneigung 98,5°).

Der dreiachsenstabilisierte Satellit ist mit einem im Ka-Band (35,75 GHz) arbeitenden Radar-Höhenmesser (AltiKa) mit integriertem Zweifrequenz-Radiometer, einem System zur exakten Bahnbestimmung (DORIS), einem Laserreflektorarray (LRA) sowie einem Transpondersystem (Argos-3) ausgerüstet. AltiKa soll exakte Daten zur Topographie der Oberfläche der Weltmeere liefern und damit die vom Radaraltimeter RA-2 an Bord von ENVISAT durchgeführten Messungen fortsetzen. Die gewonnenen Daten sollen vom französischen Bodensegment SALP (Système d'Altimétrie et de Localisation Précise) verarbeitet werden, das bereits für die Auswertung der Daten der Höhenmesser der Satelliten ENVISAT, GFO, Jason-1 und Jason-2 sowie TOPEX/Poseidon eingesetzt wurde. Argos-3 kann ebenfalls zur Beobachtung der Ozeane dienen, indem der Transponder die von Bojen auf der Meeresoberfläche erfassten Daten bzgl. Windgeschwindigkeit und Wellenhöhe weiterleitet.

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SAR-Altimetrie

Mittels SAR-Satellitenaltimetrie kann das Relief der Meeresoberfläche ausgemessen werden, wie es durch lokale Schwereanomalien bedingt und somit zum Relief des Meeresbodens korrelierbar ist. Neu gewonnene Erkenntnisse über das Relief des Ozeanbodens sind u.a. für die Zirkulation des Tiefenwassers von Bedeutung.

SAR-EDU

Engl. Akronym für Synthetic Aperture Radar-Education; Bezeichnung für ein unter der Leitung des Geographischen Instituts der Universität Jena in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickeltes virtuelles Lernportal zur Radarfernerkundung. Es bietet Studierenden und Lehrenden, wie auch potenziellen Anwendern in Forschungseinrichtungen, Unternehmen und Behörden die kostenfreie Möglichkeit, sich Schritt für Schritt mit den Grundlagen und Anwendungsmöglichkeiten von Radarbildern vertraut zu machen.

Kernstück der Webseite sind die mehr als 60 modular aufgebauten Lerneinheiten in Form von Präsentationen, Videos, interaktiven Übungen und Beispieldatensätzen. Die Lektionen behandeln dabei physikalische und mathematische Grundlagen, die Sensortechnik, Methoden der Digitalen Bildverarbeitung und zur Auswertung der Radardaten sowie Anwendungsbeispiele, unter anderem aus den Bereichen Ozeanographie, Land- und Forstwirtschaft. Besucher der Webseite haben zudem die Möglichkeit, zu jeder Lerneinheit Feedback zu geben und in einem Forum Fragen zu stellen oder sich mit anderen auszutauschen.

Neben der Weiterentwicklung des SAR-EDU-Portals soll auch die SAR-EDU-Sommerschule für angewandte Radarfernerkundung, welche in 2013 und 2014 erfolgreich durchgeführt worden ist, als jährliche Veranstaltung etabliert werden. Ihr Ziel ist es, verschiedene Nutzergruppen zusammenzubringen und ihnen eine Austauschplattform unabhängig von ihrem fachlichen Hintergrund zu bieten.

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SAR-Interferometrie (INSAR)

Engl. SAR Interferometry; in der SAR-Interferometrie wird der Phasenunterschied zwischen 2 SAR-Aufnahmen ausgewertet, der aus zwei quer zur Flugrichtung versetzt aufgenommenen SAR-Bildern entsteht. Dieser Phasenunterschied besitzt einen Bezug zur Geländetopographie und kann dafür genutzt werden, hochauflösende DHM abzuleiten. Der Versatz führt zu einer Weglängendifferenz, die sich in einem Phasenunterschied zwischen den Bildern äußert. Als ein Teilschritt einer ganzen Verarbeitungskette ist im Allgemeinen eine Phasenfortsetzung zur Beseitigung von Mehrdeutigkeiten erforderlich. Danach hängt der relative Höhenunterschied benachbarter Bildelemente des Interferogramms näherungsweise linear von der Phasendifferenz ab. Abhängig von der verwendeten Wellenlänge erhält man in Vegetationsbereichen ein DGM (langwelliges Signal, z.B. P-Band: 70 cm) oder ein DOM (kurzwellig, z.B. X-Band: 3 cm).
Durch die interferometrische Prozessierung von zwei SAR Aufnahmen und unter Verwendung eines externen digitalen Geländemodells können Oberflächendeformationen zwischen den beiden Zeitpunkten der SAR-Datenaufnahme bestimmt werden. Abhängig von der Anzahl und Qualität der SAR-Aufnahmen ist es möglich, diese Deformationen im Sub-Zentimeter-Bereich zu bestimmen.
InSAR Ergebnisse werden genutzt, um Erdbeben und regionale Deformationen zu studieren, vulkanische Deformationen und Gletscher- und Eismassenbewegungen zu beobachten und um Umwelt veränderungsbedingte Gefahren, wie Hangrutschungen und Landabsenkungen zu monitoren.

Den Durchbruch erzielte diese Technik mit den Starts der ERS-1 und ERS-2 Satelliten 1991 und 1995 sowie die SRTM im Jahr 2000. Bilddaten von Radar-Satelliten mit synthetischer Apertur (SAR), wie sie von Fernerkundungssensoren ERS-1, ERS-2, ENVISAT, TerraSAR-X, RADARSAT, ALOS sowie vom US Shuttle mit X-SAR aufgezeichnet werden, können erfolgreich zur SAR-Interferometrie genutzt werden.

Diese Technik wird bei folgenden Aufgabenstellungen angewendet:  

  • Erosionskartierung: Bestimmung des Erosionspotentials und von Massenbewegungen
  • Topografische Kartierung: Interferometrische Bilder können zur Generierung von Höhenkarten mit einer vertikalen Auflösung von einigen wenigen Metern benutzt werden.
  • Vulkanologie: Monitoring der Dicke und Ausdehnung des Lavaflusses
  • Seismologie: Messung von erdbebenbedingten Oberflächenverschiebungen.
  • Forstwirtschaft: Monitoring der Abholzung
  • Gletscherkunde: Messung der Änderungen der Eisdicke in Grönland und Antarktis

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SAR-Lupe

Deutsches Satellitenaufklärungssystem aus fünf identischen Kleinsatelliten sowie einer Bodenstation zur Satellitenkontrolle und zur Bildauswertung bestehend. Als erst drittes System mit Radartechnik (nach den USA und Russland) können wetter- und tageszeitunabhängig hochauflösende Bilder von jedem Punkt der Erde gewonnen werden. Inzwischen verfügen auch Japan und Italien über solche Systeme.
Der Name „Lupe” kommt von der Fähigkeit, besonders interessante Ziele mit deutlich höherer Auflösung aufzunehmen. Nach Herstellerangaben ist dies bislang einmalig. Dies wird ermöglicht u. a. durch Kombination der SAR-Technik (möglicherweise auch mit zwei oder mehr Satelliten gleichzeitig) und des Spot-light-Manövers im Verbund mit der bildbearbeitenden Software, die die Parameter zusammenfasst.
Der Zugriff auf satellitengestützte Aufklärungssensoren trägt entscheidend zur Verbesserung der politischen und militärischen Urteils-, Handlungs- und Entscheidungsfähigkeit, aber auch zur Planung und Durchführung von Einsätzen der Streitkräfte bei.
Für die Bundeswehr als Nutzer entscheidend sind die unter 1 m liegende Auflösung, die spezifischen Vorteile des Radarsensors und die hohe Einsatzflexibilität des Systems durch eine Kommunikationsverbindung zwischen den Satelliten, die es ermöglicht, jederzeit die Auftragsdurchführung ihrem aktuellen Informationsbedarf anzupassen. Dies gewährleistet eine durchschnittliche Systemantwortzeit von ca. elf Stunden, d.h. ein Bild eines beliebigen Punktes der Erde liegt im Mittel elf Stunden nach Vorliegen des Auftrags in der Satellitenkontrolle vor.
Die Satelliten wurden in den Jahren 2006 bis 2008 mit russischen Kosmos-3M Trägerraketen von Plesetsk (südl. Archangelsk) aus ins All gebracht, der Start des ersten Exemplars war am 19. Dezember 2006 erfolgreich, der letzte am 22. Juli 2008. Die Bodenstation befindet sich in Gelsdorf bei Bonn. Benutzbar ist das System seit 2007, seine volle Leistungsfähigkeit wurde 2008 erreicht.
Die Herstellung des SAR-Lupe Systems unterliegt einem Konsortium europäischer Unternehmen, angeführt von der Bremer OHB-System AG, der auch die Gesamtleitung obliegt und die das Satellitenbodensegment betreibt.
Im Zuge des Projekts ESGA (Europäisierung der satellitengestützten Aufklärung), das anteilig von Deutschland und Frankreich finanziert wird, werden die technischen Voraussetzungen geschaffen, um Frankreich eine Mitnutzung des deutschen Radarsystems SAR-Lupe zu ermöglichen. Deutschland erhält von Frankreich im Gegenzug den Zugriff auf das optische System HELIOS II. Die Nutzung der beiden Satellitensysteme im Verbund gilt als erster Meilenstein für eine europäische strategische Aufklärung. Die Verteidigungsministerien von Frankreich und Deutschland hatten ein entsprechendes Abkommen im Rahmen eines deutsch-französischen Gipfeltreffens 2002 in Schwerin beschlossen.

Die Bundeswehr wird für ca. 800 Mio. Euro drei neue Satelliten als Nachfolger von SAR-Lupe anschaffen. Die Projekt-Gesamtleitung soll wiederum bei der Bremer Firma OHB-System AG liegen. Das neue System mit dem Namen SARah soll in Gänze ab 2019 nutzbar sein und die bisherigen SAR-Lupe-Satelliten nach Ablauf von deren Lebensdauer ersetzen. Die drei neuen Satelliten (zwei mit der bisherigen Radartechnik, einer mit einem sog. Phased-Array-Radar) werden größer sowie leistungsfähiger sein. Zudem soll für 170 Mio. Euro auch ein Satellit für die optische Aufklärung angeschafft werden, um die diesbezügliche Abhängigkeit von Frankreich zu verringern.

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Satellit

Natürliche (Monde als Planetenbegleiter) oder künstliche Himmelskörper, im üblichen Verständnis solche, die sich im elliptischen oder kreisförmigen Orbit um die Erde befinden, aber auch solche auf Umlaufbahnen um andere Planeten.
Die künstlichen Satelliten sind vom Menschen gebaute Raumflugkörper, die die Erde, den Mond oder einen anderen Himmelskörper z.B. die Sonne, Asteroiden und die Planeten Venus, Mars und Jupiter auf einer Umlaufbahn umkreisen. Bei den extraterrestrischen Satelliten-missionen steht die Gewinnung von Informationen über die betreffenden Himmelskörper im Mittelpunkt. Irdische Satelliten besitzen im allgemeinen wissenschaftliche, wirtschaftliche (z.B. Telekommunikation, Navigation oder Ernteüberwachung), industrielle oder militärische Aufgaben.

Bemannte Raumfahrzeuge auf Umlaufbahnen wie z.B. Raumkapseln, Raumgleiter (Space Shuttle) und Raumstationen (ISS) werden ebenfalls den künstlichen Satelliten zugerechnet. Gleiches gilt auch für auf Umlaufbahnen befindlichen Weltraummüll (z.B. ausgebrannte Raketenbooster, leere Treibstofftanks). Diese Arten künstlicher Satelliten bleiben aber in diesem Kontext vernachlässigt.

Die Sowjetunion schickte 1957 mit dem Sputnik 1 den ersten Satelliten ins All. Seither haben ca. 40 weitere Staaten Satelliten entwickelt, gestartet und betrieben. Heute umkreisen etwa 3.000 Nutzsatelliten die Erde.

Grössere Satelliten werden auch oft als Plattform bezeichnet. Satelliten, die beispielsweise vom Space Shuttle ausgesetzt und eventuell später wieder eingefangen werden, haben oft die Bezeichnung "Freiflieger".

Kleinere Satelliten besitzen nach ihrem Gewicht eine eigene Klassifizierung:

  • Minisatelliten (100 - 1.000 kg)
  • Mikrosatelliten (10 - 100 kg)
  • Nanosatelliten (1 - 10 kg)
  • Picosatellit (<1 kg)

Ein Satellit bleibt auf seiner Umlaufbahn wegen des Gleichgewichts zwischen seiner Geschwindigkeit und der Anziehungskraft zwischen Satellit und Erde.

Die Mindestflughöhe bei künstlichen Erdsatelliten liegt bei ca. 200 km, da sonst die bremsende Wirkung der Erdatmosphäre noch zu groß ist. Ein Umlauf um die Erde in dieser Flughöhe dauert ca. 90 min bei einer Geschwindigkeit von ca. 28.000 km/h. Satelliten umkreisen die Erde häufig von W nach O, da so die Erddrehung beim Start mit genutzt werden kann, um die Umlaufgeschwindigkeit zu erreichen.

Satelliten in einem hohen, geosynchronen Orbit stehen in beständigem Kontakt mit der Erde, z.B. der Bodenstation oder den Fernsehempfängern. Satelliten auf niedrigen Umlaufbahnen können von den Bodenstationen bis zu 12 mal pro Tag kontaktiert werden. Bei jedem Kontakt übermittelt der Satellit Informationen bzw. erhält Instruktionen. Jeder Kontakt muss in der Überfliegungsphase durchgeführt werden, die ca. 10 min dauert.

Ein neues optisches System der Satellitenkommunikation wird die Abhängigkeit vom Sichtkontakt zu einer Bodenstation beenden. Im Rahmen einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der ESA und Airbus Defence and Space wird Europas erstes optisches Kommunikationsnetz (Europäisches Datenrelaissystem, EDRS) Nutzerdaten echtzeitnah mit einer Geschwindigkeit von 1,8 Gbit/s weiterleiten können. Diese Datenraten waren mit den klassischen Radiofrequenzen bislang nicht erreichbar. Mit dem EDRS werden diese Daten von einer höher gelegenen geostationären Position aus über eine Laserverbindung eingeholt und sofort zur Erde gesendet, womit sich der Zugriff auf zeitkritische, möglicherweise lebensrettende Daten ganz erheblich verkürzen wird. Der erste von zwei Verbindungsknoten wurde Ende Januar 2016 als Huckepacknutzlast des Telekommunikationssatelliten Eutelsat-9B ins All gebracht.

Satellit = Satellitenbus + Nutzlast

 

satellit

Quelle: Brieß (TU Berlin)

Nutzlast:

  • Nutzlasten sind die Geräte und Komponenten, die direkt der eigentlichen Missionsaufgabe dienen
  • Nutzlasten bestimmen den Charakter einer Raumflugmission
  • Allgemein kann man zwischen Raumsonden und Erdsatelliten unterscheiden
  • Raumsonden dienen der Erforschung der Planeten und des interplanetaren Raumes
  • Nutzlasten von Raumsonden sind wissenschaftliche Instrumente
  • Nutzlasten von Erdsatelliten sind entsprechend dem Missionscharakter sehr verschieden


Satellitenbus
:

(System zur Unterbringung und Versorgung der Nutzlast bei der Erfüllung ihrer Missionsaufgabe)
Der Bus muss folgende funktionelle Anforderungen erfüllen:

  • Die Nutzlast muss mechanisch stabil getragen und gehalten werden bei sehr unterschiedlichen Umwelteinflüssen (Transport, Start, Weltraum).
  • Die Nutzlast muss in den Einsatzraum transportiert und gehalten werden.
  • Die Nutzlast muss mit elektrischer Energie versorgt werden.
  • Die Nutzlast muss in einem Temperaturintervall gehalten werden.
  • Die Nutzlast muss in die Zielrichtung(en) ausgerichtet und mit einer definierten Stabilität gehalten werden.
  • Die Nutzlast muss vom Boden aus kontrolliert und betrieben werden.
  • Die Nutzlastdaten müssen zum Boden gesandt werden und bei Bedarf zwischengespeichert werden können.

Satelliten bestehen im allgemeinen aus einem sog. Satellitenbus und einer darauf montierten Nutzlast (engl. payload). Der Satellitenbus ist die eigentliche mechanische Trägerstruktur und enthält alle von der Nutzlast gemeinsam genutzten Untersysteme wie Stromversorgung (Sonnenpanele, Batterien, engl. power distribution unit, Akron. PDU, etc.), Recorder zur Aufzeichnung der Daten, Kommunikationseinrichtungen (um mit Bodenstationen in Kontakt treten zu können), Einrichtungen um den Wärmehaushalt des Satelliten zu regeln, Lageregelungssystem (engl. attitude and orbit control system, Akron. AOCS) und die Instrumente zur Positionsbestimmung.

Klassifikationskriterien sind neben Größe und Missionszweck die Art der Umlaufbahn (geostationär, polumlaufend) oder der Einsatz von passiven bzw. aktiven Sensorsystemen.

Die Nutzlast besteht bei Fernerkundungssatelliten oft aus mehreren Sensorsystemen, die für unterschiedliche Beobachtungsobjekte konstruiert wurden. Dafür werden auch verschiedenartige Detektor-Technologien verwendet. Auf dem seit 2011 inaktiven Satelliten ERS-2 befanden sich z.B. ein aktives abbildendes Radar zur Kartierung der Erdoberfläche und der Ozeane, ein Altimeter zur Bestimmung der Geländehöhe, ein passives Mikrowellengerät zur Temperaturmessung und ein Ozonsensor. Mit der Vielzahl an Sensoren für unterschiedlichste Einsatzzwecke auf dem ENVISAT (seit 2012 inaktiv) wurde ein vorläufiges Extrem erreicht. Künftige Missionen, zumindest im Rahmen der ESA werden kleiner und billiger ausfallen und mit begrenzter Nutzlast auf ein eng umrissenes Ziel ausgerichtet sein, wie beispielsweise CryoSat.

Aktuelle operationelle Satellitensysteme
Kommunikation
  • Fernsehsatelliten (z.B. Astra, Eutelsat Hot Bird)
  • Satellitentelefonie und -datenfunk (z.B. Eutelsat, Inmarsat, Globalstar, Iridium)
  • Mobilkommunikation (Inmarsat)
  • Search and Rescue Systeme (COSPAS SARSAT)
Navigation
  • NAVSTAR GPS, GLONASS, Galileo, Beidou
Erdbeobachtung
  • Satellitenmeteorologie (z.B. Meteosat, MetOp, GOES, NOAA-Serie, Suomi-NPP, Himawari-8, Fengyun)
  • Hochauflösende Erdbeobachtung (z.B. Landsat-Serie, Sentinel-Reihe, TerraSAR, Spot-Reihe, WorldView, QuickBird, Pleiades)
  • Militärische Aufklärung (z.B. Helios, Keyhole, Lacrosse, Ofek, SAR-Lupe)
Wissenschaftliche Anwendungen und Technologieentwicklungen
  • Satellitenfernerkundung als Instrument der Forschung (z.B. in der Geo-, Polar-, Meeres-, Atmosphären- und Klimaforschung)
  • Umwelt-Monitoring als Teil internationaler Konventionen
  • Erforschung des Systems Erde, auch im Zusammenhang mit der Entwicklung neuer Technologien und Anwendungen
  • Technologieentwicklung in den Bereichen Kommunikation und Navigation

Kataloge zu Satelliten- und anderen Raumfahrtmissionen:

Satellite Application Facility (SAF)

Satelliten-Auswertezentren der Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT). Die SAFs sind integraler Bestandteil des verteilten EUMETSAT Bodensegmentes. SAFs nutzen die Erfahrungen und Expertisen der Mitgliedsstaaten und sind verantwortlich für die anwendungsbezogene Prozessierung von Satellitendaten. Jedes SAF wird von einem internationalem Konsortium entwickelt und betrieben, das unter der Leitung eines nationalen Wetterdienstes steht. Forschung, Daten, Produkte und Dienstleisungen der SAFs ergänzen dabei die Aktivitäten der EUMETSAT Zentraleinrichtung in Darmstadt. Zur Zeit existieren acht SAFs in unterschiedlichen Entwicklungstadien, mit Spezialisierung auf folgende Bereiche:

  • Support to Nowcasting and very short range forecast (Nowcasting und Kurzfristvorhersage)
  • Ocean and Sea Ice (Ozean und Meereis)
  • Climate Monitoring (Klimaüberwachung)
  • Numerical Weather Prediction (numerische Wettervorhersage)
  • Land Surface Analysis (Landoberflächenanalyse)
  • GRAS Meteorology (Meteorologische Nutzung des GRAS Sensors)
  • Ozone Monitoring (Ozon Überwachung)
  • Support to Operational Hydrology and Water Management (operationelle Hydrologie und Wasserwirtschaft)

Weitere Informationen:

Satellitenaltimetrie

Satellitengestütztes Radarverfahren zur Erkundung der Meeresoberfläche mit dem Ziel, die Höhe des Meeresspiegels abzuleiten. Dabei werden in Nadirrichtung mit einer Trägerfrequenz im Ku-Band (13,5-13,8 GHz) und mit Wiederholraten von mindestens 1 KHz frequenz-modulierte Impulse von wenigen Nanosekunden Dauer ausgestrahlt. Der Radarimpuls wird bis auf eine von Wind und Seegang abhängige Streuung reflektiert und nach wenigen Millisekunden Laufzeit wieder empfangen. Das Impulsecho wird quantifiziert und einer theoretischen Impulsantwort angepasst. Dabei werden drei Parameter ermittelt:

  1. die Laufzeit des Impulses
  2. die Neigung der ansteigenden Flanke des Impulsechos und
  3. die Energie des Impulsechos.

Aus der halben Laufzeit wird die Höhe des Satelliten über dem Meeresspiegel (H) berechnet (vgl. Abb. unten). Die Neigung der ansteigenden Flanke ist korreliert mit der signifikanten Wellenhöhe und die Energiebilanz des Impulsechos ist proportional zum Rückstreukoeffizienten der Meeresoberfläche. Der Rückstreukoeffizient lässt empirische Rückschlüsse auf den Betrag (nicht die Richtung) der Windgeschwindigkeit zu. Signifikante Wellenhöhe und Windgeschwindigkeit werden direkt für Schiffsroutenberatung und von Wetterdiensten genutzt.
Gleichzeitig kann aus der Position des Satelliten seine Höhe (h) über dem Erdellipsoid berechnet werden. Die Differenz beider Größen ergibt die Höhe des Meeresspiegels über dem Ellipsoid. Diese setzt sich aus der sog. Geoidhöhe (N) - sie repräsentiert eine mittlere, ruhende Meeresoberfläche) und der sog. Meerestopographie (S) zusammen.
Damit kann bei zusätzlicher Kenntnis des Geoids die Meerestopographie S abgeleitet werden. Diese Oberflächenauslenkung ist die einzige physikalische Größe der Meeresoberfläche, die direkt die dreidimensionale, großskalige Strömung widerspiegelt. So dient ihre Kenntnis der Modellierung von Meereströmungen.
Die Höhenmessung durch Radaraltimetrie bedarf zahlreicher Korrekturen, um Messungen zu verschiedenen Zeiten und unter unterschiedlichen Messbedingungen miteinander vergleichen zu können, z.B. wird der Radarimpuls des Altimeters durch die Atmosphäre verzögert.

Prinzip der Satellitenaltimetrie Prinzip der Satellitenaltimetrie


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Quelle: TU München

Die Bestimmung des Meeresspiegels ist noch aus weiteren Gründen wichtig. Für die Geodäsie ist es von Bedeutung, um die Höhensysteme zu vereinheitlichen. Im Gegensatz zur Topographie der festen Erde unterliegt der Meeresspiegel viel stärker zeitlichen Veränderungen. Mittels Pegelregistrierungen werden diese Schwankungen seit Jahrzehnten an den unterschiedlichen Küsten erfasst. Dabei dienen langjährige Mittelwerte zur Festlegung von Referenzpunkthöhen für nationale Höhensysteme. Es treten aber Widersprüche zwischen den einzelnen Höhensystemen auf. Der Grund für diese Widersprüche liegt darin, dass der mittlere Meeresspiegel nicht mit der einheitlichen globalen Höhenbezugsfläche, dem Geoid, zusammenfällt. Aufgrund von Strömungen, hervorgerufen durch Dichte- und Temperatur-unterschiede, kommt es zu Differenzen zwischen dem mittleren Meeresspiegel und dem Geoid. Diese Differenzen werden als Meeresflächentopographie bezeichnet und können Werte von einigen Metern annehmen. Die Meeresflächentopographie gilt daher in Kombination mit dem Geoid als Schlüsselgröße zur Vereinheitlichung der einzelnen Höhensysteme. Außerdem ist die Bestimmung des Meeresspiegels auch für die Ozeanographie und die Klimatologie von Interesse. Aus dessen Variationen lassen sich zum Beispiel wichtige Schlüsse hinsichtlich von Klimaveränderungen ziehen.
Die Topographie der Meresoberfläche variiert mittelfristig insbesondere im Zusammenhang mit Strömungen, besonderen Wetterbedin-gungen und Ereignissen wie El Niño.

Als erste Satellitenmission, deren Hauptzweck die Beobachtung der allgemeinen Zirkulation der Ozeane war, startete 1992 die französisch-US-amerikanische TOPEX/Poseidon-Mission (seit 01/06 beendet). Gleichzeitig betrieb die ESA ihren ERS-1, 1995 folgte ERS-2. Auch bei JASON-1, dem Nachfolger zu TOPEX-Poseidon, ist das wesentliche Messgerät ein Satelliten-Altimeter mit dem kleinräumige und grossräumige Topographie der Meeresoberfläche vermessen wird.

Die Satellitenaltimetrie wird ergänzt durch Messungen des Schwerefeldes von Satelliten und der Erdoberfläche aus. Mit diesen Daten wird das Geoid, eine Äquipotentialfläche, die als Referenz dient, berechnet. Altimeterdaten können darauf bezogen werden und dienen dann als Messung der freien Oberflächenauslenkung des Ozeans.

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Satellitenarchäologie

Engl. satellite archaeology, fr. archéologie spatiale; aufkommender Zweig der prospektierenden Archäologie, bei der hochauflösende Satellitensensoren zum Einsatz kommen, die über ihre Empfindlichkeit im thermischen und infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums potentielle Fundstellen bis zu einer Tiefe von ca. 1 Meter anzeigen können. Die von den Satelliten empfangene Strahlung wird in Bilder umgesetzt und diese werden von Archäologen nach feinen Anomalien untersucht, die sich an der Erdoberfläche zeigen können. Landschaftsprägende Elemente wie Boden, Vegetation, Geologie und menschengemachte Strukturen haben spezifische Signaturen, die von Satelliten mit multispektralen Sensoren identifiziert werden können. Die Datenauswertung kann dann ein 3D-Bild der beobachteten Gegend erzeugen. Mit dessen Hilfe können menschengemachte Strukturen sichtbar gemacht werden, die unter der Vegetation und der oberen Bodenschicht vorhanden sind, und die mit bloßem Auge nicht erkennbar wären. Kommerzielle Satelliten haben eine Bodenauflösung zwischen 0,4 m und 90 m, was die Erkennung der meisten alten archäologischen Fundstätten und die damit verbundenen Merkmale z.B. in Gebieten wie Ägypten, Peru, Arabische Halbinsel und Mittelamerika ermöglicht. Archäologen, die mit Satellitenbildern arbeiten, hoffen auf eine weitere Verfeinerung der Auflösung in den nächsten Dekaden, die es ihnen z.B. auch erlaubt, Töpfereischerben unter der Erdoberfläche zu erkennen.

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Satellitenastronomie

Bezeichnung für alle astronomischen Beobachtungen, die mit Hilfe von astronomischen Sonden und Satelliten durchgeführt werden.

Satellitenbahn

Siehe Umlaufbahn

Satellitenbahnelemente

siehe Bahnelemente

Satellitenbild

Syn. Satellitenaufnahme, engl. satellite image, franz. image de satellite; Bild (von Ausschnitten) der Erdoberfläche, das von bemannten oder unbemannten Satelliten aus gewonnen wird. Dabei wird zunächst kein Unterschied gemacht, ob es sich um photographische Aufnahmen handelt oder um die Ergebnisse von anderen Aufnahmetechniken der Fernerkundung, soweit diese zu einer bildhaften Darstellung der Erdoberfläche führen. Es kommen weitgehend die gleichen Aufnahmesysteme zum Einsatz, die auch zur Erzeugung von Luftbildern verwendet werden.

Bei Satellitenbildern handelt es sich i.d.R. um Rasterdaten, die aus großer Höhe (mehrere hundert km) häufig in verschiedenen Spektralbereichen erfasst und gewöhnlich digital übertragen werden. Im Gegensatz zu Luftbildern liegen diese Daten somit i.d.R. bereits digital vor und können direkt bearbeitet werden.

Die Bildausschnitte, sog. Szenen, sind oftmals zeilenweise erfasst (ähnlich wie bei einem Scanner) und liegen je nach Satellit in unterschiedlichen Spektralbereichen und Auflösungen vor. Ein Satellitenbild visualisiert Strahlungsmesswerte. Die Auswahl der Licht-"Kanäle" und deren Aufbereitung bestimmen den Farbeindruck.

Die Weiterentwicklung der Aufnahme- und Bildverarbeitungstechniken ließ eine Vielzahl von von Satellitenbildarten mit unterschiedlichen Eigenschaften entstehen. Bezüglich ihrer technischen Bildeigenschaften unterscheiden sie sich

  • nach der Bodenauflösung
    - hoch auflösende Bilder
    - gering auflösende Bilder
  • nach der spektralen Auflösung
    - Bilder aus den Spektralkanälen des sichtbaren Lichts
    - Thermalbilder, d.h. Wärmebilder (fernes Infrarot)
    - sonstige Infrarotbilder, z.B. zur Messung der Vegetationsaktivität
    - Radarbilder, Lidarbilder
    - Multispektralbilder (Mischung verschiedener Spektralkanäle)
  • nach dem Aufnahmezeitpunkt
    - Monotemporalbilder
    - Multitemporalbilder (Bilddaten verschiedener Aufnahmezeitpunkte)
  • nach der Größe des erfassten Erdausschnitts
    - sehr kleine Ausschnitte, oft als Fenster von Satellitenbildszenen
    - Bildszenen (in der Breite eines Aufnahmestreifens des jeweiligen Satelliten)
    - Kombinationen von Bildszenen
    - Halbkugeldarstellungen
    - Erddarstellungen
  • nach der Farbwahl
    - Echtfarbenbilder bzw. Bilder mit naturnahen Farben
    - Falschfarbenbilder
  • nach dem Angebot der Bildinformation
    - analoge Bilder (gedruckte Bilder auf verschiedenen Medienträgern)
    - digitale Bilder (als Datensätze).

Die Interpretation der Satellitenbilder erfolgt entweder qualitativ durch visuelle Inspektion oder heutzutage in zunehmenden Maße durch objektive und automatische Verfahren. Satellitenbilder müssen weder radiometrisch noch geometrisch rektifiziert sein. Zur leichteren Bildinterpretation werden Satellitenbilder aber kontrastverstärkt, ausschnittsvergrößert oder aus der geometrisch vielfach verzerrten Satellitenperspektive in bestimmte Projektions- oder Kartendarstellungsarten umgerechnet.

Die Informationen, die in Satelliten- und Luftbildern gespeichert sind, lassen sich in vielfältigster Weise nutzen. Entsprechend unterschiedlich sind auch die dabei verfolgten Ziele. Einerseits kann es sich um die Feststellung einfacher Sachverhalte handeln, oft in Kombination mit der Erstellung thematischer Karten. Andererseits liefert die Auswertung von Satelliten- und Luftbildern reichhaltige Beiträge zu komplexen Untersuchungen des Landschaftshaushaltes, zur Analyse sozioökonomischer Strukturen, zur Erfassung landschaftlicher Veränderungen usw. Entsprechend breit gestreut sind die Anwendungsgebiete, die vielfach miteinander verflochten und oft nur schwer gegeneinander abgrenzbar sind. Zu diesen Anwendungsfeldern gehören nach Albertz (2007) Kartographie, Katastophenvorsorge und -management, Geologie und Geomorphologie, Bodenkunde und Altlastenerkundung, Forst- und Landwirtschaft, Tierkunde, regionale Planung, Siedlungen und technische Planungen, Archäologie, Gewässerkunde und Ozeanographie, Meteorologie und Klimaforschung, weitere, hier noch nicht angeführte Bereiche der Geographie, Planetenforschung.

Zugang zu frei verfügbaren Satellitenbildern (Auswahl):

Weitere Informationen:

Satellitenbildkarte

Engl. image map; kartographische Darstellung, bei der wesentliche Informationselemente eines Satellitenbildes unmittelbar in Erscheinung treten. Hierzu können auch mittels Schrägsichtradar aufgenommene Erscheinungen unter der Oberfläche verstanden werden. Satellitenbildkarten unterscheiden sich von den Satellitenbildern durch ihre einer vorgegebenen Kartennetzabbildung entsprechenden geometrischen Eigenschaften, Georeferenzierung, einen Kartenrahmen und Kartenrand sowie geographisches Namensgut (Beschriftung), Kartenzeichen mit Legende und Gitterkreuz. Der koordinatenmäßigen Bestimmbarkeit wird dabei die gleiche Bedeutung beigemessen wie dem relativen Lagebezug von Objekten. Unter bestimmten Umständen kann aus Satellitenbildkarten mehr Information als aus konventionellen Landkarten gewonnen werden.
Zunächst lassen sich Satellitenbildkarten nach dem Sensor der verwendeten Bilddaten gliedern. Ferner können solche, die unter Verwendung von Falschfarben hergestellt werden, und solche, die "naturnah" farbcodiert sind, unterschieden werden. Darüber hinaus kann man bei Multispektralkarten nach der Anzahl und Art der verwendeten Spektralbänder differenzieren. Unter thematischen Satellitenbildkarten werden Themakarten verstanden, bei denen eine Satellitenbildkarte als Basiskarte Verwendung findet. Satellitenbildkarten liegen in Maßstäben ab 1.50.000 vor. Gegenwärtig sind solche Karten beispielsweise in Google Earth zu finden.
Analog gilt die Defintion bei Verwendung von Luftbildaufnahmen in Maßstäben ab 1:2.000, die man dann Luftbildkarten nennt.

Satellitenbildszene

Definierter Ausschnitt aus dem kontinuierlichen Aufnahmestreifen eines Satellitenbildscanners (optoelektronisches Abtastsystem). Eine Satellitenbildszene besteht aus einer Anzahl von Zeilen (quer zur Flugbahn des Satelliten aufgenommen oder abgetastet) und jede Zeile aus einer Anzahl von Bildpunkten (Pixel); bei Landsat -TM-Szenen ca. 6.900 Pixel pro Zeile und ca. 5.400 Zeilen pro Szene. Die Szene selbst ist nach der Nummer des "path" (Pfad, Flugstreifen-Nr. der Flugbahn) und der "row" (Reihe, Bildstreifen quer dazu) definiert und zusätzlich durch das Aufnahmedatum. In einem Flugstreifen können meist auch "floating scenes" bestellt werden, d.h. Daten zwischen den Reihen ("row"), weil die Datenaufnahme durch das "Abtasten" der Erdoberfläche kontinuierlich verläuft. Ein einfaches "processing" (Aufbereiten) der Daten enthält eine für die visuelle Bildanalyse ausreichende Geokodierung. Die Bildszene hat die Form eines Rhombus, weil sich während des Überfluges die Erde unter dem Satelliten weiter dreht.
Für die Datenbestellung z.B. bei den "national points of contact" (in Deutschland: DLR) liegen Ortungspläne von "path" und "row" pro Satellitensystem vor sowie eine Angabe über den Bevölkerungsanteil in den einzelnen Szenen. Schwarz-Weiß-Photos (etwa im Postkartenformat), sog. Quicklooks, geben Hinweise auf die Brauchbarkeit einer Aufnahme.

Satellitenbus

Vorgefertigte Grundstruktur aus Metall mit der Versorgungseinheit eines Satelliten, die den Betrieb der eigentlichen Nutzlast auf dieser Plattform ermöglicht. Die Versorgungseinheit besteht aus einem Antriebssytem für die Lage- und Positionsregelung mit zugehörigen Treibstofftanks und einer elektrischen Energiequelle, ferner Schnittstellen zur Trägerrakete und Einheiten zur Telemetrie, Fernsteuerung und Ortung. Zur Nutzlast zählt man aufgabenabhängig die Einrichtungen für die Kommunikation mit der Erde (TV-Satelliten) sowie Kameras und andere wissenschaftliche Instrumente, die vom Kunden individuell in den Bus integriert werden.
Bedeutende Anbieter für Satellitenplattformen sind Boeing, Space System/Loral, Alcatel Alenia Space und EADS Astrium.

Satellitendatensicherheitsgesetz (SatDSiG)

Ein deutsches Bundesgesetz vom 23. November 2007 zur Gewährleistung, dass Erdbeobachtungsdaten deutscher Satelliten bzw. solcher, die von Bodenstationen auf deutschem Boden aus betrieben werden, nicht die Sicherheit der Bundesrepublik Deutschland oder die ihrer Verbündeten gefährden. Als Gefährdungsmaßstab wird zugrunde gelegt, welche Daten bereits weltweit frei verfügbar sind. Anfragen, die darüber hinausgehen, zum Beispiel nach aktuellen hochaufgelösten Satellitenfotos oder Radardaten, muss der Vertreiber kritisch hinterfragen. Im Zweifelsfall hat er eine Genehmigung der zuständigen Behörde einzuholen. Zudem erlaubt das Gesetz die Untersagung der Übernahme von Anbietern solcher Daten, wenn durch die Übernahme nach Einschätzung der zuständigen Behörde wesentliche Sicherheitsinteressen der Bundesrepublik gefährdet wären. Die Überprüfung von Personen in sicherheitsrelevanten Bereichen dieser Unternehmen erfolgt nach dem Sicherheitsüberprüfungsgesetz durch das Bundesamt für Verfassungsschutz.
Durch das Satellitendatensicherheitsgesetz wird ferner Rechtssicherheit für die Unternehmen geschaffen und die Besetzung neuer Geschäftsfelder für die sich entwickelnden Unternehmen im Satellitendatenvertrieb - und damit auch für die wachsende Geodatenindustrie - kalkulierbar gemacht. Damit wird eine wichtige Voraussetzung dafür geschaffen, dass die deutschen Unternehmen Satellitenanwendungen in wirtschaftlich tragfähige Geschäftsmodelle umsetzen und neue Absatzmärkte erschließen können. Ein weiteres Ziel des Gesetzes ist die Wahrung der sicherheits- und außenpolitischen Interessen der Bundesrepublik Deutschland beim Verbreiten und kommerziellen Vermarkten von satellitengestützt erzeugten Erdfernerkundungsdaten - insbesondere auch auf den internationalen Märkten.
Während das Gesetz die Rahmenbedingungen, Anforderungen und Verfahren für die Betreiber der betroffenen Satelliten und Datenanbieter sowie allgemeine Eigenschaften von Erdbeobachtungssatelliten ("Erdfernerkundungssystemen" im Sprachgebrauch des SatDSiG) und der damit erzeugten Daten festlegt, ermöglicht die Festlegung der eher technischen Kriterien und Grenzwerte in einer Verordnung (SatDSiV) eine Anpassung an die technologische Entwicklung und an Veränderungen der sicherheits- und außenpolitischen Gefahren.
Deutschland ist das erste Land in Europa, das über eine solche Regelung verfügt.

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Satellitenfernerkundung (SFE)

Fernerkundung der Erdoberfläche oder der Erdatmosphäre mit Hilfe von Sensoren, die sich an Bord von Raumfahrzeugen, d.h. Satelliten, Space Shuttle oder Raumstationen befinden, d.h. typischerweise aus ca. 200 km bis 36.000 km Entfernung. Die Daten und Bilder werden dann meist durch Telemetrie mittels Funkübertragung an eine Bodenstation gesendet.

Vorteile von Satellitenfernerkundung:

  • Aktualität der Daten (oft innerhalb von Stunden verfügbar)
  • Dokumentation und Überwachung des Ist-Zustandes
  • flächendeckende Erfassung großer Gebiete bzw. die gesamte Erde
  • Daten mit hohen Wiederholraten, Vergleiche und Zeitreihenanalysen erlaubend
  • Erkennen von Veränderungen und ihrer Dynamik
  • Beobachtung der Erde in vielen Spektralbereichen (sichtbares Licht, Infrarot, Mikrowellen)
  • Qualität der Daten in vielen Einsatzbereichen der von in situ-Daten vergleichbar, z.T. sogar überlegen
  • Erkundung ansonsten schwer zugänglicher Regionen der Erde (Polargebiete, Wüsten, Regenwälder, Taiga, Tundra und Ozeane) möglich, Regionen, für die keine oder nur weitmaschige in situ-Netze existieren
  • Konsistenz der Satellitenbeobachtungen, da derselbe Sensor den gesamten Globus beobachtet, obgleich dies streng genommen nur für einen einzelnen Satelliten gilt und nicht für eine ganze Flotte gleicher Bauart.

Zu den Nachteilen der Satellitenfernerkundung gegenüber in situ-Verfahren gehören:

  • physikalische Barrieren: elektromagnetische Strahlung kann nicht in das Erdinnere eindringen und - im sichtbaren Spektralbereich und im thermalen Infrarot - auch nicht in mächtige Wolken
  • die kurze Lebensdauer von Satelliten, trotz deutlicher Verbesserungen in den vergangenen Jahren
  • fehlende oder unzureichende Abstimmung (intercalibration) von Satellitenserien
  • teilweises Unterbleiben der Kalibrierung während der Einsatzdauer
  • ungeeignete Bodensegmente für experimentelle Satelliten
  • Startverzögerungen oder Fehlstarts zum Nachteil von weltweiten Zeitreihen

Die ersten Satelliten zur Erderkundung waren im militärischen Auftrag unterwegs, bei den Amerikanern zunächst KH 1 (Kürzel für 'key hole', Schlüsselloch) im Jahr 1960 im Rahmen des CORONA-Programms. Die russische wie die amerikanische Seite schickten seitdem hunderte von Spionagesatelliten in den Orbit.

Als erste zivile Missionen gelten 1968 von der NASA in den Orbit gebrachte Wettersatelliten. Seitdem ist eine Vielzahl unterschiedlichster Satelliten und Sensorsysteme im Einsatz.

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Satellitengeodäsie

Eine zu den geodätischen Raumverfahren gehörende, relativ neue und bedeutende Methode der Geodäsie, die als Erkenntnismittel künstliche Erdsatelliten benutzt, und die letztlich die genaue Bestimmung des Geoids zum Ziel hat. Sie entstand nach 1957, nach dem Start erster Satelliten und kann sowohl zur Vermessung der Erdoberfläche als auch zur Bestimmung von Parametern des Erdschwerefeldes eingesetzt werden. Bei den rein geometrischen Methoden der Satellitengeodäsie dient der Satellit als hochgelegener Ziel- bzw. Messpunkt in einer räumlichen geometrischen Konfiguration, und die Messungen von oder zu den Erdstationen müssen gleichzeitig erfolgen. Bei den halbdynamischen Methoden wird fehlende Gleichzeitigkeit durch ein Modell der Satellitenbahn überbrückt. Bei den dynamischen Methoden der Satellitengeodäsie wird die Satellitenbahn durch ein mathematisch-physikalisches Modell unter Berücksichtigung möglichst sämtlicher auf den Satelliten einwirkenden Kräfte als Raum-Zeit-Funktion beschrieben und dient als oberhalb der Erdoberfläche liegendes Bezugssystem. Mittels verschiedener Messanordnungen kann es der Koordinatenbestimmung (Ortsbestimmung) auf der Erdoberfläche oder beispielsweise auch der Messung von Höhenunterschieden zwischen der Satellitenbahn und der Meeresoberfläche dienen (Satellitenaltimetrie). Da die Satelliten wie Sensoren im Erdschwerefeld wirken, spiegeln ihre Bahnen dessen Parameter wider, so auch die Lage des Massenmittelpunktes der Erde.
Die modernsten und leistungsfähigsten Ortungssysteme für Zwecke der Geodäsie und Navigation sind die aus Satellitenflotten bestehenden Systeme Global Positioning System und GLONASS

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Satellitengradiometrie

Beobachtung der Gravitationsgradienten der Erde entlang der Satellitenflugbahn mit Hilfe von satellitengetragenen Gradiometern. Zur vollständigen und hochgenauen Bestimmung des Gravitationsfeldes der Erde sollte eine polnahe Bahn niedriger Flughöhe ausgewählt werden. Probleme bei der Messung werden u.a. durch den Einfluß der Atmosphäre verursacht. Weitere Fehlerquellen bilden Trägheits-beschleunigungen, verursacht durch Drehbewegungen des Satelliten, aber auch Eigengravitation.

Satellitenkommunikation (SatKom)

Die Gesamtheit der Informationsbeziehungen, in die unbemannte Raumflugkörper (Satelliten) integriert sind. In jedem Fall handelt es sich um Konzepte, die auf einer spezifischen Form des Richtfunks basieren, deren Besonderheit die Punkt-zu-Fläche-Verbindungen darstellen. Informationsbeziehungen mit Satelliten bestehen je nach Anwendungsgebiet

  • zwischen Bodenleitstellen für Satelliten und allen Arten von Satelliten als Weltraumbetriebsfunk,
  • als Bestandteil terrestrischer Telekommunikationsnetze, bei denen Verbindungen über Satelliten von Punkt-zu-Punkt, von Punkt-zu-Multipunkt oder von Punkt-zu-Fläche über einen oder mehrere Satelliten geführt werden,
  • als Aussendungen von Satelliten zur Erde für die Informationsgewinnung bei Satelliten für Erderkundung oder -beobachtung.

Die nutzbaren Frequenzbereiche des Satellitenfunks werden von der Internationalen Funkverwaltungskonferenz (WRC - World Radio Conference) festgelegt.

Für Satellitenfunkanwendungen, die als Bestandteil terrestrischer Netze anzusehen sind, sind dies vornehmlich die Bereiche

  • von 1,5 bis 1,6 GHz (L-Band) für mobilen Satellitenfunk im Verkehr zwischen Satellit und den mobilen Satellitenfunkstellen,
  • von 2 GHz (S-Band) für die Nutzung als Downlink für mobilen Satellitenfunk (MEO- und LEO-Systeme),
  • von 4 bis 6 GHz (C-Band) für die Nutzung als Down-/Uplink zwischen den Erdfunkstellen und den Satelliten,
  • von 10 bis 18 GHz (Ku-Band) für die Nutzung als Up-/Downlink für Rundfunksatelliten und
  • von 20 bis 30 GHz (K-Band) für experimentelle Nutzungen.

Grundsätzlich gilt dabei, dass für die Übertragungsrichtungen zum Satelliten (Uplink) von den verfügbaren Frequenzbereichen immer das höhere Frequenzband genutzt wird, während der Satellit immer in den niedrigen Frequenzbändern der koordinierten Frequenzbereiche sendet (Downlink). Der Grund liegt in den Einflüssen, denen die elektromagnetischen Wellen auf dem Weg zum und vom Satelliten ausgesetzt werden.

Satellitenkonstellation

Eine Anordnung von Satelliten, die einem gemeinsamen Ziel dienen. Eine Satellitenkonstellation, bei denen die Satelliten mit einem konstanten Abstand in dieselbe Richtung fliegen, wird als Satellitenformation bezeichnet. Beispiele sind die Tandem-Mission von TerraSAR-X und TanDEM-X und der A-Train der NASA. In vielen Fällen wird eine Satellitenkonstellation zur globalen Abdeckung eines Dienstes (z. B. Satellitennavigation, Satellitenkommunikation und andere) genutzt. Eine globale Abdeckung bedeutet dabei, dass die Ausleuchtungszonen der Satelliten die Erdoberfläche komplett abdecken, so dass jederzeit an jedem Ort auf der Erde ein Satellit erreichbar ist (jedoch noch abhängig von den gegebenen lokalen Bedingungen).
Die Herausforderung beim Design einer Konstellation besteht in der Auswahl der entsprechenden Parameter. Dabei können die verschiedenen Orbitparameter, wie Orbithöhe, -form, Exzentrizität, Inklination usw., für die Satelliten einer Konstellation unterschiedlich sein, was zur Folge hat, dass die geometrische Komplexität der Konstellation ansteigt.

LEO-Konstellationen
Diese Art von Satellitenkonstellationen ist für niedrige Erdumlaufbahnen gedacht. Hintergrund ist die steigende Strahlungsbelastung, die mit zunehmender Orbithöhe auf den Satelliten einwirkt. Dies erhöht die Entwicklungs- und Produktionskosten und/oder verringert die Lebensdauer eines Satelliten oder einer Satellitenkonstellation. Die zwei bekanntesten Konstellationen mit kreisförmigen Orbits sind die Walker- und die polare Satellitenkonstellation.
Die Walker-Konstellation beschreibt die Verteilung der Satelliten in den verschiedenen kreisförmigen Orbits. Die Orbits besitzen dabei alle die gleiche Bahnneigung (Inklination) relativ zur Referenzebene. Typischerweise ist die Referenzebene die Äquator-Ebene.
Eine polare Konstellation zeichnet sich durch einen Inklinationswinkel von ungefähr 90° aus, d.h. die Satelliten der Konstellation überqueren die Polkappen. Eine Walker Delta Pattern Constellation mit einer Inklination von annähernd 90° ist demzufolge eine polare Konstellation. Hierdurch wird eine Abdeckung der polaren Gebiete erreicht, die jedoch aus kommerzieller Sicht eher unbedeutend sind (zu geringe Besiedelung). Für wissenschaftliche Forschungsmissionen zu den Polkappen sind solche Kommunikationssysteme jedoch von hohem Interesse.

Hochelliptische Konstellationen
Eine Molnija-Konstellation zeichnet sich durch die Verwendung des Orbittyps Molnija-Orbit (hochelliptischer Orbit) aus. Ein Molnija-Orbit besitzt den Vorteil, dass ein Satellit eine relativ lange Zeit einen Service unterhalb des Gebietes des Apogäums anbieten kann. Dieser Typ wurde für russische Kommunikationssatelliten verwendet, da die Sendeleistung von geostationären Satelliten für die nördlichen Breiten Russlands zu groß wäre und eine Kommunikationsverbindung zu einem Satelliten einer polaren Konstellation zu kurzzeitig ist bzw. zu viele Satelliten benötigen würde. Ein Beispiel einer solchen Konstellation ist das Satellite Data System (SDS) (siehe Abbildung rechts) der Streitkräfte der Vereinigten Staaten, das seit 1976 beginnend mit SDS-1 durch diese verwendet wird.

MEO-Satellitenkonstellationen
MEO-Konstellationen werden vorzugsweise von Navigationssatellitensystemen genutzt. Aufgrund der Höhe werden weniger Satelliten als im LEO, dafür aber eine höhere Sendeleistung benötigt. Des Weiteren befinden sich diese Systeme im Van-Allen-Gürtel, was zur Folge hat, dass diese für eine höhere Strahlendosis ausgelegt werden müssen.

Geostationäre Satellitenkonstellationen
Der Vorteil an der Stationierung einer Satellitenkonstellation im GEO ist die minimale Satellitenanzahl, die zu einer globalen Serviceabdeckung benötigt wird. Theoretisch wären maximal zwei Satelliten notwendig, um alle Orte auf der Erde erreichen zu können (wenn die Erde eine perfekte und glatte Kugel wäre). Praktisch allerdings ist an den Schnittstellen wie auch in hohen Breiten eine Erreichbarkeit nicht gewährleistet ist, aufgrund der örtlichen Gegebenheiten wie Hügel, Berge, Gebäude und andere Hindernisse. Auch spielt die Sendeleistung eine wesentliche Rolle, so dass die russischen Kommunikationssatelliten keine GEO-Stationierung, sondern einen Molnija-Orbit nutzten. Aus diesem Grund besitzen GEO-Konstellationen mindestens drei Satelliten (siehe Abbildung). Die NASA nutzt solch einen Konstellationstyp zur Unterstützung ihrer Raumfahrtmissionen im LEO. Diese Konstellation ist als TDRS-System (engl.: Tracking and Data Relay Satellite System) bekannt.

Satellitenkonstellationen finden in verschiedenen Bereichen ihre Anwendung, wie z. B.:

Satellitenmeteorologie

Zweig der Meteorologie, der sich mit der Entwicklung und Nutzung qualitativer und quantitativer Methoden zur Auswertung von Satellitenbildern und anderer Produkte satellitengetragener Sensoren in Hinblick auf eine Anwendung im Bereich der Wetteranalyse und Wettervorhersage befasst. Es geht dabei um die Fernerkundung von Parametern der Atmosphäre und der Erdoberfläche, die für meteorologische Prozesse und damit auch für das Klima wichtig sind.

Bei der Satellitenmeteorologie wird Strahlung verwendet, deren Wellenlängen sich um einen Faktor von über 1 Million unterscheiden. Auf anschauliche Dimensionen übertragen entspricht das einem Unterschied zwischen 1 mm und 1 km.

Die eigentlichen Messdaten der Radiometer auf den Satelliten sind Graustufen von jedem Kanal des Sensors (entsprechend einer Wellelänge), die zu Bildern zusammengesetzt werden. Diese georeferenzierten Bilder enthalten bereits interessante, auswertbare meteorologische Informationen, und ihre zeitliche Änderung erlaubt atmosphärische Strömungsfelder (Winde), Wetteränderungen oder Transportvorgänge zu erkennen. Gewöhnlich werden aber die Ergebnisse mehrerer Kanäle weiterverarbeitet und zu detaillierter meteorologischer Information zusammengefügt.

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Quelle: WMO (2010)
The WMO Global Satellite Observing System, 2009

The first launches of artificial satellites beginning with Sputnik on 4 October 1957 by the Soviet Union and with Explorer I by the USA on 2 January 1958 heralded a new era of Earth observation. A few years later, on 1 April 1960, the first meteorological satellite, TIROS-1, was launched, providing the first-ever pictures of the distribution of clouds, images previously undreamed of. Although the spacecraft operated only for 78 days, meteorologists worldwide were ecstatic over the pictures of Earth and its cloud cover.
Thus began the satellite revolution, which was to forever change how people observed the planet. These advances in computer and space technology stimulated the creation of the WMO World Weather Watch, and ultimately the WMO Global Satellite Observing System. The Global Satellite Observing System has had unparalleled success in bringing together the countries of the world to scientifically collaborate and transform how meteorologists study the planet and the atmosphere.
Meanwhile the number of satellites contributing to the system has increased significantly. Now, a fleet of satellites provides data to different user communities, in the field of meteorology, oceanography and climate.

 

Vorteile der satellitengestützten Meteorologie:

  • Möglichkeit zur Beobachtung von meteorologisch relevanten Objekten, die meist nicht direkt zugänglich sind, wie Wolken, Staubwolken oder Spurengaskonzentrationen in der Stratosphäre .
  • Beobachtung der Erdoberfläche und der darüber befindlichen Atmosphäre in Gebieten, wo meteorologische Untersuchungen vom Boden aus schwierig sind und selten durchgeführt werden (über zwei Drittel der Erdoberfläche sind mit Ozeanen bedeckt oder z.B. in Wüsten und Polargebieten schwer zugänglich). Die bodengestützten Beobachtungen sind zudem eher punktuell oder linienhaft (Schifffahrtsrouten) und nicht flächendeckend.
  • Mit nur einem Instrument (zumindest gilt dies für die polarumlaufenden Satelliten) oder mit identischen Instrumenten auf verschiedenen Satelliten kann die ganze Erde bzw. ihre Lufthülle untersucht werden, wodurch Fehler durch unterschiedliche Messgeräte an verschiedenen Orten vermieden werden.
  • Zeitgleiche Messung unterschiedlicher Parameter für einzelne Orte durch den satellitengestützten Einsatz verschiedener Sensoren.
  • Relativ kontinuierliche Beobachtung in hoher zeitlicher Dichte. Abhängig von der Umlaufbahn wird dieselbe Größe für denselben Ort mit Abständen von fünf Minuten bis hin zu einigen Tagen gemessen.
  • In Verbindung mit anderen Daten wie Synop-, Radiosonden-, Niederschlagsradarbeobachtungen oder Blitzortungsdaten und der Betrachtung von Bildfolgen lassen sich Aussagen über die kurzfristige Wetterentwicklung der nächsten 1-2 Stunden machen.
  • Für die numerische Wettervorhersage spielen Satellitendaten ebenfalls eine wichtige Rolle. Da auch für Wettervorhersagen mit Computermodellem möglichst viele Ausgangsdaten benötigt werden, ergänzen die Satellitendaten die Bodenbeobachtungen und Radiosondenaufstiege, z.B. mit Windvektoren. Zu nennen sind hier ausdrücklich auch die sondierenden Missionen auf den polnah umlaufenden Satelliten, die Vertikalprofile diverser meteorologischer Größen abzuleiten helfen. Die Einbeziehung dieser Daten in die numerische Wettervorhersage hat zu einer deutlichen Qualitätssteigerung geführt.
  • Werden mehrere Spektralkanäle z.B. des METEOSAT zu einer farbigen Darstellung kombiniert, können je nach Kombination verschiedene meteorologische Erscheinungen farbig herausgehoben werden.
  • Aus der Verlagerung von Wolken- und Feuchtestrukturen zwischen aufeinander folgenden Bildern können Windvektoren (Stärke, Richtung) abgeleitet werden, die neben anderen Parametern Eingang in die numerische Wettervorhersage (NWV) finden und dort zu einer Qualitätssteigerung führen.
  • Im infraroten Spektralbereich (IR) misst der Satellit die Wärmestrahlung der Erde und der Wolken. Damit lassen sich Temperaturen der Meeresoberflächen und Wolkenoberflächen bestimmen. Aus der Temperatur der Wolkenoberfläche kann man wiederum auf die Höhe der Wolke schließen. Außerdem lassen sich Bedeckungsgrad und Art der Wolken bestimmen. Aus den beiden Wasserdampfkanälen des MSG kann der Feuchtegehalt der Atmosphäre in zwei Höhenbereichen ermittelt werden.
  • Satelliten und Sensoren, die ihre Messaufgabe wegen ihres Alters nicht mehr erfüllen, werden i.d.R. durch adäquate neue Satelliten ersetzt. Dies ermöglicht langfristige Messungen über viele Jahre hinweg und damit die Überwachung des Klimas und die Entdeckung von Änderungen und Trends.
  • Ein zusätzlicher positiver Aspekt für Wetterbeobachter besteht darin, dass von geostationären Wettersatelliten ein großes Gebiet der Erde auf einen Blick erfasst wird, großräumige meteorologische Strukturen und Prozesse also in ihrem Zusammenhang beobachtet werden können. Dies gilt z.B. für die Erkennung der Wolkenspiralen von Zyklonen, die von Satelliten aus vollständig als Wetterfronten erfasst werden können.
  • Besonderen Informationsgewinn bringt die Satellitenmeteorologie der Südhalbkugel, da dort aufgrund der dominierenden Fläche der Ozeane, aber auch wegen der noch ausbaufähigen Infrastruktur nur relativ geringen Mengen konventioneller Beobachtungsdaten zur Verfügung stehen. Inzwischen ist die Vorhersagequalität auf beiden Hemisphären nahezu gleich.
  • Die Bilder, die z.B. von MSG alle 15 Minuten aufgenommen werden, lassen sich zu Zeitrafferaufnahmen zusammensetzen. Diese zeigen eindrucksvoll die Entwicklung von Wettersystemen und sind für die Wetterüberwachnung notwendig (z.B. Erkennung von neu entstehenden Tiefdruckgebieten, Gewitterentwicklungen oder zur Überwachung von tropischen Stürmen). Außerdem werden solche Filme im Fernsehen zur Verdeutlichung des aktuellen Wetters gezeigt.
  • Wettersatelliten dienen der Überwachung und Vorhersage gefährlicher Wetterereignisse, tragen zum Krisenmanagement und zur Risikoreduzierung gefährlicher Naturereignisse bei, spielen eine wichtige Rolle bei Vorhersagen für das Verkehrswesen, wobei insbesondere die Luftfahrt und Seeschifffahrt hervorzuheben sind, aber auch in Bereichen wie Land- und Forstwirtschaft, Energiewirtschaft, Tourismus und Freizeit.
  • Es entstehen relativ geringe Kosten für die einzelnen Messungen, verglichen mit bodengebundenen Messungen für größere Gebiete und dies trotz erheblicher Kosten für Entwicklung und Bau weltraumtauglicher Sensoren und deren Transport in den jeweiligen Orbit.
  • Die Satellitenmeteorologie erfasst nicht nur Atmosphärenparameter wie Wolken und die für das Klima wichtige Strahlungsbilanz der Erde als Ganzes, sondern auch die für meteorologische Prozesse wichtige Größen am Unterrand der Atmosphäre wie die Bodentemperatur oder die Verteilung von Eis und Schnee. Neben Informationen für Wetter und Klima im engeren Sinne liefern Satelliten auch wichtige Umweltdaten. So wird die raumzeitliche Verteilung von Wolken im Hinblick auf die Solarenergienutzung ausgewertet. Ferner können von Satelliten aus Brandherde in Wald und Steppe geortet, Überschwemmungsgebiete erkannt, Stadt- und Waldgebiete vermessen und das Grün der Vegetation als Indikator für deren Zustand bestimmt werden.

Probleme der satellitengestützten Meteorologie:

  • Manche meteorologische Größen können nur ungenau, weitere nur indirekt bestimmt werden.
  • Wie bei jeder Fernerkundung muss die gemessene Information - bei der Satellitenmeteorologie ist dies immer eine Strahlungsgröße - auf die eigentlich interessierende Ursache zurückgeführt werden (Problematik der 'Invertierung'). Die Verknüpfung der am Satelliten gemessene Strahlungsinformation mit den verursachenden meteorologischen oder geophysikalischen Eigenschaften ist i.A. nicht eindeutig. Die 'Rückwärtsrechnung' oder 'Invertierung' ist immer mehr oder weniger unsicher und fehlerbehaftet, da unterschiedliche Kombinationen von Atmosphären- und Bodeneigenschaften das gleiche Signal am Satelliten ergeben können oder zumindest Signale, die sich im Rahmen der Messgenauigkeit nicht unterscheiden lassen. Man behilft dabei z.B. durch die Nutzung anderer Spektralbereiche oder bei uneindeutigen Mischpixeln durch die Nutzung der Zusatzinformation von Pixeln mit eindeutigen Verhältnissen. Ferner werden Invertierungsalgorithmen (Retrieval Algorithms) entwickelt, um aus den gemessenen Strahlungswerten die gesuchten Größen abzuleiten (vgl. Köpke/Sachweh 2012).
  • Möglichkeit einer ungenauen oder falschen Kalibrierung (wie auch bei anderen nicht-meteorologischen oder/und satellitenbasierten Sensoren)

Siehe auch die Stichworte Meteorologie und Fernerkundung, Wettersatellit, Wolken und Fernerkundung oder die Bezeichnungen der einzelnen Wettersatelliten (z.B. Meteosat, NOAA-12 etc.), sowie das Printmedium von Köpke/Sachweh 2012

Weitere Informationen:

Satellitenmission

Engl. satellite mission; in der Raumfahrt der gesamte Ablauf von Planung, Bau, dem eigentlichen Flug eines Satelliten bis zur Ausser-dienststellung bzw. dem Ausfall wichtiger Bordsysteme oder einer Havarie und dem Wiedereintritt und ggf. Verglühen in der Erdatmosphäre, sowie die Auswertung der gewonnenen Daten.
Ein typisches Satelliten- oder allgemein Raumfahrtsystem besteht aus drei Systemsegmenten, die entsprechend dem Missionziel aufeinander abgestimmt werden:

  • Das Raumsegment beinhaltet das Raumfahrzeug (Satellit) mit seiner Nutzlast, das sich auf einer Umlaufbahn befindet.
  • Das Transfersegment dient dem Transport des Satelliten mit dessen Nutzlast in den Weltraum durch einen Träger, typischerweise eine Rakete.
  • Das Bodensegment dient zur Steuerung und Überwachung des Satelliten und seiner Nutzlast sowie zur Verteilung und Verarbeitung der Nutzlastdaten.

Die drei Systemsegmente können weiter in in sogenannte Systemelemente untergliedert werden (s. Abb).

terrasar

Strukturierung eines Raumfahrtsystems in Systemelemente am Beispiel des deutschen Radar-Fernerkundungssystelliten TerraSAR-X

(SAR = Synthetic Aperture Radar, LCT = Laser Communication Terminal, GPS = Global Positioning System)


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Quelle unbekannt

Weitere Informationen:

Satellitennavigation

Teilgebiet der Radionavigation mithilfe künstlicher Erdsatelliten. Im wesentlichen sind zwei Konzepte im Gebrauch. Bei der Nutzung des Doppler-Effektes wird die Frequenzverschiebung der Satellitensignale im Bodenempfänger gemessen und in Entfernungsdifferenzen umgerechnet, aus denen bei bekannten Satellitenpositionen die Nutzerposition abgeleitet werden kann. Dieses Konzept wurde im Navy Navigation Satellite System (Transit) von 1967 bis 1996 sehr erfolgreich verwendet. Ein aktuelles auf dem Dopplerprinzip beruhendes System ist DORIS. Ein sehr leistungsfähiges und konzeptionell einfaches Verfahren, das die Verfügbarkeit hoch präziser Uhren im Satelliten voraussetzt, beruht auf der Messung der Zeitdifferenz zwischen ausgesandten und empfangenen Signalen und der daraus abgeleiteten Entfernungen. Für operationelle Systeme ohne Beschränkung der Nutzeranzahl wird ein Ein-Weg-Verfahren gewählt, bei dem die Signale nur vom Satelliten ausgesandt werden. Hierzu gehören das NAVSTAR GPS und GLONASS sowie künftig das europäische Galileo. Ein Zwei-Wege-Verfahren, bei dem die Bodenstationen die Signale zum Satelliten zurücksenden, ist PRARE.

Weitere Informationen:

Satellitenscanner

Engl. satellite scanner, franz. scanneur spatiale; nach DIN 18716 "für den Einsatz auf Satellitenplattformen konzipierter Scanner.

Satellitentracking

Die Vorhersage des Erscheinens von Satelliten am Himmel mit Hilfe mathematischer Berechnung und ihre visuelle Verfolgung mit Fernglas, Teleskop, Kamera oder Antenne.

Weitere Informationen und Software zum Satellitentracking:

SatGeo

Webseitenfamilie zu Satellitengeographie, Fernerkundung und Bildverarbeitungssoftware (Pixel-GIS) für den schulischen Einsatz. Die Seite enthält neben Tutorials, Linkliste, Bildbeispielen viele konkrete Anregungen und Anwendungsbeispiele zum Einsatz von Satellitenbildern im Unterricht. Die Seite wird unterhalten von Robert Roseeu.

Weitere Informationen:

SAVI

Engl. Akronym für soil adjusted vegetation index, dt. bodenbereinigter Vegetationsindex (BBVI). Er wird wie andere Vegetationsindizes auf der Basis von Satellitendaten errechnet. Der bodenbereinigte Vegetationsindex ähnelt in der Berechnung sehr dem NDVI. Neben dem Reflexionsgrad im nahen Infrarot (NIR) und im roten sichtbaren Bereich (rot) geht aber noch der empirisch festzulegende Korrekturfaktor L ein:

 \mathrm{SAVI} = \frac{\mathrm{NIR}-\mathrm{rot}}{\mathrm{NIR}+\mathrm{rot} + L} \cdot (1 + L)

Der Faktor L variiert zwischen 0 und 1, wobei ihm umso kleinere Werte zugewiesen werden, je dichter die Vegetation ist. Oft wird 0,5 als mittlerer Wert angewandt. Da der bodenbereinigte Vegetationsindex stark von L abhängt, wird in den meisten Fällen der NDVI als robusterer Index bevorzugt.

In Gebieten, in denen die Vegetationsdecke niedrig ist (< 40 %) und wo die Bodenoberfläche exponiert ist, kann die Reflexion von Licht im roten und im nahinfraroten Teil des Spektrums die Werte des Vegetationsindexes beeinflussen. Dies ist besonders problematisch wenn zwischen verschiedenen Bodentypen Vergleiche gemacht werden, die möglicherweise verschiedene Lichtmengen im roten Spektralbereich und im nahen Infrarot reflektieren (d.h. Böden mit unterschiedlichen Helligkeitswerten). Der bodenbereinigte Vegetationsindex wurde als Modifikation des NDVI entwickelt, um den Einfluss der Bodenhelligkeit bei geringer Vegetationsdecke zu korrigieren.

Die Berücksichtigung des Bodeneinflusses geschieht auf Kosten der Empfindlichkeit des Vegetationsindexes. Verglichen mit dem NDVI ist der SAVI im allgemeinen weniger empfindlich gegenüber Vegetationsveränderungen (Menge und Bedeckung mit grüner Vegetation) und gleichzeitig empfindlicher gegenüber atmosphärischen Unterschieden.

S-Band

Frequenzbereich von 1,55 GHz bis 5,20 GHz (Angaben variieren) innerhalb des Mikrowellensegments des elektromagnetischen Spektrums. S-Band-SAR vermag z.B. durch tropische Wolken und Regenschauer ohne bedeutende Schwächung des Signals hindurch zu sehen. Sein Durchdringungsvermögen hinsichtlich Vegetationsbedeckung oder Böden ist wenig effektiv und auf die oberen Schichten beschränkt. S-Band-Radare werden für meteorologische Einsatzzwecke (z.B. Niederschlagsmessungen) oder zur Flughafenüberwachung eingesetzt.

Scanfrequenz

Engl. scan rate, franz. fréquence de scannage; nach DIN 18716 die "Anzahl der Abtastvorgänge je Zeiteinheit", mit der Anmerkung "Die Abtastung kann sich auf Pixel, Zeilen und 2D-Datensätze (Bilder) beziehen".

Scanner

Engl. Scanner, franz. scanneur; Abtast-System zur Aufnahme von Bilddaten. Zusammen mit photographischen Systemen und Radarsystemen stellen Scanner die wichtigsten Verfahren dar. Die gewonnenen Daten werden in digitale Form umgewandelt, aufgezeichnet und weiter verarbeitet.

DIN 18716 versteht unter dem Begriff einen "Fernerkundungssensor, der eine Abbildung durch Empfangen und Registrieren elektromagnetischer Strahlung erzeugt, indem die Objektoberfläche systematisch abgetastet wird und dabei die Eigenbewegung des Sensorträgers (Flugzeug, Satellit) nutzt und mit einem systeminternen Abtastvorgang kombiniert" und macht folgende Anmerkung:
"Nach konstruktiven Gesichtspunkten werden unterschieden:

  • opto-mechanische Scanner (en: opto-mechanical scanner, whiskbroom scanner), wenn die Abtastung durch die mechanische Bewegung eines optischen Bauelementes erzielt wird. [ISO/TS 19130:2010, 4.87: whiskbroom sensor: sensor that sweeps a detector forming cross-track image line(s) and constructs a larger image from a set of adjacent lines using the along-track motion of the sensor's collection platform];
  • opto-elektronische Scanner (en: opto-electronic scanner, pushbroom scanner), der die Eigenbewegung des Sensorträgers für die Bildaufnahme mittels einer CCD-Zeile nutzt. [ISO/TS 19130:2010, 4.68: pushbroom sensor: sensor that collects a single cross-track image line at one time and constructs a larger image from a set of adjacent lines resulting from the along-track motion of the sensor]."

Im Gegensatz zur Photographie, mit der gleichzeitig ein Gesamtbild einer größeren Geländefläche gewonnen wird, beobachtet man mit einem Scanner oder Abtaster zeilenweise oder bildelementweise nur die von kleinen Flächenelementen des Geländes ausgehende elektromagnetische Strahlung. Um ein größeres Gebiet bildhaft aufzunehmen, müssen viele derartige Einzelbeobachtungen zusammen-gefügt werden. Dabei wird die Eigenbewegung des Sensorträgers (Flugzeug, Satellit) genutzt und mit einem Abtastvorgang kombiniert.
Man unterscheidet einerseits zwischen den erwähnten optisch-mechanischen (z.B. die Sensoren der LANDSAT) und optoelektronischen Scannern, andererseits zwischen den nur in einem Spektralbereich aufnehmenden einkanaligen und den mehrkanaligen oder Multispektral-Scannern.

Vergleich nicht-photographischer Aufnahmesysteme
Beide Arten von Abtastern besitzen dem anderen gegenüber Vor- und Nachteile. Sie werden anhand folgender Tabelle gegenübergestellt.

Optisch - Mechanische Scanner Optoelektronische Scanner

komplizierteres Arbeitsprinzip als Optoelektronische Scanner

einfaches, sicheres und verschleißfreis Arbeitsprinzip

Rotationsmechanik unterliegt raschem Verschleiß

hohe Zuverlässigkeit

relativ schlechtes Signal - Rausch - Verhältnis

Simultane Aufnahme der Reflexionswerte in einer Zeile

geometrisches Auflösungsvermögen ist konstant

veränderbare geometrische Auflösung (wechselnde Brennweiten der Optik)

schlechtere geometrische Eigenschaften

bessere geometrische Eigenschaften

Zeilen überlappen sich in den Randbereichen

lückenlose, überlappungsfreie Aufnahme der Zeilen

Panoramaverzerrung

keine Panoramaverzerrung

keine zentralperspektivische Abbildung

zentralperspektivische Abbildung

Aufnahmen im Thermalbereich möglich

keine Aufnahmen im Thermalbereich möglich

Zur Beobachtung der Erde von bewegten Plattformen werden meist drei Scan-Muster eingesetzt:

  • Quer- oder Whiskbroom-Scannen: Diese optisch-mechanischen Scanner erfassen in jedem Moment ein Bodenelement. Eine Bildzeile entsteht beim Scannen durch eine mechanische Bewegung quer zur Flugrichtung. Jede neue Bildzeile entsteht durch eine Bewegung der Plattform.
  • Längs- oder Pushbroom-Scannen: Diese zeilenweise arbeitenden Sensoren nehmen ein Bild Zeile für Zeile auf und nutzen dabei die Vorwärtsbewegung der Plattform.
  • Kreisförmiges oder Konisches Scannen: Ein Scanspiegel ist mit vertikaler Drehachse montiert und erfasst ein kreisförmiges Bodenmuster. Vorteilig dabei ist, dass der Abstand vom Sensor zum Boden konstant und die Messzeile am Boden immer gleich groß ist.

Zur Erfassung von Objekten in räumlichen Punktwolken werden 3D-Scanner benutzt. Dazu wird der Scan-Prozess mit Laser-Entfernungsmessungen kombiniert. Der Prozess wird daher Laserscanning genannt und macht von der Technik des Lidar Gebrauch. Die Technik kann von bewegten als auch von unbewegten Plattformen aus eingesetzt werden.

Whiskbroom-Scannen whisk Pushbroom-Scannen push Konisches Scannen


Whiskbroom-Scanner

Quelle: Universität Potsdam (Hartmut Asche)

Pushbroom-Scanner

Quelle:
RST (Nicolas M. Short)

Konisches Scannen

Quelle: UCAR

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Scan-Zeile

Grundeinheit eines digitalen Bildes, das sich aus dem Aufnahmeprinzip des optomechanischen Scanners und des optoelektronischen Scanners ergibt. Die Bildelemente sind dabei durch Rotation oder Wippen eines Spiegels oder Prismas (optomechanische Scanner) bzw. durch zeilenweises Scannen mit Zeilendetektoren (optoelektronische Scanner) in einer quer zur Flugrichtung verlaufenden Folge angeordnet.
Die Zeilenbreite wird durch den Auslenkwinkel bei mechanischem Messprinzip bzw. durch die Anzahl der Detektoren pro Zeile bei elektronischem Messprinzip festgelegt.

Notwendige Korrekturen im Rahmen der Bildverarbeitung betreffen folgende Aspekte:

  • Passgenauigkeit der Scan-Zeilen in Streifenmitte mit Hilfe der Zeilenpassbedingung
  • Zeilenschiefe bei optomechanischen Scannern als Folge der Fortbewegung des Satelliten während der Aufnahme
  • Zeilenversetzung als Folge der Erdrotation

Beispiel für eine Zeilenversetzung:

Eine Scan-Zeile des Thematic Mapper (TM) auf Landsat-4 und -5 ist infolge eines Auslenkwinkels des wippenden Spiegels von ±16,5 gon (Gon) auf der Erdoberfläche 185 km breit und besteht aus ca. 6.120 Bildelementen. Eine TM-Szene setzt sich aus 5.984 Zeilen zusammen. Die Scanfrequenz beträgt 6,999 Hz. Eine Zeile wird in 59 ms, eine Szene in 27 s aufgenommen. Damit besteht eine Zeilenversetzung von der ersten zur letzten Zeile einer TM-Szene von ca. 12,4 km.

Scatsat-1

Erdbeobachtungssatellit der indischen Weltraumbehörde ISRO; er wurde am 25. September 2016 mit einer PSLV-Trägerrakete vom Raketenstartplatz Satish Dhawan Space Centre in eine sonnensynchrone Umlaufbahn gebracht (zusammen mit Alsat-1B 103 kg, Alsat-1N 7 kg und Alsat-2B 117 kg, SpaceMag-PV 10 kg, CanX-7 8 kg, Pathfinder 1 44 kg, PISat 5 kg). Der Satellit soll als Übergangslösung zu OceanSat-3 dienen, nachdem im Februar 2014 das Hauptinstrument von OceanSat-2 ausgefallen war.
Der dreiachsenstabilisierte Satellit ist mit einem Ku-Band-Scatterometer ausgerüstet und soll Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen auf den Ozeanen messen. Er wurde auf Basis des Satellitenbus IMS-2 der ISRO gebaut und besitzt eine geplante Lebensdauer von fünf Jahren. Das Hauptinstrument ist das OSCAT-2 (eine verbesserte Version von dem auf OceanSat-2, mit verbessertem Motor und diversen Hard- und Softwareverbesserungen). Es ist ein im Gigahertzbereich (13,515 GHz) arbeitendes Radar mit zwei Strahlen. Diese tasten mit einer sich mit 20,5 Umdrehungen pro Minute drehenden 1 m großen Antenne die Erdoberfläche unterhalb des Satelliten ab und bestimmt der die Windgeschwindigkeiten im Bereich von 3 bis 30 m/s mit einer Genauigkeit von etwa 2 m/s. Das pro Umdrehung abgetastete Oberfläche beträgt 1400 bzw. 1840 km im Durchmesser, da die Strahlen in einem Winkel von 42,6° bzw. 49,3° abweichend von der Senkrechten ausgestrahlt werden. Die Windrichtung kann auf 20° genau und mit einer räumlichen Auflösung von Zellen von etwa 25 km bestimmt werden. Die Energieversorgung des Satelliten übernehmen zwei Solarzellenflächen mit einer Gesamtleistung von 750 Watt und Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit 28 Ah Kapazität. Die Datenübertragung zur Erde erfolgt im X-Band, wobei die Daten intern auf einer SSD mit 52 GB gespeichert werden.

Weitere Informationen:

Scattergramm

Syn. Streuungsdiagramm; Darstellung der Verteilung der spektralen Grauwerte der Bildelemente eines digitalen Bildes oder von Ausschnitten desselben in einem Diagramm, der Anschaulichkeit halber in der Regel in einem zweidimensionalen spektralen Merkmalsraum. Jede Achse entspricht einem Spektralkanal, d.h. das Scattergramm eines Landsat-MSS-Datensatzes würde einen vierdimensionalen spektralen Merkmalsraum aufspannen. Die Koordinaten der Bildpunkte entsprechen den jeweiligen Grauwerten in den ausgewählten Spektralbereichen.
Scattergramme zeigen die Systematik der Grauwertverteilung von ausgewählten Objektklassen, z.B. Trainingsgebiete für die multispektrale Klassifizierung, in spezifischen Punktwolken (Cluster), deren Ausdehnung und Lage zueinander durch statistische Maße wie Schwerpunkt, Streuung, Varianz und Kovarianz ausgedrückt werden. Diese Maße sind Grundlagen der Verfahren der multispektralen Klassifizierung. Scattergramme können daher zur Abschätzung der Signifikanz ausgewählter Trainingsgebiete für eine folgende automatische Klassifizierung genutzt werden und zeigen ferner, ob eine Korrelation zwischen den Bildelementen in unterschiedlichen Spektralbändern besteht.

scattering

Engl. für Streuung; der Prozess, bei dem elektromagnetische Strahlung mit den Molekülen der Atmosphäre, des Ozeans oder der Landoberfläche interagiert und von ihnen umgelenkt wird. Der Begriff wird häufig für die Interaktion der Atmosphäre mit dem Sonnenlicht verwendet, welches die Atmosphäre blau erscheinen lässt. Die Ursache liegt darin, dass Licht am blauen Ende des Spektrums viel stärker gestreut wird als Licht nahe dem roten Ende.

Scatterometer

Engl. für Streustrahlungsmesser; ein nicht abbildendes, hochfrequentes Radarinstrument zur quantitativen Erfassung des Rückstreukoeffizienten der Geländeoberfläche in Funktion des Einfallswinkels (Inzidenzwinkel). Das Scatterometer sendet elektromagnetische Energie im Mikrowellenbereich (0,3 GHz - 300 GHz) aus und misst das Ausmaß der von den Objekten der Erdoberfläche in Richtung der Plattform rückgestreuten Energie in Funktion der technischen Parameter des Scatterometer, der Distanz zwischen der Plattform und den Objekten (Erdoberfläche) und den Eigenschaften der Objekte. Insbesondere macht man sich die Oberflächenrauigkeit zu Nutze. Scatterometer werden auf Flugzeugen und Satelliten eingesetzt.

Während Satellitenaufnahmen in den Spektralbereichen sichtbares und Infrarot-Licht dazu beitragen können, Stürme zu lokalisieren, vermögen sie jedoch keine Auskunft über die Oberflächenintensität zu geben. Nur das Scatterometer hat seine Fähigkeit bewiesen, Windgeschwindigkeit und Windrichtung in einem sehr breit gefassten Bedingungsspielraum mit relativ hoher Raumauflösung zu messen.

Dies geschieht beispielsweise über den Meeren, indem es die Rückstreuung misst, die von den kleinen windverursachten Rippeln auf der Wasseroberfläche ausgeht. Bei schrägem Einfallswinkel ist die Intensität der rückgestreuten Mikrowellenstrahlung von der Rauhigkeit der Wasseroberfläche abhängig, und diese wiederum von der Windgeschwindigkeit über der Wasseroberfläche. Die Genauigkeit beträgt wenige Zentimeter, so dass sich auch Wellenhöhen ermitteln lassen sowie ozeanische Strömungsfelder.
Die vom Scatterometer gelieferten Informationen über Windfelder erlauben es, Position und Zugbahn von Tiefdruckgebieten präziser nachzuverfolgen. Dies ermöglicht eine wesentliche Verbesserung des Genauigkeitsgrads von kurz- und mittelfristigen Vorhersagen.

Auf Land ist das Radarecho eine Funktion der Landbedeckung mit ihren Rauhigkeitsunterschieden.

Die inaktiven europäischen Fernerkundungssatelliten ERS-1 und ERS-2 erfassten mit Hilfe des AMI-SCAT durch drei Antennen den Rückstreukoeffizienten entlang eines 500 km breiten Streifens rechts der Flugbahn in einer nach rechts geneigten (mid beam), einer um einen Azimutwinkel von 45º nach vorne (fore beam) und einer um einen Azimutwinkel von 45º nach hinten (after beam) gedrehten Aufnahmerichtung. Die Daten wurden als Rückstreukoeffizenten in einem Raster mit 25x25 km großen Rasterelementen für jede der drei Antennen aufbereitet. Da das Scatterometer auf ERS vornehmlich zum Zwecke der Erfassung von Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen über Ozeanen konstruiert wurde, wird es des öfteren als Wind-Scatterometer bezeichnet. Später wurde das ERS-Scatterometer jedoch auch vermehrt zur Extraktion von Informationen über die Bodenfeuchte (wetness index) in der durch das C-Band erfassbaren obersten Bodenschicht von 0,5-2 cm herangezogen.

Isabel_ERS2_20031609_sm Windfeldkarte des Hurrikans Isabel

(15.23 UTC, 17.09.2003)

Diese Windfeldkarte wurde aus Daten des Wind-Scatterometers an Bord von ERS-2 am 17.9.2003 um 15h23 UTC erstellt.

Jedes Fähnchen auf dem Windfeld zeigt die Richtung und die Stärke des Windes an. Der Fahnenteil der Signaturen zeigt in die Richtung, aus der der Wind kommt. Erkennbar wird somit eine dem Uhrzeigersinn entgegen gerichtete Rotation um das Auge des Hurrikans.

Die Zahl der seitlichen Striche an einer "Fahnenstange" zeigen die Windstärke an: Je mehr Striche, um so stärker ist der Wind. Sechs Striche stehen für Windstärken über 32 Knoten. Zum Aufnahmezeitpunkt wurde Isabel in die Hurricane-Kategorie 2 eingestuft. Isabel hatte am 14.9.2003 Windgeschwindigkeiten von 170 Knoten erreicht und lag damit gerade unterhalb der Kategorie 5.

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Quelle: ESA
 

Damit liefern Scatterometer nicht nur eine enorme Menge von Windmessdaten hoher Qualität an die Meteorologen, sondern auch detaillierte Merkmale der dichten Wirbelsturmstrukturen, die mit anderen Erfassungsmethoden nur unter großen Schwierigkeiten erhältlich wären. Die Zeitauflösung (temporale Auflösung) ermöglicht dem Satelliten, alle 24 bis 48 Stunden ein Bild eines tropischen Wirbelsturms zu produzieren.

Über Landflächen messen Scatterometer den Rückstreukoeffizienten, der von Vegetation, Bodenrauigkeit, Bodenfeuchte und Einfallswinkel beeinflusst wird. Um z.B. den Bodenwassergehalt zu bestimmen, müssen die anderen Einflussgrößen berücksichtigt werden.

Mittlerer Bodenwasserindex ERS Scatterometer-Daten 1992-2000 Mittlerer Bodenwasserindex
ERS Scatterometer-Daten 1992-2000

Der mittlere Bodenwasserindex ist ein Trendindikator der Feuchtigkeits-verhältnisse in den oberen 100 cm der Böden, abgeleitet aus den ERS-FE-Daten. Der Wert 0% repräsentiert trockene, 100% steht für feuchte Verhältnisse.

Zu Animation auf Grafik klicken.

Quelle: TU Wien IPF
 

Scatterometer befanden sich u.a. an Bord der europäischen ERS-Satelliten (AMI), ferner des japanischen ADEOS-II und des amerikanischen QuikSCAT mit fast identischen Versionen des Instruments SeaWinds. Aktuell (2014) sind ein Ku-Band-Scatterometer (SCAT) auf dem indischen OceanSat-2, sowie zwei C-Band-Scatterometer (ASCAT) an Bord der europäischen MetOp-A und MetOp-B in Betrieb. Diese Konstellation wurde im September 2014 ergänzt durch das an der ISS montierte ISS-RapidScat.

Weitere Informationen:

Schall

Der Ton, das Geräusch oder Klang, der wahrgenommen werden kann. Der Schall stellt die Ausbreitung von kleinsten Druck- und Dichtestörungen in einem Medium (Gase, Flüssigkeiten, Festkörper) dar. Im Vakuum kommt Schall nicht vor.
Von einer Schallquelle verbreitet sich der Schall wellenartig als mechanische Schwingung aus. Die Schallgeschwindigkeit in der Luft beträgt etwa 340 m/s. Die Schallwelle wird durch die Frequenz (Tonhöhe) und Amplitude (Lautstärke) beschrieben. Der Hörbereich der Menschen erstreckt sich von etwa 20 Hz bis 20 kHz. Mit dem Alter kann nicht mehr der ganze Hörbereich wahrgenommen werden.
Der Schalldruck ist die, durch einen Ton hervorgerufene, sehr kleine Abweichung des Luftdruckes.

School-Lab

Siehe DLR_School_Lab

Schrägaufnahme

Engl. oblique view; franz. vue oblique; eine Schrägaufnahme liegt vor, wenn die Nadirdistanz mehr als 3° beträgt, die Aufnahme also schräg nach unten, z.B. aus einem Flugzeug erfolgt. Bilder dieser Art zeigen die Erdoberfläche ähnlich, wie man sie von einem hohen Aussichtspunkt aus sieht. Die aufgenommene Geländefläche ist meist etwa trapezförmig begrenzt, der Maßstab der Abbildung nimmt vom Vordergrund zum Hintergrund stark ab. Solche Luftbilder sind anschaulicher aber geometrisch/photogrammetrisch schwerer verarbeitbar als Nadir- oder Senkrechtaufnahmen. Ihre Bedeutung liegt vor allem in der bildhaften Dokumentation einzelner Objekte.
DIN 18716 definiert die Schrägaufnahme: "Aufnahme mit einem Neigungswinkel > 0° < 90°".

Schrägentfernung

Engl. slant range, franz. distance oblique; nach DIN 18716 die "von einem Radarsystem unmittelbar gemessene Entfernung".

Schwadbreite

Engl. swath width, franz. largeur de la bande de scannage; Breite des Aufnahmestreifens (Schwad) eines Scanners (bes. optoelektronischen Scanners) gemessen auf der Erdoberfläche in Kilometern senkrecht zur Flugbahn.

Die Schwadbreite hat entscheidenden Einfluß auf die Bildwiederholrate. Geostationäre Sensoren können bei entsprechender Auslegung alle 15 min ein Bild liefern (z.B. SEVIRI auf MSG), ein "weitwinkliger" Sensor mit einer Schwadbreite von 2.000 km erfaßt einen Ort auf der Erde mehr als 10 mal am Tag, während Systeme mit großen Brennweiten und Streifenbreiten von 30 km ein Gebiet nur etwa einmal im Monat erfassen.

Zusammenhang von Schwadbreite und Auflösung

schwadbreite_aufloesung

Zu größerer Darstellung auf Grafik klickenQuelle: National Science and Technology Council

Die Land-abbildenden Satelliten sind dazu optimiert, Bilder aufzunehmen mit sehr hoher Auflösung (Submeter), hoher Auflösung (1-3 Meter) oder mittlerer Auflösung (5-120 Meter). Diese Technologien versuchen, ein Höchstmaß an möglichst scharfen Bilddaten über sowohl natürliche, als auch menschengemachten physischen Eigenschaften der Erdoberfläche zu gewinnen. Die in der Grafik rot markierten Bereiche illustrieren die 2007 gegebenen Fähigkeiten amerikanischer Satelliten im operationellen Bereich mit mittlerer Auflösung. Es ist zu beachten, dass der VIIRS-Sensor der NOAA die meisten Anforderungen an gering auflösende Bilder bedienen kann, und dass hochauflösende Systeme in amerikanischen Privatfirmen zur Verfügung stehen.
Sensoren mit nur geringer Auflösung (z.B. die MODIS-Instrumente an Bord von Terra und Aqua, Auflösung 250 m bis 1 km) liefern häufige, nahezu tägliche Abdeckungen der Erdoberfläche. Diese Beobachtungen werden benötigt, um großräumige dynamische Prozesse wie Schneebedeckung und -schmelze zu dokumentieren, die regionale Vegetationsperiode mit ihrem Einsetzen und Ende, die jährliche Ausdehnung und der Rückzug von Eisschilden - Prozesse, die potentiell ein sich änderndes Klima widerspiegeln. Am anderen Ende der Skala befinden sich kommerzielle Satellitensysteme mit, die mit ihren Schwadbreiten von ca. 15 km hochaufgelöste Bilder im Submeter-Bereich von kleinen Gebieten liefern.
Im Bereich der mittleren Auflösungen können Entscheidungen über die Landnutzung und deren Konsequenzen am besten beobachtet werden. Land wird typischerweise in relativ kleinen Flächeneinheiten bewirtschaftet, es ist dann eine mehr oder weniger große Acker- oder Wald-Parzelle oder eine Wohnsiedlung. Diese Entscheidungen verbinden sich über die Landschaftsskala mit regionalen bis globalen Konsequenzen, die über eine saisonale bis jährliche Basis weiter bestehen.
Landsat ist dazu ausgelegt, relativ hoch ausgelegte Bilder der Erde zu erzeugen und relativ oft die gesamte Erde abzudecken. Insofern nimmt Landsat hinsichtlich seiner Auflösung einen mittleren Platz ein und bedient für die Wissenschaft sowohl Ansprüche im operationellen Bereich, wie auch für die Grundlagenforschung.

 
Schwarzer Körper

Syn. schwarzer Strahler, planckscher Strahler, engl. black body; idealerweise ein Körper, der jegliche auftreffende elektromagnetische Strahlung absorbiert, d.h. keine Energie wird reflektiert oder übertragen. Er selbst emittiert Strahlung entsprechend dem Planckschen Strahlungsgesetz. Diese hängt nur von seiner Temperatur und nicht von seiner materiellen Beschaffenheit ab. Es findet keine Reflexion oder Transmission von Strahlungsenergie statt. In der Realität sind die idealisierten Eigenschaften des Schwarzen Körpers nur näherungsweise innerhalb begrenzter Spektralintervalle zu erreichen.

Schwarzer Körper Schwarzer Körper

Die Abbildung stellt einen Schwarzen Körper dar,
der zur Kalibrierung der Instrumente ERBE
und CERES verwendet wird.


Quelle: My NASA Data Glossary
 
Schwarzweißinfrarotfilm

Die Empfindlichkeit von Schwarzweissinfrarotfilmen erstreckt sich von 0,3 bis 0,9 μm und umfasst somit auch die kurzwellige UV- und Blaustrahlung. Der kurzwellige Bereich der Strahlung wird daher durch Filter ausgeschaltet, so dass das erhaltene Schwarzweiss-Infrarotbild eine Grauabstufung vom sichtbaren Grün bis zum nahen Infrarot zeigt. Durch das Ausfiltern kurzer, streuungsanfälliger Wellenlängenbereichen eignet sich die Schwarzweißinfrarot-Photographie sehr gut für Aufnahmen bei Dunst.

Schwell(en)wertverfahren

Engl. thresholding , Fr. seuillage d'image; Gruppe von Algorithmen zur Segmentierung digitaler Bilder. Segmentierung allgemein kann ein wichtiger Schritt zur Bildanalyse sein, beispielsweise um Objekte im Bild zu erkennen. Mit Hilfe von Schwellenwertverfahren kann man in einfachen Situationen entscheiden, welche Bildpunkte (Pixel) gesuchte Objekte darstellen und welche deren Umgebung angehören. Schwellenwertverfahren führen zu Binärbildern, beispielsweise zur Erstellung von Wolkenmasken (bewölkt / nicht bewölkt).

Ein Anlass für die Verwendung von Binärbildern ist meist die Verfügbarkeit schneller Binärbild-Algorithmen; die Speicherplatzersparnis spielt in Bildverarbeitungsanwendungen heute eine geringere Rolle.

Wie bei allen Segmentierungsverfahren werden auch bei den Schwellenwertverfahren Bildpunkte verschiedenen Gruppen – den so genannten Segmenten – zugeordnet. Das zu segmentierende Bild liegt dabei in Form von Zahlenwerten (ein oder mehrere Farbwerte pro Pixel) vor. Die Zugehörigkeit eines Pixels zu einem Segment wird durch den Vergleich des Grauwertes oder eines anderen eindimensionalen Merkmals mit einem Schwellenwert entschieden. Der Grauwert eines Pixels ist sein reiner Helligkeitswert, weitere Farbinformationen werden nicht berücksichtigt. Da diese Operation meistens für jedes Pixel unabhängig angewendet wird, ist das Schwellenwertverfahren ein so genanntes pixelorientiertes Segmentierungsverfahren.

Schwellenwertverfahren gehören zu den ältesten Methoden in der digitalen Bildverarbeitung. Schwellenwertverfahren lassen sich aufgrund ihrer Einfachheit schnell implementieren und Segmentierungsergebnisse können mit geringem Aufwand berechnet werden. Die Qualität der Segmentierung ist im Allgemeinen jedoch schlechter als bei komplexeren Verfahren. Eine hundertprozentig richtige Zuweisung der Klassen gibt es nicht. Die natürliche Abwandlung der spektralen Merkmale z.B. von verschiedenen Landnutzungsklassen bestimmt entscheidend die Genauigkeit. Fehler können z.B. auftreten, wenn verschiedene Oberflächen mehr oder weniger gleiches spektrales Verhalten aufweisen oder homogen angesehene Oberflächen Anteile signifikant verschiedener Klassen enthalten. Neben der unsicheren Klassenzuweisung können auch bei der benutzerabhängigen Klassendefinition unscharfe Aussagen das Klassifikationsergebnis beeinträchtigen.

Schwellwertbild

Engl., threshold image; entsteht durch die Zusammenfassung des gesamten Schwärzungs- oder Grauwerteumfangs von Luftbildern oder digitalen Bilddaten in mehrere, dem Auswertungszweck angepasste Tonwertklassen, den Äquidensiten. Sie kann auf analogem photographischen Weg oder auch mittels Verfahren der digitale Bildverarbeitung erfolgen.

Schwerefeld der Erde

Jeder Stern und jeder Planet erzeugt ein Schwerkraft- oder Schwerefeld. Mit seiner anziehenden Kraft sorgt es dafür, dass die Erde um die Sonne und der Mond um die Erde fliegen, und es ist ebenso dafür verantwortlich, dass Mensch und Tier an der Erdoberfläche bleiben. Wäre die Erde eine perfekte Kugel, so wäre das Schwerkraftfeld um unseren Planeten herum völlig symmetrisch und würde von der Erde weg in allen Richtungen gleichermaßen abnehmen. Das ist jedoch nicht der Fall.

Einerseits entsteht durch die Rotation unseres Planeten um die eigene Achse eine Fliehkraft. Sie ist am Äquator am stärksten und nimmt zu den Polen hin bis auf null ab. Daher zieht die Fliehkraft unseren Planeten auseinander, und die Erde gleicht eher einem Rugbyball oder Ellipsoid: Der Durchmesser am Äquator ist um 21 Kilometer größer als von Pol zu Pol. An den Polen ist die Anziehung um ca. 1/200 größer als am Äquator – aufgrund der Abplattung der Erde und der am Pol wegfallenden Fliehkraft. Dies bewirkt, dass ein normalgewichtiger Mensch am Pol etwa 350 Gramm mehr wiegt als am Äquator. Wäre die Erde ansonsten gleichmäßig aufgebaut, wäre das Ellipsoid auch die exakte Form des Meeresspiegels – des Geoids.

Darüber hinaus gibt es auch auf kleineren Skalen Abweichungen von einem perfekten Ellipsoid, zum Beispiel durch Gebirge und Tiefseerinnen. Diese ungleichmäßige Topographie äußert sich in entsprechenden Unregelmäßigkeiten im äußeren Schwerefeld. Zudem ist auch das Erdinnere nicht gleichförmig aufgebaut. Es gibt Bereiche aus sehr dichtem und schwerem Gestein. Dort herrscht eine stärkere Erdanziehungskraft. An anderen Stellen ist das Krustenmaterial leichter, dort ist das Erdschwerefeld geringer. Solche so genannten Anomalien entstehen zum Beispiel in Bereichen, wo Kontinentalplatten aufeinander stoßen oder voneinander wegdriften.

Auch kleinere Effekte wie die Gezeiten (Anziehung durch Mond und Sonne) spielen eine Rolle.

Diese Unregelmäßigkeiten des Erdkörpers spiegeln sich unmittelbar in der Struktur des Schwerefeldes wider. Die zusätzlichen Abweichungen wirken sich in der Schwerkraft bis zu 0,01% aus, in der Lotrichtung bis 0,01° und im Geoid bis 100 Meter. Stellt man das Feld in einer räumlichen Karte dar, so sieht die Erde wie eine Kartoffel aus. Für Geophysiker ist ein „Schwerefeldatlas“ ebenso wertvoll wie eine topographische Karte für Landvermesser. Er enthält eine Fülle von Informationen.

Wenn wir die Erde als Ellipsoid (das durch die Erdrotation entsteht) approximierten, würden wir feststellen, dass die Schwerebeschleunigung überall auf der Erde verschieden ist. Durch die Erdrotation ist die Figur der Erde keine Kugel, sondern an den beiden Polen abgeplattet und hat dort eine jeweils ca. 10 km zum Erdmittelpunkt hin geringere Distanz als am Äquator, wo der Radius 10 km länger als der mittlere Radius ist. Somit hat die Erde eine leichte Ellipsoidform und ist keine Kugel. So beträgt z.B. der Wert von g am Äquator 9,81 m/s², hat jedoch an den Polen einen Wert von 9,83 m/s². Der Wert wächst also kontinuierlich, insgesamt um 2 Promille (1% = 10 Promille). Ein Beispiel: Eine Waage, die am Äquator 70 kg anzeigt, zeigt demnach am Pol 140 g mehr an.

Quelle: GFZ Potsdam
 

Die Masse auf unserem Planeten ist nicht gleichmäßig verteilt. So wird die Gleichgewichtsfläche (Äquipotentialfläche) deformiert. Die entstehende Figur der Erde mit unregelmäßiger Oberfläche wird Geoid genannt.
Die Wärme, die im Erdkern erzeugt wird, wird durch Konvektionsströme im äußeren Erdkern und im Erdmantel nach außen transportiert. Diese Prozesse führen zu einer unregelmäßigen Verteilung von Temperatur und Materie im Inneren der Erde. Daraus folgen Dichtevariationen, die sich in Schwereanomalien und den Geoidvariationen an der Oberfläche zu erkennen geben. Durch eine ungleichmäßige Massenverteilung in der festen, auf dem zähflüssigem Mantel schwimmenden äußeren Hülle der Erde mit ihren großen Höhenunterschieden zwischen Meeresboden und Landoberfläche treten zusätzliche Anomalien auf. Die Abweichungen des Geoids von der Ellipsoidoberfläche, die sogenannten Geoidundulationen, betragen aber höchstens 100 m nach oben oder unten.

Außerhalb der Erde ist das Schwerefeld der Kugelfom angenähert, da der gravitative Effekt die anderen bei weitem überwiegt. Die Abweichungen liegen nur im Promille-Bereich und beeinflussen erdnahe Satellitenbahnen auf einige Kilometer bzw. Zehntelgrad pro Stunde.

Das Erdschwerefeld hat seinen höchsten Wert an der Erdoberfläche. Im Inneren der Erde nimmt das Schwerefeld mit dem Abstand vom Erdmittelpunkt annähernd linear ab. Am Erdmittelpunkt selbst ist das Schwerefeld Null, es herrscht Schwerelosigkeit.

Satelliten bieten die einzige Möglichkeit, das gesamte Schwerkraftfeld der Erde einheitlich zu vermessen. Das funktioniert nach folgendem Prinzip: Der Satellit umkreist die Erde auf einer festen Bahn, auf der sich die zur Erde gerichtete Schwerkraft und die nach außen gerichtete Fliehkraft genau die Waage halten. In einem vollkommen symmetrischen Schwerefeld würde sich der Satellit auf einer Ellipsen- oder Kreisbahn bewegen. Überfliegt er aber eine „Beule“ oder „Delle“ im Schwerefeld, so ergeht es ihm ähnlich wie einem Surfer im Meer: Er fliegt auf einer leichten Wellenbahn. Im Bereich stärkerer Schwerkraft, wird er beschleunigt und steigt hoch, über einem Gebiet mit schwächerer Schwerkraft wird er langsamer und sinkt ab. Verfolgt man die Bahn des Satelliten exakt, so lässt sich aus den Bahnschwankungen das Erdschwerefeld rekonstruieren.

Mit den drei Schwerefeldsatellitenmissionen CHAMP, GRACE und GOCE ist ein Qualitätssprung hinsichtlich Genauigkeit, Auflösung und globaler Überdeckung zu erwarten, bzw. schon eingetreten. Von den drei Missionen wird GOCE die höchste räumliche Auflösung erreichen und Strukturen ab ca. 70 km Größe erfassen können. GRACE hingegen zielt eher auf die Messung von zeitlichen Variationen im Schwerefeld.

Damit wird die Einbeziehung von Schwerefeldinformation auch für eine wachsende Zahl von geowissenschaftlichen Anwendungen interessant werden. Die Beschreibung der Lithosphärenstruktur durch die Kombination von seismischen Ergebnissen mit Schwerefelddaten ist ein gutes Beispiel. Vor allem aber werden die wichtigsten physikalischen Bezugsflächen, Geoid und Meeresoberfläche, durch das Erdschwerefeld festgelegt bzw. wesentlich davon beeinflusst. Das Geoid ist die Fläche, die genähert mit dem mittleren Meeresspiegel übereinstimmt und auf der das Erdschwerepotential konstant ist. Das Schwerefeld ändert sich wegen Massenverlagerungen innerhalb des Erdsystems (z. B. Tektonik, Atmosphäre, Ozeane, Grundwasser) und muss deshalb zeitabhängig behandelt werden. Die Kenntnis des Schwerefeldes ist auch für die Geophysik und Raumfahrt wichtig. Die Variation der Meeresoberfläche hat für die Ozeanographie und Erforschung des globalen Wandels große Bedeutung. Sie führt aber auch dazu, dass die Höhensysteme verschiedener Länder ein unterschiedliches Niveau haben.
Neue Schwerefeldmissionen, etablierte Raumbeobachtungsverfahren sowie die Satellitenaltimetrie, die präzise Punktpositionierung durch GPS sowie traditionelle Registrierungen von Pegeln müssen kombiniert werden, um die Beziehungen zwischen Geoid und Meeresspiegel zu präzisieren.

Weitere Informationen:

Schwerepotential

Das Schwerepotential der Erde setzt sich aus dem Gravitationspotential V und dem Zentrifugalpotential Z zusammen: W=V+Z.

SCIAMACHY

Engl. Akronym für Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography; SCIAMACHY ist ein Atmosphären-Sensor auf der beendeten Satellitenmission Envisat . Er arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie GOME (Global Ozone Monitoring Experiment), der Sensorkonfiguration auf der ebenfalls abgeschlossenen Mission ERS-2, jedoch im erweiterten Wellenlängenbereich von 240 bis 2.380 nm. Das Instrument besitzt acht optische Kanäle. Diese arbeiten im sichtbaren Spektrum sowie in den angrenzenden Bereichen des nahen Ultravioletts und des nahen Infrarots. Für die Infrarotkanäle wurden spezielle Detektoren entwickelt. Aus den Spektren, die mit dem Instrument gemessen werden, können am Boden die Konzentrationen von 15 Bestandteilen der Atmosphäre sowie Druck und Temperatur bestimmt werden. Außerdem kommen verschiedene Mess-Modi zum Einsatz: neben der Nadir-Messung die Limb-Messung (Blickrichtung über den Horizont zum Rand der Atmosphärenschicht), die Okkultations-Messung (Messung von durch die Atmosphäre geschwächtem Sonnen- oder Mondlicht) sowie kombinierte Messungen. Aus den Daten können Erkenntnisse über weitere Spurengase und ihre dreidimensionale Verteilung in der Troposphäre und unteren Stratosphäre gewonnen werden.

Messmodi bei SCIAMACHY
Messmodi bei SCIAMACHY  

Im Nadir-Modus wird der Atmosphärenausschnitt direkt unter dem Instrument gemessen.

 

Im Limb-Modus blickt das Instrument an den Rand der Atmosphäre.

 

Okkultationsmessungen werden mit der gleichen Geometrie durchgeführt wie beim Limb-Modus, aber die Sonne oder der Mond befindet sich im Blickfeld des Instruments.

Quelle: Uni Bremen IUP
 

Ein wichtige Eigenheit von SCIAMACHY ist die Möglichkeit, den gleichen Atmosphärenausschnitt zunächst im Limb- und 7 Minuten später im Nadir-Modus zu betrachten. Dieses Kombinationsverfahren erbringt 3D-Informationen über die Atmosphäre.

Weitere Informationen:

Scientific Committee on Oceanic Research (SCOR)

Führende Nichtregierungsorganisation zur Förderung und Koordinierung internationaler ozeanographischer Aktivitäten unter dem Dach des International Council for Science (ICSU).

Weitere Informationen: SCOR (ICSU)

SCISAT-1 (SCISAT-I/ACE)

Engl. Akronym für Science Satellite 1; 2003 gestartete, kanadische Satellitenmission zur Untersuchung der Ozonschicht mit Kanada und Arktis als räumlichem Schwerpunkt. Die Messungen werden mit Daten kombiniert, die von boden-, ballon- oder anderen weltraumgestützten Projekten zusammengetragen wurden.
Es befinden sich folgende zwei Hauptinstrumente an Bord des 150 kg schweren Satelliten:

  • ACE-FTS (Atmospheric Chemistry Experiment Fourier Transform Spectrometer) - dieses Gerät zeichnet beim Durchgang des Sonnenlichtes durch die Atmosphäre mit Okkultationsmessungen das Sonnenspektrum auf und erlaubt dadurch die Analyse chemische Elemente in der Atmosphäre
  • MAESTRO (Measurements of Aerosol Extinction in the Stratosphere and Troposphere Retrieved by Occultation)

SCISAT liefert nicht nur zum Ozonabbau exzellente Daten, sondern auch zur Klimaveränderung, Luftqualität und -verschmutzung. Der Satellit bewegt sich auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn (Inklination 74°) in 650 km Höhe und hat einen Wiederholzyklus von 15 Tagen. Man erwartete ursprünglich eine Einsatzdauer von 2 bis 5 Jahren, im Oktober 2016 war der Satellit noch immer in Betrieb.

Weitere Informationen:

SCOR

Siehe Scientific Committee on Oceanic Research

Sea Launch

Zur Zeit (2013) einziges Raumfahrt-Unternehmen, das Trägerraketen (Zenit-3SL) für kommerzielle Satelltenmissionen von einer umgebauten Bohrplattform aus startet. Gegründet wurde die Firma 1995 von einem internationalen Firmenkonsortium aus Boeing (verantwortlich für Nutzlasten und Starts), RKK Energija (Hersteller der Block DM-Oberstufe), SDO Yuzhnoye/PO Yuzhmash (Herstellung der Zenit) und Aker Kvaerner (verantwortlich für die Startplattform "Odyssey" und das Kommandoschiff "Sea Launch Commander"). Nach einem Insolvenzverfahren befand sich die Firma Sea Launch AG seit 2010 im Mehrheitsbesitz von Energia Overseas Ltd., einer Tochterfirma des russischen Raumfahrtkonzerns RKK Energija. Im September 2016 wurde die Übernahme durch die russische S7 Airlines angekündigt. Der Sitz der Firma ist Nyon, CH.

Die Firma startet fast ausschließlich Kommunikationssatelliten, und zwar vom Äquator aus bei 154° w.L., etwa 2.200 km südlich von Hawaii. Da alle Kommunikationssatelliten in einer äquatorialen geostationären Bahn umlaufen, ist man so in der Lage, die Flugbahn der Trägerrakete mit Hilfe der Erdrotation zu optimieren. Die Rotationsgeschwindigkeit der Erde stellt in Äquatornähe schon einen gehörigen Teil der für einen Orbit nötigen Geschwindigkeit bereit, so dass die Rakete weniger Leistung aufbringen muss. Auch wird der Satellit direkt in die Umlaufbahn auf Äquatorebene gebracht, was eine längere Lebensdauer (größere Restmengen an Treibstoff für Kurskorrekturen) und größere Nutzlasten ermöglicht.

Sea Launch

 

Links: Sea Launch Plattform mit Zenit-Trägerrakete und Sea Launch Commander im Hafen

Rechts: Start von DirecTV-1R (2008)

Quelle: Sea Launch
 

Russlands Kosmodrome sind jedoch alle weit vom Äquator entfernt, so dass man sich überlegte, wie man trotzdem mit der günstigen Zenit wettbewerbsfähig starten konnte. Nach den ersten Studien 1993 entstand 1995 das Projekt Sea Launch. Die nächsten 4 Jahre wurden zum Aufbau der Infrastruktur genutzt. So wurde das Kommandoschiff "Sea Launch Commander" gebaut und aus einer ausgedienten Ölbohrplattform entstand die Startplattform "Odyssey". Der Heimathafen von sowohl "Sea Launch Commander" als auch "Odyssey" befindet sich in Long Beach, Kalifornien. Einige Wochen vor einem Start wird die Zenit-Rakete in einen Hangar auf der Startplattform geladen, danach fahren sowohl das Schiff als auch die Startplattform zu einer Stelle im Pazifik. Kurz vor dem Start wird die Rakete aufgerichtet und die Startmannschaft wechselt auf die "Sea Launch Commander". Der Start selbst erfolgt ferngesteuert von der dann unbemannten Startplattform. Zusätzlich zu der sich auf der Startplattform befindenden Rakete kann die "Sea Launch Commander" weitere Raketen transportieren. Davon wird jedoch kein Gebrauch gemacht, da die Startrate relativ niedrig ist, und so für beide Schiffe genug Zeit bleibt, um in den Heimathafen zurückzukehren. Gestartet wird mit der Zenit-3SL, einer Zenit-2 mit Block DM-Drittstufe und einigen Modifikationen für den Start von See aus. Der Erstflug mit einem Dummy-Satelliten fand 1999 statt, der erste kommerzielle Flug folgte noch im selben Jahr.

Im April 2005 wurde der mit über 6.000 kg bislang schwerste Kommunikationssatellit gestartet.

Sea Launch ist nicht die erste im Meer verankerte Startplattform. In den 70er Jahren wurde vor der Küste Kenias die San-Marco-Plattform zum Start von Scout- und Höhenforschungsraketen verankert. Von der Hubinsel "Barbara" erfolgten zu Beginn der 1970er Jahre einige Raketenerprobungen im Auftrag der Bundeswehr.

Weitere Informationen:

Search and Rescue (SAR) Instruments

Instrumente an Bord verschiedener Satelliten (z.B. NOAA-L) zur Aufspürung von Notfallsignalen.

Seasat

Erster Satellit zur Beobachtung der Weltmeere mit Mikrowellensensoren. Seasat, der im Juni 1978 gestartet wurde und im Oktober 1978 seinen Dienst versagte, trug fünf Sensoren: ein Radaraltimeter, ein Scatterometer, ein SAR, ein Radiometer für den sichtbaren und den infraroten Bereich sowie ein abtastendes, mehrkanaliges Mikrowellenradiometer.
Die Daten betrafen folgende Parameter: meeresoberflächennahe Winde, Meeresoberflächentemperaturen, Wellenhöhen, interne Wellen, Strömungen, Gezeiten, marines Geoid, Wassergehalt der Atmosphäre, Meereischarakteristik und Ozeantopographie.

Sea Surface Temperature (SST)

Engl. für Meeresoberflächentemperatur; mit Fernerkundungsmethoden wird die SST aus 2-Kanal-Messungen im THIR (10 und 12 Mikrometer bei Tag, sowie 3,7 und 10 Mikrometer bei Nacht) oder im Mikrowellenbereich berechnet.

Das Wasser absorbiert die von der Sonne eingestrahlte Energie und gibt sie wieder als Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich von 1.000-1.200 Nanometer ab. Satelliten wie METEOSAT oder NOAA-AVHRR haben Sensoren an Bord, die für diese Wellenlängen empfindlich sind. Durch Eichverfahren kann die registrierte Strahlungsdichte in Grad Celsius umgerechnet werden. Die Werte der SST beziehen sich auf die obersten 2-3 cm der Wasseroberfläche, die relative Genauigkeit ist besser als 1 Grad.
Die Meerestemperatur bestimmt das Vorhandensein von Plankton (kaltes Wasser bindet mehr Sauerstoff und bietet bessere Voraussetzung für Plankton), das als Nahrung für Fische dient. Algenwachstum wird dagegen durch warmes Wasser begünstigt. Meeresströmungen transportieren kaltes bzw. warmes Wasser (Golfstrom) und beeinflussen wesentlich das globale Klima.

Über die SST ist auch das ENSO-Phänomen (El Niño-Southern Oscillation) aus dem Weltraum beobachtbar: ENSO äußert sich in einer Umkehr der normalerweise von der Westküste Südamerikas nach Westen gerichteten Meereströmung, so daß stark erwärmtes Oberflächenwasser vom Pazifik an die amerikanischen Küsten getrieben wird und dort das kalte sauerstoffreiche Wasser des Humboldstroms verdrängt. Starke Niederschläge sind die Folge. El Niño-Southern Oscillation ist besonders gut in Karten der Temperaturabweichung vom Normalzustand deutlich. Aufgrund des Wärmeausdehnungseffekt sind diese lokalen Temperaturschwankungen auch sehr gut in Karten der Höhenauslenkung der Meeresoberfläche erkennbar. Zur Verdeutlichung der Effekte werden meist Differenzkarten zum mittleren Zustand dargestellt. Neben der Oberflächentemperatur ist auch die Meeresoberflächenauslenkung vom Satelliten aus messbar.

Sea-viewing Wide Field-of-View Sensor (SeaWiFS)

SeaWiFS ist ein Sensor zur Ermittlung der Ozeanfarbe und damit zur Untersuchung der Primärproduktion im Meer sowie den Interaktionen zwischen ozeanischen Ökosystemen und Atmosphäre. Ferner dient er der Beobachtung von El Niño im Pazifik, von Waldbränden, Staubstürmen oder der Entwicklung von Hurrikanen.

Pflanzen auf Land und im Ozean (Phytoplankton) enthalten Chlorophyll, ein grünes Pigment, das sie während der Photosynthese einsetzen. Mit Hilfe von Satellitensensoren kann man die Chlorophyll-Konzentration auf Land, im Ozean und in Seen messen und damit die Verteilung und die Dichte der Vegetation angeben. Da zudem das tierische Leben überwiegend auf der Vegetation als Nahrungsgrundlage beruht, benutzen Wissenschaftler diese Bilder als Dokumentation der irdischen Biosphäre insgesamt.

Seastar-Satellit mit dem SeaWiFS-Sensor Seastar-Satellit
mit dem SeaWiFS-Sensor



Quelle: NASA

SeaWiFS befindet sich an Bord des SeaStar-Satelliten, der 1997 in seine sonnensynchrone Umlaufbahn in 705 km Höhe gebracht wurde. SeaWIFS besteht aus einem optischen Scanner und einem Elektronikmodul. Seine räumliche Auflösung beträgt 1,13 km, die Anzahl der Bänder 8, und zwar mit Wellenlängen von 402-885 nm.
SeaWiFS hat am 10. Dezember 2010, nach mehr als 13 Betriebsjahren, seinen Dienst aufgegeben.

Die globale Biosphäre Die globale Biosphäre im Zeitraum
von September 1997 bis August 1998

Orthographische Projektion

Legende

Zu größerer Darstellung auf Abb. klicken

Quelle: NASA (R.o.)

SeaWiFS-Daten sind auf einer Reihe von Webseiten frei zugänglich, wobei die wichtigste Seite das Ocean Color Web der NASA ist. Dort werden auch weitere Missionen vorgestellt, die sich mit Ozeanfarbe befassen.

Weitere Informationen: SeaWiFS Project - Startseite (NASA, GSFC)

SeaWinds

Instrument auf den inzwischen inaktiven Satelliten QuikSCAT und ADEOS-II zur Messung der oberflächennahen Winde über den eisfreien Ozeanen hinsichtlich Stärke und Richtung. Es kann auch für bestimmte Anwendungen auf Land und für Meereisanwendungen eingesetzt werden. Seine räumliche Auflösung beträgt 25 km.

Quelle: NASA (R.o.)

SeaWinds Scatterometer

Die Antenne (SAS) besteht aus einem 1-Meter-Parabolreflektor, der auf einem Drehmechanismus montiert ist, welcher den Reflektor zu 18 Umdrehungen pro Minute antreibt (18 Rpm, revolutions per minute). Der Drehmechanismus gewährleistet eine sehr genaue Drehkontrolle und liefert genaue Positions- oder Ausrichtungsinformationen zum CDS. Optische Encoder - Glasscheiben mit schmalen, oberflächlich aufgedruckten Mustern - teilen dem CDS mit einer Genauigkeit von ca. 10/1000 eines Grades mit, wohin die Antenne hinzeigt. Die Antenne dreht sich mit einer sehr genauen Rate und sendet zwei, ca. 6 Grad auseinander liegende Strahlen aus, die beide aus einem kontinuierlichen Strom von Pulsen bestehen.
Die Zwei Strahlen sind nötig, um korrekte Messungen der Windrichtung zu erhalten. Die Ausrichtung dieser Strahlen wurde vor dem Start genau kalibriert, so dass die Echos aus dem All am Boden genau lokalisiert werden können.

 

SeaWinds ist ein Scatterometer genanntes Radarinstrument, mit dem hochfrequente Mikrowellenimpulse (13,4 Gigahertz, Ku-Band) zur Meeresoberfläche ausgesandt und die reflektierten (backscattered) Radarstrahlen vom Satelliten gemessen werden. Das Instrument ertastet mit den Mikrowellen die vom Wind verursachten Rippeln auf der Meersoberfläche. Die Stärke der Rückstreuung ist abhängig von der Rauigkeit der Wasseroberfläche. Diese ist stark korreliert mit der oberflächennahen Windgeschwindigkeit und -richtung. Daher können die Wissenschaftler die Windrichtung und -stärke aus diesen Informationen berechnen, gewöhnlich bezogen auf 10 m Höhe.

SeaWinds benutzt eine rotierende Schüsselantenne, deren Strahlenbündel auf dem Boden eine Kreisbewegung vollziehen. Dabei bestreifen sie eine 1.800 km breite Bodenspur. Derartige Instrumente vermögen ein Vielfaches an Datenmaterial zusammenzutragen als es mit Bojen und Schiffen möglich wäre, und sie liefern die Daten kontinuierlich, genau, mit hoher Auflösung und wetterunabhängig. Täglich fallen ca. 400.000 Messungen von 90 % der Erdoberfläche an.

Das SeaWinds-Instrument auf QuikScat war von 1999 bis 2009 in Betrieb. Die nahezu identische Version auf ADEOS-II lieferte von Dezember 2002 bis Oktober 2003 Daten zur Erde. Zur Zeit (2014) sind von Seiten der EUMETSAT zwei Exemplare der polarumlaufenden MetOp-Serie mit Scatterometern (ASCAT) im operationellen Betrieb. Sie arbeiten im C-Band (ca. 5 GHz).

Taifun Olga am 1.8.1999 dokumentiert durch SeaWinds

Die starken Oberflächenwinde des Taifuns Olga, erkennbar an den spiralförmigen Linien, befinden sich mit ihrem Kern über dem Chinesischen Meer südlich von Südkorea. Olga begann als tropische Depression bei den Philippinen und zog nordwärts bis zu seinem Übertritt auf Land in Korea. Dort richtete er beträchtliche Zerstörungen an. Gleichzeitig wird der NE-Pazifik von einem persistenten Hoch dominiert, dessen antizyklonale Drehrichtung starke küstenparallele Winde vor Kanada und den USA bedingt. Nördlich der Antarktis sind drei Gruppen sehr intensiver Winterstürme auszumachen.

Zu größerer Darstellung auf Abbildung klicken

Quelle: NASA
 

Weitere Informationen:

Seegangsfehler

Engl. sea state bias; bei der Satellitenaltimetrie auftretender Effekt, der das Radarecho über dem Meeresspiegel durch Seegang verfälscht, da bei Seegang nicht alle vom Radarsignal getroffenen Flächenelemente zu dem gleichen Rückstreukoeffizienten führen. Der Seegangsfehler besteht im wesentlichen aus dem elektromagnetischen Bias. Weitere Fehleranteile werden durch das Altimeter selbst und die Analyse des Radarechos verursacht. Der Seegangsfehler wird empirisch, und zwar proportional zur signifikanten Wellenhöhe bestimmt. Typische Faktoren für Seasat-Radar, Geosat und ERS-1 liegen zwischen drei und sieben Prozent. Bei TOPEX/POSEIDON wurden auch lineare oder quadratische Abhängigkeiten von der Windgeschwindigkeit berücksichtigt.

Seevermessung

Seevermessung ist zum einen die topographische Aufnahme des Meeresbodens und der Wattflächen, zum anderen die Ortsbestimmung von unbewegten Objekten auf See über und unter dem Wasser. Die Aufnahme des Meeresbodens und der Wattflächen ist dabei die Aufgabe der Seevermessung im engeren Sinne. Zur Vermessung gehören die Erfassung, die Auswertung, die Modellierung und die Präsentation der Morphologie, die Beschaffenheit und Gestalt des Bodens. Das eigentliche Aufgabenfeld ist vielseitiger. Daneben sind aber vor allem auf dem Seegrund Objekte aufzunehmen, die für die Schifffahrt von Bedeutung sind (z.B. Wracke).
Die Seevermessung ist somit ein Teil der Geomatik (Geodäsie und Geoinformatik).
Die topographische Aufnahme des Meeresbodens und einzelner Objekte auf dem Meeresboden (Wracke u.ä.) ist eine wesentliche Voraussetzung für die sichere und wirtschaftliche Schifffahrt. Aber auch für andere Aufgaben bilden die Vermessungsergebnisse wichtige Grundlagen (z.B. Küstenschutz, Umweltschutz, Meereskunde, Wasserbau, Archäologie).
Für die Messung der Tiefe werden in der Regel Vertikalecholote verwendet. Für bestimmte Gebiete ist es erforderlich, flächendeckend zu vermessen. Für solche Zwecke kommen Fächerlote zum Einsatz, die eine Überdeckung des Seegrundes von einem mehrfachen der Wassertiefe erreichen.

usgs_seafloor Quelle: USGS Meeresboden-Kartierung (USGS, Woods Hole)

Der U.S. Geological Survey sammelt mit Hilfe eines Forschungsschiffes Daten, um den Meeresboden und die darunter liegenden geologischen Verhältnisse zu kartieren.
Differential Global Positioning Systeme (DGPS) leiten das Schiff und die Position der Ausrüstung. Ein einstrahliges Echolot misst die Wassertiefe und liefert ein kontinuierliches Profil des Meeresbodens unter dem Schiff. Dabei sendet und empfängt ein 3,5-kHz-Profiler Schallpulse, die ca. 5 - 10 m in den Meeresboden eindringen. Ein interferometrisches Bathymetrie-Sonarsystem misst die Wassertiefe und die Intensität des vom Meeresboden reflektierten Schalls; dazu sendet ein am Schiffsrumpf befestigter Messwertwandler (transducer) einen Schallfächer aus, der vom Meeresboden reflektiert und am Wandler wieder empfangen wird. Beim Verfahren der hochauflösenden Reflexionsseismik sendet eine hinter dem Schiff hergezogene Schallquelle Akustikpulse, die vom Meeresboden und darunter liegenden Schichten reflektiert werden. Ebenfalls nachgeschleppte Hydrophone oder in die Schallquelle eingebaute Hydrophone empfangen die zurückkommenden Signale.
Seitensichtsonar-Systeme (sidescan-sonar systems) auf einem nachgeschleppten Fahrzeug senden Schallfächer aus und zeichnen die Intensität des reflektieren Schalls an beiden Seiten des Fahrzeugs auf. Die Reflexionen liefern ein Bild des Meeresbodens und Informationen über die Sedimenttypen.

 

Allen Echolotsystemen liegt das Prinzip der Laufmessung eines Schallsignals zugrunde. Der Sender (Schwinger) des Echolotes strahlt einen Ultraschallimpuls aus. Die Schallwellen werden an der Gewässersohle reflektiert und von dem Schwinger, der auch gleichzeitig als Empfänger dient, wieder empfangen. Die Laufzeit der Schallwellen wird gemessen und bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls durch Wasser kann die Wassertiefe ermittelt werden.
Bei der Single-Beam-Echolotung (Vertikalecholotung) wird der Gewässergrund unter dem Schiff mit einem lotrecht ausgesandten Einzelstrahl abgetastet. Da die gemessenen Wassertiefe von der Wasserschall-geschwindigkeit abhängig ist, muss sie vor jeder Messung ermittelt und am Echolot eingestellt werden. Sie ist in erster Linie von Temperatur und Salzgehalt abhängig und bewegt sich zwischen 1400 m/sec und 1550 m/sec.
Bei diesem Verfahren werden anhand vorgegebener Profile Linien in Längs- und Querrichtung abgefahren. Der Linienabstand wird je nach Aufgabenstellung so gewählt, dass ein Peilgebiet mit vertretbarem Aufwand abgearbeitet werden kann.
Bei der F

Computer-simulierter 'Flug'
durch die Firth of Forth-Brücken
aus Fächerecholot-Daten

multibeam_firth_of_forth_lres

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Quelle: The Scottish Government

Hochaufgelöste Informationen über den Meeresboden um Schottland unter Verwendung von Fächerecholoten sind von Wissenschaftlern, Schifffahrtsbehörden und von Privatfirmen zusammengetragen worden. Die Methode sammelt hauptsächlich Tiefeninformationen, die die Gestalt des Meeresbodens enthüllen, aber sie kann auch akustische Bilder der physischen Eigenschaften des Meeresbodens liefern, die für detaillierte und genaue geologische Karten des Meeresbodens verwendet werden. Der britische Geologische Dienst hat für die meisten seiner jüngeren Untersuchungen die Fächerecholot-Technologie eingesetzt.
Die Daten für das Bild links wurden aus einem kleinen Gebiet des Firth of Forth im Bereich der Straßen- und Eisenbahnbrücken zusammengetragen. Durch die Verwendung von 'Fly-through'-Software kann der Meeresboden im Detail studiert werden, um geologische Eigenheiten wie das anstehende magmatische Gestein zu identifizieren. Die Bilder zeigen deutlich, wie die Architekten diesen Gesteinsausbiss nutzten, um den beiden Brückenkonstruktionen ein gutes Fundament zu bieten. Die tiefe Rinne (bis 65 m Tiefe) im Zentrum des Meeresarms (firth) wurde vom Eis ausgeschürft, als dieses während der letzten Eiszeit (vor über 10.000 Jahren) die Landschaft bedeckte.
Material, das von den Gletschern transportiert wurde, formte Sedimentrücken oder Endmoränen an der Frontseite des Gletschers, wenn seine Ausdehnung in einem Stillstand verharrte. Diese Moränen sind erkennbar an der meerwärtigen Seite der Forth-Brücke. Jüngere Sedimentbewegungen durch Strömungen und Gezeiten sind am Meeresboden in Gestalt von Rippelmarken erkennbar. In Gebieten mit steilen Hängen oder wo die Sedimente durch menschliche Aktivitäten gestört wurden, zeigen sich submarine Hangrutschungen. Auch weitere Hinweise auf menschliche Nutzung der Meeresumwelt, wie z.B. Schiffswracks, sind in den Sonarbildern deutlich erkennbar.
Die Informationen sind nicht nur für Meeresingenieure von Bedeutung, sondern z.B. auch für Meeresbiologen, die die Lebensräume von Meereslebewesen besser kartieren können.

 

ächerecholotung sendet der Schwinger fächerartig mehrere Messstrahlen (Beams) gleichzeitig quer zur Bewegungsrichtung des Schiffs aus. Bei der Messfahrt wird ein Streifen abgedeckt, dessen Breite vom Öffnungswinkel und von der Wassertiefe abhängig ist. Um zu streng lotrechten Tiefen zu gelangen, müssen alle Schiffbewegungen erfasst werden. Daher ist ein Bewegungssensor, der die Hub-, Roll- und Stampfbewegungen (Heave, Roll, Pitch) des Schiffes ermittelt, in das Messsystem integriert. Zur Orientierung der Fächerrichtung ist weiterhin ein Kreiselkompass in das System eingebunden. Mit Hilfe der Fächerecholotung erhält man hoch auflösende Geländemodelle.

Weitere Informationen:

Segmentierung

Engl. segmentation, franz. segmentation; nach DIN 18716 die "Zerlegung von Bilddaten in zusammenhängende Bereiche, für die gewisse Einheitlichkeitsbedingungen erfüllt sind", verbunden mit der Anmerkung: "Bei einer Segmentierung können auch die geometrischen Eigenschaften der Segmente (z. B. Form) berücksichtigt werden".

In anderer Formulierung: Die Erzeugung von inhaltlich zusammenhängenden Regionen durch Zusammenfassung benachbarter Pixel oder Voxel entsprechend einem bestimmten Homogenitätskriterium.

Sehfeld

Engl: field of view, franz. champ d’observation; nach DIN 18716 der "quer zur Scanrichtung gemessener Öffnungswinkel, unter dem ein Sensor Strahlung erfasst", verbunden mit der Anmerkung: "Die Projektion des Sehfeldes auf die Erdoberfläche entspricht der Schwadbreite".

Seitensichtradar

Engl. side-looking radar, franz. radar à visée latérale; in einer Ebene senkrecht zur Flugzeugachse gerichtetes abbildendes Radarsystem, das ein die Echozeit messendes, aktives Linienabtastsystem darstellt und das Gelände seitlich des Flugweges aufnimmt. Durch Parallelbefliegung können Stereobildpaare erzeugt werden.

Senkrechtaufnahme

Engl. vertical view, franz. vue verticale; (Luftbild)Aufnahme mit nahezu lotrechter Aufnahmerichtung, das Ergebnis ist ein Senkrechtbild. Bei einer Senkrechtaufnahme ist die Nadirdistanz kleiner oder gleich 3°.

Die Senkrechtaufnahme ist von großer Bedeutung für die Geofernerkundung, da mit ihr systematisch große Areale photographisch zu Kartierzwecken aufgenommen werden. Hier ist besonders die Auswertung von Stereo-Luftbildpaaren zu erwähnen.

Sensor

Engl. sensor; im allgemeinen technischen Sprachgebrauch bezeichnet der Begriff jede Art von Funktions- oder Bauelement das eine physikalische Grösse wie Druck, Temperatur, Lichtintensität oder Beschleunigung in elektrische Signale umwandelt. Häufig wird deshalb auch von "Messgrössenaufnehmer" gesprochen.
Im Sprachgebrauch der Fernerkundung ist der Begriff 'Sensor' wesentlich schärfer definiert und bezeichnet ein Nutzlastelement auf einem Satelliten, einem Flugzeug, einem Ballon oder einer anderen Fernerkundungsplattform zur Ausführung einer bestimmten Fernerkundungsaufgabe. So ist beispielsweise AVHRR einer der Sensoren auf den Satelliten der NOAA-TIROS-Serie. Der Begriff 'Instrument' wird häufig synonym zu 'Sensor' verwendet, obwohl 'Sensor' eigentlich nur das sensitive Element (z.B. CCD-Chip) bezeichnet.
Im Gegensatz dazu beinhaltet das Wort 'Instrument' das ganze System inklusive Optik und Datenauslesung.
DIN 18716-3 definiert: "Ein Sensor der Fernerkundung ist ein Instrument, das elektromagnetische Strahlung empfängt und so in Signale umwandelt, dass daraus ein Bild erzeugt werden kann. Als Sensoren der Fernerkundung werden vor allem eingesetzt

  • die Kamera zur photographischen Aufnahme
  • der Scanner zur Datenaufnahme durch Abtastung
  • das Radarsystem zur Aufnahme nach dem Radarprinzip."

Herbert J. Kramer definiert den Begriff 'Sensor' wie folgt: "An instrument (generic term), usually consisting of optics, detectors, and electronics that collects radiation and converts it to some other form. The form may be a certain pattern (an image, a profile, etc.), a warning, a control signal, or some other signal."
Da Fernerkundungssensoren, im Gegensatz zu den In-Situ-Messverfahren, keinen direkten Kontakt zum zu erkundenden Objekt (z.B. Erdoberfläche, Atmosphäre, Wolken etc.) haben, werden räumliche Verteilung (Textur) und/oder Eigenschaften wie Intensität, spektrale Eigenschaften oder Polarisation der Strahlung gemessen. Demnach muss ein Fernerkundungssensor folgende Eigenschaften besitzen:

  • Radiometrische Definition: Die Lichtintensität eines bestimmten Punktes des untersuchten Objektes muß vom Sensor eindeutig einem Meßwert zugeordnet werden.
  • Spektrale Definition: Jeder Wellenlängenbereich der von einem sichtbaren Punkt des untersuchten Objekts reflektierten bzw. emittierten Strahlung muß vom Sensor eindeutig gemessen werden können.
  • Räumliche Definition: Jeder sichtbare Punkt des untersuchten Objektes muß separat und mit einer eindeutigen geometrischen Beziehung angebildet werden.

Unterscheidungsmerkmale von Sensorsystemen beziehen sich z.B. auf die verwendete Optik bzw. Antenne. Deren Wahl legt die Größe der beobachteten Region und die räumliche Auflösung fest. Die verwendeten Halbleiterdetektoren sind für unterschiedliche Spektralbereiche ausgelegt, und der Bahnverlauf des Satelliten (Orbit) bestimmt die Überflugszeiten und Wiederholraten sowie ebenfalls den Beobachtungsbereich.

Bei den drei Gruppen von Sensoren können sich Höhenunterschiede und Projektionsart ganz unterschiedlich auf die Bildgeometrie auswirken:

  • Photographische Systeme bilden die Erdoberfläche in Zentralperspektive ab. Höher gelegene Geländepunkte, d.h. Punkte oberhalb einer zu wählenden Bezugshöhe, werden dabei in Senkrechtbildern von der Bildmitte radial nach außen versetzt (und umgekehrt) wiedergegeben.
  • Scanner-Systeme ergeben - ideale Flugbahnen vorrausgesetzt - eine Mischprojektion aus paralleler (in Flugrichtung) und zentraler Projektion (senkrecht zur Ebene). Demnach werden höher gelegene Punkte (im Gegensatz zur Photographie) senkrecht zur Flugrichtung nach Außen versetzt.
  • Radar-Systeme weisen ebenfalls eine gemischte Projektion auf: In der Flugrichtung liegt eine Parallelprojektion vor; senkrecht zur Bildebene eine Schrägentfernungsprojektion in der höher gelegene Geländepunkte, die ja von der ausgesandten Wellenfront zuerst getroffen werden, zum Flugweg hin versetzt erscheinen.

Jeder Sensor ist für Strahlung in einem bestimmten Bereich des elektromagnetischen Spektrums empfindlich. Für die meisten Fernerkundungsanwendungen sind Daten mehrerer Spektrahlbereiche nützlicher als die nur eines Bereichs. Daher wendet man unterschiedliche Techniken an, um mit einem Multispektralsensor Daten gleichzeitig in mehreren Spektralbereichen zu erfassen.

Grundsätzlich wird zudem zwischen "aktiven" und "passiven" Sensoren unterschieden:
Aktive Sensoren wie beispielsweise SAR, Radar-Altimeter oder LIDAR senden selbst Strahlung zum Objekt und messen den zum Sensor zurückreflektierten Anteil. Passive Sensoren beobachten entweder die vom Objekt selbst emittierte Strahlung (meist in den Spektralbereichen des Infraroten oder der Mikrowellen) oder vom Objekt reflektiertes Sonnenlicht.

Passive vs. aktive Sensoren

Dieses Bildpaar verdeutlicht einige der Unterschiede zwischen passiven und aktiven Sensoren. Die linke Abbildung ist ein Luftbild der Amundsen-Scott-Forschungsstation am Südpol. Das rechte Bild zeigt das gleiche Objekt, in etwa aus gleichem Beobachtungswinkel und vergleichbarem Größenmaßstab, aufgenommen mit dem kanadischen RADARSAT. Dieser Satellit setzt das aktive Radar-Verfahren ein. Das Bild enthüllt eine verlassene Gebäudegruppe (links unterhalb der hellen Kuppel), die inzwischen vom Schnee bedeckt und im Foto nicht erkennbar ist.

Quelle: NASA Earth Observatory
 

Bild-Sensoren erzeugen gleichzeitig mit der Aufnahme elektromagnetischer Strahlung ein Bild. Das Bild entsteht in der Fokalebene eines Objektivs und wird auf photographischem Film oder durch ein Flächenarray von Detektoren erfasst.

Photographische Aufklärungssensoren sind in ihrer einfachsten Form Kamerasysteme mit großen Brennweiten. Je größer das Objektiv ist, umso kleinere Objekte können aufgespürt werden. Derartige Systeme beinhalten heute eine Vielfalt komplizierter Elektronik, um bessere Aufnahmen zu gewährleisten. Aber auch solche Systeme benötigen wolkenlose Sicht, gute Lichtverhältnisse und einen starken Farbkontrast zwischen dem Zielobjekt und seiner Umgebung. In der Regel werden heute die Aufnahmen digitalisiert, zu einer Bodenstation geschickt und dort aus dem elektronischen Code rekonstruiert.

Scannende Sensoren nutzen einen Detektor oder eine Detektorzeile, um Daten in einem dynamischen Vorgang aufzunehmen. Solche Daten können anschließend zu einem Bild zusammengefügt werden.

Daneben gibt es weitere Begriffe, die spezielle Klassen von Sensoren bezeichnen, z.B. abbildende Spektrometer, Sounder, etc.

Kategorien von Sensoren
Kategorie Beschreibung / Einsatzbereich Beispiel
Instrumente für die Atmosphärenchemie Messungen der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre und der Verteilung der Bestandteile; z.B. Erhebung von Daten zur Beobachtung und Erforschung des Ozonlochs. ATMOS, ATLID, GOME, MOPITT, SCIAMACHY, TOMS
Atmosphären-Sondierer Infrarot- und Mikrowellenmessungen der Temperatur- und Feuchteprofile, Verwendung für Wettervorhersagen und Klimaforschung AIRS, AMSU, ATOVS, HSB, IASI, TOVS
Wolkenprofil- und Regenradar-Instrumente Informationen über Wolkentyp und -beschaffenheit mit Hilfe von aktiven Mikrowellen-Radarsystemen. Regenradare zur Ermittlung von Niederschlagsmengen. Beide gemeinsam die einzige Informationsquelle für die Verhältnisse über den Ozeanen. PR, CPR
Radiometer zur Erfassung der Erdstrahlungsbilanz Bilanz der Gesamtstrahlung von besonderer Bedeutung für die Bewertung von Klimaänderungen. ACRIMSAT, CERES, GERB
Hochauflösende Bildgeber Abbildende Sensoren vom infraroten bis zum sichtbaren Bereich; größter Anwendungsbereich aller Kategorien, z.B. Erfassung von Vegetationsklassen und Erosion der Küsten, geologische Erkundung. ASTER, ETM+
a) Bildgebende multispektrale Radiometer (sichtbar/IR)
b) Bildgebende multispektrale Radiometer (passiv, Mikrowellen)
Sensoren im sichtbaren, infraroten und Mikrowellenbereich; Ermittlung u.a. der Temperaturen von Land- und Meeresoberflächen sowie der Schnee- und Eisbedeckung; wichtige Datenquelle für die Erfassung von Prozessen in der Biosphäre, dadurch z.B. Frühwarnsystem für Dürreerscheinungen möglich. a) AATSR, AVHRR, MERIS, MODIS, SEVIRI
b) AMSR, ATSR, TMI
Abbildende Radare Mikrowellenbilder der Oberfläche mit Hilfe von SAR ; können im Ggsatz. zu optischen Bildgebern durch Wolken dringen und Daten auch bei Dunkelheit liefern; Analyse von Wellen oder Aufspüren und Rückverfolgen von Schiffsrouten mit Hilfe der von der Meeresoberfläche rückgestrahlten Echos, große Bedeutung ferner für Land- und Forstwirtschaft sowie bei Allwetter-Messungen von Schnee- und Eisbedeckungen. AMI, SAR, SRTM
Lidare Aktive Instrumente, die zur "Beleuchtung" Laser aussenden und die zurückgesandte Strahlung messen, z.B. von Partikeln in der Atmosphäre oder von der Erdoberfläche; Informationen betreffen z.B. die Oberflächentopographie von Eisfeldern oder die Höhenverteilung von Aerosolen. ALADIN, ATLID, GLAS
Rundum-Radiometer Beobachtungen von bestimmten Bereichen der Erdoberfläche oder von Wolken aus mehr als einem Einfallswinkel; Technik erlaubt bessere Korrekturen über die Effekte der atmosphärischen Absorption; noch seltener Einsatz. MISR
Polarimetrische Radiometer Rückschlüsse u.a. auf die Größe und das Streuvermögen von Regen, Wolkenpartikeln und Aerosolen. ASAR
Radiometer und Spektrometer für die Meeresfarbe Differenzen in der Farbintensität, gemessen in einem schmalen Spektralbereich, geben Aufschlüsse über die Konzentration unterschiedlicher Substanzen im Meer, z.B. den Gehalt an Chlorophyll; dadurch Hinweis auf Konzentration von Biomasse, bedeutsam für die Steuerung von Fangflotten. CZCS, GLI, MODIS, MOS, SeaWIFS
Radar-Höhenmesser Ermittlung der Höhe eines Satelliten über den Ozeanen, Land- und Eisflächen; dazu Messung des Zeitintervalls, das zwischen dem Versenden und Empfangen von zwei kurzen elektromagnetischen Pulsen liegt; Genauigkeit zwischen 2 und 4 cm. Einsatz z.B. bei Ermittlung der Höhe von Eisbergen und Wellenbergen, Kartierung des Meeresbodens. AMI, ASAR, SIRAL
Windmesser (Scatterometer) Aktives Instrument, das Mikrowellen aussendet; reflektiertes Signal wird zusammen mit dem vorgegebenen Winkel der Satellitenflugbahn zur Messung genutzt: Bestimmung von Windgeschwindigkeit und Windrichtung aus der Höhe der gekräuselten Meeresoberfläche und ihrer Orientierung. Einsatz bei Wettervorhersagen, Klimamodellen, Schiffsrouten-Optimierung. AMI, ASCAT, SeaWinds
Instrumentenmix für geophysikalische Aufgaben Messung von Schwerkraft, Magnetfeldern und geodynamischen Prozessen Accelerometer, INSAR, GPS
Die internen Links in der 'Kategorie'-Spalte führen zu erläuternden Auszügen aus dem CEOS Earth Observation Handbook.

Weitere Informationen, u.a. Sensor- bzw. satellitenspezifische Suchmöglichkeit nach Satellitenbildern über eine Liste der Sensoren bzw. Satelliten:

Sentinel-Missionen

Nach engl. 'Wächter'; im Rahmen des Programms Copernicus (vormals GMES, Global Monitoring for Environment and Security) von der ESA übernommene Aufgabe zur bedarfsgemäßen Durchführung der GMES-Weltraumkomponente, d. h. die Entwicklung der Satelliten der Sentinel-Baureihe und ihres Bodensegments sowie die Koordinierung des Datenzugangs zu diesen Satelliten und anderen Missionen, die überwiegend von den Mitgliedstaaten der ESA initiiert wurden.

Die für eine globale Umweltüberwachung notwendige umfassende und einheitliche Datengrundlage im globalen Maßstab ist ohne Satellitensysteme nicht denkbar. Der Anspruch, einen unabhängigen Zugang zu globalen Erdbeobachtungsdaten zu schaffen, charakterisiert daher die herausragende Bedeutung der satellitengestützten Erdbeobachtung in Copernicus.

Das Herzstück der Weltraumkomponente sind fünf eigens für Copernicus entwickelte Satellitenmissionen, die ESA Sentinels. Gegenwärtig (2015) sind 14 Sentinel-Satelliten geplant. Darüber hinaus werden Sentinel‑4 und Sentinel‑5 als Nutzlasten auf sechs Wettersatelliten mitgeführt werden.

Weitere Missionen, darunter

  • Missionen nationaler Raumfahrtprogramme,
  • kommerzielle Missionen 
  • sowie die Missionen der Europäischen Organisation zur Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT)

erfassen wichtige Daten für die Copernicus Dienste.

Die Sentinel-Missionen der ESA sind das Ergebnis einer Bedarfsanalyse vor dem Hintergrund bestehender und geplanter Missionen und dem Bedarf der Copernicus Kerndienste. Die Missionen bauen auf erfolgreichen Technologien auf. Sie werden von der ESA entwickelt und zum größten Teil von den ESA Mitgliedsstaaten finanziert. Die Europäische Kommission beteiligt sich an den Entwicklungskosten zu etwa einem Viertel.

sentinel_zeitplan

Schedule of Sentinel Launches

The Sentinels are six families of missions, each carrying different instruments so that together they offer a wealth of information for services that will help improve daily life and address the environmental consequences of climate change.
The first three Sentinel missions are based on a constellation of two satellites each, in the same orbital plane. This configuration fulfils the revisit and coverage requirements, and provides a robust and affordable operational service.
The nominal lifetime of the individual satellites is specified as seven years, with consumables on board each satellite allowing a mission extension up to 12 years.

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Quelle: ESA Bulletin 157, 2014
 

Sentinel-1 ist eine wetter- und beleuchtungsunabhängige bildgebende Radarsatellitenmission für Land- und Ozeandienste, Sentinel-2 eine Mission für hochauflösende optische Abbildungen für Landdienste und Sentinel-3 eine Mission zur globalen Überwachung von Ozeanen und Landflächen, ausgestattet mit einem Instrumentenpaket zur Höhenmessung. Der Start von Sentinel-1 erfolgte am 3. April 2014, der von Sentinel-2A am 23. Juni 2015, Sentinel-3A startete am 16.2.2016.

Die Missionen Sentinel-4 und Sentinel-5 sind der Beobachtung der Atmosphärenzusammensetzung gewidmet. Die Sentinel-4-Instrumente sollen auf den geostationären Meteosat-Third-Generation-Satelliten (MTG) mitfliegen. Für die MTG-Imager-Satelliten (ab 2017 geplant) steuert die Sentinel-4-Mission den Flexible Combined Imager bei (FCI). Auf den MTG-Sounder-Satelliten (ab 2019) beinhaltet die Sentinel-4-Mission ein Spektrometer für den ultravioletten, sichtbaren und nah-infraroten Spektralbereich (UVN) und einen Thermal-Infrarot-Sounder (IRS). Sentinel-5 soll auf den MetOp-Second-Generation-Satelliten die Erde auf polaren Orbits umkreisen. Die Mission umfasst ein Spektrometer für den ultravioletten, sichtbaren, nah-infraroten und kurzwellen-infraroten Spektralbereich (UVNS) sowie einen Visible Infrared Imager (VII) und einen Multi-viewing Multi-channel Multi-polarization Imager (3MI). Diese spektralen Daten können u.a. mithilfe des Verfahrens für die Erstellung von Spurengaskarten genutzt werden. Zusätzlich soll 2015 der Sentinel-5 Precursor auf einem eigenen Satelliten starten, um die zeitliche Lücke vor dem Start von Sentinel-5 zu überbrücken. Schließlich ist Sentinel-6 zu nennen, häufiger unter dem Namen Jason-CS (Jason Continuity of Service) geführt. Es handelt sich dabei um eine hochgenaue Mission zur Meerestopographie mit einem zweibandigen Radaraltimeter, einem Mikrowellenradiometer und präzisen Instrumenten zur Bahnbestimmung. Sie soll die Fortsetzung der Vermessung des Meeresspiegels gewährleisten.

Weitere Informationen:

Sentinel-1

Erste in einer Serie von europäischen Umweltsatelliten-Missionen im Rahmen des Programms Copernicus (vormals GMES, Global Monitoring for Environment and Security), einer Initiative der Europäischen Kommission und der ESA mit dem Ziel, nachhaltig ein europäisches Netzwerk zur Erfassung und Auswertung von Umweltdaten zu erstellen. Der in zwei Exemplaren, um ein Jahr zeitversetzt verfügbare Sentinel-1 soll helfen, Umweltereignisse auf der ganzen Welt zu beobachten und zu analysieren. Ziel der Sentinel-1 Mission ist die lückenlose Beobachtung der globalen Landmassen, Packeisgebiete und Hauptschifffahrtswege mindestens alle 12 Tage (1 Satellit) bzw. 6 Tage (2 Satelliten). Die Herausforderung bei der Betriebsoptimierung liegt darin, eine lückenlose Abdeckung der Beobachtungsgebiete mit nur 25 % Betriebszeit des Instrumentes zu erreichen.

Dazu werden mindestens sieben Jahre lang die zwei rund 2,2 Tonnen schweren Sentinel-1 Satelliten die Erde in 700 km Höhe umrunden. Sentinel-1A wurde am 3. April 2014 mit einer russischen Sojus-Trägerrakete vom Europäischen Weltraumhafen Sinnamary/Kourou in Französisch-Guyana gestartet, und der zweite Satellit Sentinel-1B soll Anfang 2016 folgen. Er wird die Erde auf einer identischen polaren Umlaufbahn umrunden, jedoch um 180 Grad zeitversetzt. Damit verdoppelt sich die Aufnahmekapazität.

Als Hauptinstrument dient ein abbildendes Radar vom Typ SAR (Synthetic Aperture Radar), das von Airbus Defence and Space) in Immenstaad (vormals Astrium) gebaut wurde. Die Umlaufbahn führen die Satelliten bei jedem Umlauf über die Erdpole, so dass das Radar-Instrument die Erde "streifenweise" abtasten kann, während diese sich unter ihm dreht. Hierbei kann das „Radarauge“ ein Gebiet von bis zu 400 Kilometern Breite auf einmal überblicken und Objekte bis zu fünf Metern Größe erkennen.

Das im C-Band arbeitende aktive Radar aus einer 12,30 x 0,90 Meter großen Hauptantenne, die sich aus 560 miteinander gekoppelten Einzelantennen zusammensetzt. Der C-Band-Radarstrahl mit sechs Zentimetern Wellenlänge dringt durch Wälder und Buschwerk bis auf den Erdboden und nimmt Bewegungen und Veränderungen der Erdoberfläche im Zentimeterbereich wahr. Mit der aus 280 Einzelantennen bestehenden aktiven Antenne können große Gebiete schnell abgedeckt werden. Im Fokus stehen dabei Eisbeobachtungen in den Polarregionen, vulkanische Aktivitäten, Erdbeben, Erdrutsche, Überschwemmungen, das Aufspüren von Bodensenkungen und -hebungen sowie das Beobachten von Meeresoberflächen, um Behinderungen durch Meereis und Ölverschmutzungen frühzeitig zu erkennen.

Das abbildende Radar an Bord von Sentinel-1A sendet schwache Radarstrahlung zur Erde, die an der Oberfläche reflektiert wird. Die Stärke der Reflektion wird am Satelliten gemessen und ist im wesentlich abhängig von der Art der Oberfläche und der Topographie. Um Oberflächen noch besser unterscheiden zu können werden die Radarstrahlen vor Aussenden durch Filter geschickt. Diese lassen nur vertikale oder horizontale Anteile durch (horizontal oder vertikal polarisiert). Ebenso verhält es sich dann beim Empfang - die Daten werden vor Empfang wieder gefiltert. Dies führt zu Unterschieden in der Helligkeit und damit zu einer besseren Unterscheidbarkeit der Objekte am Boden.
Wenn man diese unterschiedlich polarisierten Daten verschiedenen Farben im Rot-Grün-Blau Spektrum zuordnet, können aus den eigentlich "schwarz-weißen" Radarbildern farbige Bilder wie im Beispiel unten (Raum Bodensee) entstehen.

Als dauerhafter Datenlieferant unterstützt Sentinel die Aufklärung und Einsatzunterstützung in Katastrophenfällen. Überall dort, wo aktuellste Informationen in kürzester Zeit benötigt werden, können Bilddaten bereits innerhalb von 60 Minuten zur Verfügung gestellt werden. Das ist eine deutliche Verbesserung gegenüber bisherigen SAR-Systemen.

Das Radarinstrument kann in vier verschiedenen Beobachtungsmodi arbeiten, so kann Sentinel-1 auf die unterschiedlichsten Anforderungen reagieren:

  1. Strip-Map-Mode: 80 km breite Streifen mit einer Auflösung von 5x5 Meter
  2. Wide-Swath-Mode: 250 km breite Streifen mit einer Auflösung von 5x20 Metern
  3. Extrawide-Swath-Mode: 400 km breite Streifen mit einer Auflösung von 100x25 Metern
  4. Wave-Mode: 20x20 km umfassende Aufnahmen mit einer Auflösung von 20x5 Metern

Durch seine Radartechnik kann Sentinel-1 unabhängig von Tageszeit, Wetter und anderen, für optische Systeme störende Einflüsse (z.B Rauch), operieren und damit schnell Informationen liefern.
Mindestens sieben Jahre lang soll Sentinel-1 die Erde von seinem Orbit beobachten. Sentinel-1 wurde konzipiert, um als Nachfolger der inzwischen inaktiven Satelliten ERS und Envisat die Kontinuität in der radar-getragenen Erdbeobachtung zu gewährleisten.

Bodensee und Umgebung

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Quelle: ESA

Der Bodensee wurde in diesem Bild vom Sentinel-1A aufgenommen. Der See ist das Ergebnis der erosiven Kraft der Rheingletschers während der vergangenen Kaltzeit. Er besitzt eine Fläche von 540 km² und ist für große Teile SW-Deutschlands eine bedeutende Trinkwasserquelle.

Unten rechts erkennt man die Mündung des Alpenrheins, gegenüber der Insel Lindau auf der N-Seite. Um eine Verlandung der Bregenzer Bucht zu verhindern und die heutige Küstenlinie zu erhalten, wurde die Mündung des kanalartig ausgebauten Alpenrheins in den Bodensee "vorgestreckt" und nach Westen ausgerichtet. Der Rhein verlässt im W den See.

Der Bodensee hat drei Anliegerstaaten: Deutschland im N, die Schweiz im S und Österreich im O. Auf der Wasserfläche sind allerdings keine Grenzlinien festgelegt. Etwas nördlich der deutschen Uferlinie in der rechten Bildhälfte liegt die Start- und Landbahn des Friedrichshafener Flughafens.

Das Bild wurde am 10. Mai 2014 im interferometrischen 'wide swath'-Modus mit zweifacher Polarisation aufgenommen. Den verschieden reflektierten Radarpulsen wurden unterschied-liche Farben zugeordnet. Gebäude erscheinen pink, Vegetation ist grün. Gebiete mit der geringsten Reflektanz bei allen Polarisationsvarianten erscheinen dunkel, wie Wasserflächen.

Zum Zeitpunkt der Aufnahme wurde das Radarinstrument noch kalibriert, aber dieses Bild gab bereits einen ersten Eindruck von der Art Bilder, die für Copernicus zu erwarten sind.

 

Weitere Informationen:

Sentinel-2

Zweite in einer Serie von europäischen Umweltsatelliten-Missionen im Rahmen des Programms Copernicus (vormals GMES, Global Monitoring for Environment and Security), einer Initiative der Europäischen Kommission und der ESA mit dem Ziel, nachhaltig ein europäisches Netzwerk zur Erfassung und Auswertung von Umweltdaten zu erstellen. Sentinel-2 ist die optische Mission in diesem Programm und besteht aus zwei baugleichen Satelliten, Sentinel-2A und Sentinel-2B, die getrennt voneinander gestartet und, um 180 Grad versetzt, in dieselbe Umlaufbahn eingebracht werden. Alle fünf Tage decken beide Satelliten den weltweiten Zustand der Landoberflächen und ihrer Vegetation zwischen 84 Grad nördlicher und 56 Grad südlicher Breite ab.

Die Mission Sentinel-2 wird optische Daten in hoher Auflösung liefern, die als Grundlage für operationelle Dienste in den Bereichen Landwirtschaft (Landnutzung und -bedeckung, Ernteprognosen, Wasser- und Düngerbedarf), Forstwirtschaft (Bestandsdichte, Gesundheitszustand, Waldbrände), Überwachung von Gewässern, Raumplanung, und Katastrophenmanagement dienen. Er wird biophysikalische Größen beobachten, etwa den Chlorophyll-Gehalt und den Wassergehalt von Blättern sowie den Blattflächenindex. Zeitnahe Aufnahmen von Überschwemmungen, Vulkanausbrüchen und Erdrutschen tragen zur Erstellung von aktuellen Karten bei Naturkatastrophen bei.

Sentinel-2 hat ein Instrument mit einem Erfassungsbereich von 290 km, einer räumlichen Auflösung von 10 bis 20 m und 13 optischen Kanälen (vom fast sichtbaren bis zum kurzwelligen Infrarotbereich) an Bord und wird mit höherer Qualität an die jetzigen Missionen Spot und Landsat anknüpfen. Verbesserungen sind bei Überflugfrequenz, Schwadbreite, Erfassungsreichweite, Zahl der Spektralbänder, Kalibrierung und der Bildqualität zu erwarten. 

Der 1,1-Tonnen schwere Sentinel-2A startete im Juni 2015 mit einer VEGA-Trägerrakete von Kourou aus, Mitte 2016 soll Sentinel-2B folgen.

Beide Satelliten werden die Erde in 786 Kilometern Höhe auf einer sonnensynchronen Bahn umkreisen, so dass er die gleichen Gebiete immer zur gleichen Ortszeit überfliegt. Durch die dadurch immer gleichen Beleuchtungsverhältnisse ist das die ideale Voraussetzung, um qualitative und quantitative Veränderungen der Erdoberfläche auf den Bildern feststellen zu können. Zentrales Element von Sentinel-2 ist der Multispectral Imager MSI – das Auge des Umweltsatelliten. Die hochauflösende Kamera generiert optische Bilder im sichtbaren, nahen und kurzwelligen Infrarotbereich in 13 Spektralkanälen. Diese Kanäle liegen im Bereich vom sichtbaren Blau  (440 Nanometer) bis zum kurzwelligen Infrarot (2190 Nanometer), mit einer Pixelauflösung von bis zu zehn Metern. Drei Spektralkanäle davon sind primär für eine Atmosphärenkorrektur von Wolken-, Wasserdampf- und Aerosol-Einfluss ausgelegt und liefern Daten mit 60 m großen Pixeln.

Das Instrument MSI liefert kontinuierlich Aufnahmen in einem 290 km breiten Abtaststreifen  – deutlich mehr als bei Landsat (185 Kilometer) oder SPOT (120 Kilometer). Die Kombination aus hochauflösenden Spektralkanälen, einem großen Sichtfeld und einer regelmäßigen weltweiten Abdeckung alle  zehn (Sentinel-2A) beziehungsweise fünf Tage (Sentinel-2A/B) ermöglicht neue Anwendungsperspektiven für Landoberflächen und Vegetation. Nach seiner Inbetriebnahme wird Sentinel-2 der modernste Umweltsatellit für Daten im optischen und nahen Infrarotbereich sein.

Sentinel-2 ist auch in der Lage, ein anderes ESA-Programm, das europäische Datenrelaissatellitensystem (EDRS), zu nutzen. Im Rahmen von EDRS wird ein Netz aus geostationären Laserkommunikationsnutzlasten für die stete Übermittlung von Satellitendaten in der erdnahen Umlaufbahn und eine beispiellos schnelle und sichere Weitergabe der Sentinel-Erdbeobachtungsdaten über die Weltraum-Datenautobahn „SpaceDataHighway“ ermöglichen. Es wird eine zeitnahe Verfügbarkeit von Daten sicherstellen, insbesondere für zeitkritische Anwendung etwa im Bereich der Umweltbeobachtung, Katastrophen und Sicherheits-Missionen.

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Quelle: ESA

Norditalien mit den Augen von Sentinel-2A (Ausschnitt)

Diese frühe Aufnahme zeigt einige Seen auf der Südseite der italienischen Alpen in Falschfarben.

Bei der Bildverarbeitung wurde der hochauflösende Infrarotkanal der Multispektralkamera des Satelliten verwendet um gesunde Vegetaion in rot darzustellen, wie sie auf den Hügeln und Bergen im oberen Bildteil erkennbar sind.

Von der Oberkante des Bildes bis zum unteren Drittel erstreckt sich der südliche Teil des auf glaziale Ausformung zurückgehende Lago Maggiore (max. Tiefe 372 m), das Nordende liegt - hier nicht sichtbar - in der Schweiz. Der See markiert die Grenze zwischen den Regionen Piemont und Lombardei und bedeckt eine Fläche von über 210 km². Sein Ausfluss erfolgt über den Fluss Tessin, der sich im Süden des Bildes am mailändischen Flughafen Malpensa vorbeischlängelt.

Nahe der Bildmitte fällt der durch Gletscher geschaffene See Lago di Varese (max. Tiefe 26 m) auf mit seinem gegenüber den anderen Seen helleren Blau. Dies demonstriert die Fähigkeit des Satelliten, Unterschiede von binnenländischen Wasserkörpern zu erkennen, eine der Hauptaufgaben der Mission zusammen mit Beobachtungen der Landbedeckung, Land- und Forstwirtschaft.

Das vorliegende Bild, das auch im Programm Earth from Space video programme vorgestellt wird, ist ein Ausschnitt aus der allerersten Aufnahme von Sentinel-2A am 27. Juni 2015, gerade vier Tage nach dem Start. Der Satellit befindet nach dem Start in einer mehrwöchigen Kommissionierungsphase, die auch das Kalibrieren der Multispektralkamera beinhaltet.

 

Die Sentinel-2-Mission wird in enger Zusammenarbeit zwischen der ESA, der Europäischen Kommission, der Industrie, Dienstleistern und Datennutzern verwirklicht. An der Entwicklung des Projekts sind rund 60 Unternehmen unter der Federführung von Airbus Defence and Space in Deutschland für die Satelliten und Airbus Defence and Space in Frankreich für die multispektralen Instrumente beteiligt. Airbus Defence and Space in Spanien ist für die mechanische Satellitenstruktur verantwortlich.

Die Daten werden auf unentgeltlicher und offener Basis bereitgestellt. An der Analyse, Verarbeitung und Harmonisierung der Rohdaten werden öffentliche und privatwirtschaftliche Diensteanbieter mitwirken.

Weitere Informationen:

Sentinel-3

Dritte, aus zwei baugleichen Satelliten bestehende Mission in einer Serie von europäischen Umweltsatelliten des Programms Copernicus (vormals GMES), einer Initiative der Europäischen Kommission und der ESA mit dem Ziel, nachhaltig ein europäisches Netzwerk zur Erfassung und Auswertung von Umweltdaten zu erstellen. Von einer sonnensynchronen polaren Umlaufbahn in 815 km Höhe erfasst der 1150 kg schwere Satellit kontinuierlich die Höhe des Meeresspiegels, die Temperatur der Land- und Meeresoberflächen sowie die unterschiedlichen Chlorophyll- und Schwebstoffgehalte der Meere. Die Messergebnisse dienen sowohl maritimen Vorhersagediensten als auch der Überwachung der Umwelt und der Gewinnung von Klimadaten.

Sentinel-3A und -3B haben jeweils folgende fünf Instrumente an Bord:

  1. Sea and Land Surface Temperature Radiometer (SLSTR)
    Das SLSTR erfasst die Oberflächentemperaturen der Land- und Meeresoberflächen in neun Spektralkanälen (550–12 000 nm) mit einer Genauigkeit bis zu 0,3 Grad Celsius. Die Auflösung beträgt im kurzwelligen Bereich 500 Meter, im thermischen Infrarotbereich einen Kilometer. Das Radiometer arbeitet mit zwei Blickrichtungen (dual-view scan) und beobachtet im Nadir einen Streifen von1420 km, und in der rückwärtigen Sicht von 750 km Breite.
    Die Daten fließen in eine Vielzahl von Vorhersagemodellen ein. Der Temperatursensor erlaubt eine genaue Bestimmung der Temperatur der Land- und Meeresoberflächen – und zwar regelmäßig und global. Diese finden Verwendung in der Klima- und Wettermodellierung, tragen aber auch zu einer besseren Erfassung von Meeresströmungen bei. Darüber hinaus lassen sich mit diesen Daten Hochtemperaturereignisse wie Waldbrände oder Lavaströme aufspüren und verfolgen. Dazu sind zwei zusätzlich Kanäle optimiert.
  2. Ocean and Land Colour Instrument (OLCI)
    Das OLCI generiert Multispektralbilder mit einem breiten Anwendungsspektrum. Es erfasst in 21 Spektralkanälen (400–1020 nm) die Erdoberfläche mit einem sehr breiten Aufnahmestreifen von 1270 Kilometern bei einer räumlichen Auflösung von 300 Metern und einer globalen Abdeckung alle zwei Tage. In die Entwicklung des Gerätes sind die Erfahrungen mit dem MERIS-Instrument von ENVISAT eingeflossen. Die gewonnenen Farbinformationen finden Eingang in verschiedene Datenprodukte.
    Die genaue Erfassung der Oberflächenfarben des Meeres dient der Überwachung der Wasserqualität und der Aufdeckung von Umweltverschmutzungen. Außerdem tragen sie zum Verständnis des Einflusses der Ozeane auf den Kohlenstoffzyklus der Erde bei. Farbaufnahmen der Landoberflächen werden unter anderem zur Dokumentation der Landnutzung und des Vegetationszustandes sowie zur Kartierung von Waldbränden genutzt.
  3. Synthetic Aperture Radar Altimeter (SRAL)
    Der Radar-Höhenmesser (Radaraltimeter) arbeitet sowohl im Ku- als auch im C-Band und basiert auf dem Altimeter von CryoSat. Im Synthetic Aperture Radar-Modus (SAR) hat er eine Auflösung von 300 Metern. Durch die Nutzung zweier Frequenzbänder ist es möglich, ionosphärische und troposphärische Beeinflussungen des Radarstrahls zu eliminieren. Die Genauigkeit der Messungen ist über den Ozeanen abhängig von der Wellenhöhe und liegt beim SAR-Modus im Zentimeterbereich.
  4. Microwave Radiometer (MWR)
    Die Hauptaufgabe des mit 23.8 & 36.5 GHz arbeitenden MWR ist es, ein Korrektursignal für die Radarsignale des SRAL zu liefern, die durch Wasserdampf in der Troposphäre verfälscht werden. Es kann aber auch zur Aufnahme von Emissions- und Feuchtedaten der überflogenen Landflächen dienen oder Eisflächen charakterisieren.
  5. POD (Precise Orbit Determination)
    Das Instrumentenpaket besteht aus einem GPS-Empfänger, einem Laser-Retroreflektor und DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite), einem Gerät, das die Signale eines speziellen Sendernetzes auf der Erde auswertet. Die genaue Orbitbestimmung im Zentimeterbereich ist nötig, um die Höhenmesser-Daten (SRAL und MWR) richtig auswerten und verarbeiten zu können.

Eye of the Storm

Dieses Bild, aufgenommen vom Copernicus Sentinel-3A zeigt die Temperatur im Bereich des Hurrikans Matthew am 7.10.2016, 03:13 GMT, als er Florida erreichte.

Die Temperaturen reichen von - 80 °C an Wolkenoberseite direkt außerhalb des Auges (ca. 12 km über dem Meer) bis zu etwa 25 °C auf Meereshöhe im Golf von Mexiko, wo es außerhalb der Wirbelstruktur relativ ruhig ist. Dieser 400 km im Durchmesser erreichende Monstersturm befand sich etwa 200 km NW von Miami Beach als das Bild aufgenommen wurde. Nachdem er Hurrikan bereits verheerende Zerstörungen in der Karibik angerichtet hatte, rechnete man in Florida zu diesem Zeitpunkt noch mit den schlimmsten Auswirkungen seit mehr als 100 Jahren, was letzlich nicht eintraf.

Das Radiometer zur Messung von Land- und Meerestemperaturen auf Sentinel-3A misst die Energie, die von der Erdoberfläche abgestrahlt wird, in neun Spektral-bändern. Dies ist ein im thermalen Infrarot aufgenommenes Bild mit einer Auflösung von 1 km.

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Quelle: ESA
 

Der erste Sentinel-3-Satellit, Sentinel-3A, startete am 16.02.2016 mit dem Rockot Launcher vom russischen Kosmodrom Plessetsk aus. Zur Vervollständigung der Sentinel-3-Weltraumkomponente soll 2017 der baugleiche Sentinel-3B auf dieselbe Umlaufbahn geschickt werden. Sein Start ist vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch Guayana mit einer Vega-Rakete geplant. Die geplante Missionsdauer von Sentinel-3 beträgt sieben Jahre. Die Satelliten-Ressourcen, im Wesentlichen der Treibstoff für die Triebwerke, ermöglichen jedoch eine Verlängerung der Mission um weitere fünf Jahre.

Betrieben werden die beiden Satelliten von der ESA und von EUMETSAT, der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten.

Die Mission beruht auf der engen Zusammenarbeit zwischen der ESA, der Europäischen Kommission, EUMETSAT, der französischen Raumfahrtagentur CNES, der Industrie, Diensteanbietern und Datennutzern. Die Satelliten wurden von einem Konsortium aus rund 100 Unternehmen unter der Federführung von Thales Alenia Space (Hauptauftragnehmer) aus Frankreich entworfen und gebaut. Airbus Defence and Space (vormals Astrium) wird  wichtige und bereits erprobte Satelliten-Instrumente liefern, z.B. das Mikrowellenradiometer. Anfang Februar 2016 wurde zwischen der ESA und Thales Alenia Space der Bau von zwei weiteren Satelliten der Baureihe vereinbart. Sentinel-3C and -3D stellen damit die Datenkontinuität für das Umweltmonitoring des europäischen Copernicus-Programms bis 2030 sicher.

Weitere Informationen:

Sentinel-4

Vierte Sentinel-Mission, die ebenso wie Sentinel-5 der Beobachtung der Atmosphärenzusammensetzung mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung gewidmet ist. Die Auswertung und Bereitstellung der Daten erfolgt über den Copernicus-Dienst Copernicus Atmosphere Services.
Die Sentinel-4-Instrumente werden auf den geostationären Meteosat-Third-Generation-Satelliten (MTG) der Eumetsat mitfliegen. Für die MTG-Imager-Satelliten (ab 2017 geplant) steuert die Sentinel-4-Mission den Flexible Combined Imager bei (FCI). Auf den MTG-Sounder-Satelliten (ab 2019) beinhaltet die Sentinel-4-Mission ein Spektrometer für den ultravioletten, sichtbaren und nah-infraroten Spektralbereich (UVN) und einen Thermal-Infrarot-Sounder (IRS).

Weitere Informationen:

Sentinel-5 / -5P

Fünfte Sentinel-Mission, die ebenso wie Sentinel-4 der Beobachtung der Atmosphärenzusammensetzung mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung gewidmet ist. Die Auswertung und Bereitstellung der Daten erfolgt über den Copernicus-Dienst Copernicus Atmosphere Services.
Sentinel-5 soll mit gesonderten Instrumenten auf den MetOp-Second-Generation-Satelliten die Erde auf polaren Orbits in ca. 800 km Höhe umkreisen. Mit einer Schwadbreite von etwa 2670 Kilometern wird Sentinel-5 die Erdatmosphäre mit einer bisher unerreichten räumlichen Auflösung von 7x7 Quadratkilometern in Nadirrichtung einmal täglich erfassen und Atmosphären- und Klimaforschern eine präzise Erkennung und Untersuchung von Emissionsquellen ermöglichen.

Die Mission umfasst ein Spektrometer für den ultravioletten, sichtbaren, nah-infraroten und kurzwellen-infraroten Spektralbereich (UVNS) sowie einen Visible Infrared Imager (VII) und einen Multi-viewing Multi-channel Multi-polarization Imager (3MI). Diese spektralen Daten können u.a. mithilfe des DOAS-Verfahrens für die Erstellung von Spurengaskarten (v.a. O3, NO2, SO2, BrO, HCHO) genutzt werden.

Zusätzlich soll im Frühjahr 2017 der Sentinel-5 Precursor (Sentinel-5P) auf einem eigenen Satelliten starten, um die zeitliche Lücke vor dem für 2021 vorgesehenen Start von Sentinel-5 zu überbrücken. Sentinel-5P wird als erster Satellit im Rahmen des Copernicus-Programms die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre erfassen. Airbus Defence and Space ist Hauptauftragnehmer dieses Satelliten, der einen kontinuierlichen Datenfluss zur Beobachtung des Ozonlochs und der Verschmutzung der Troposphäre sichern wird, während sich die derzeitigen Klimaüberwachungs-Missionen gleichzeitig ihrem Ende nähern. Sentinel-5P ergänzt die gegenwärtigen Kapazitäten in der polarnahen Umlaufbahn.

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Sentinel-6

Sentinel-6 ist ein Satelliten-Altimeter im polaren Orbit und ermöglicht somit "tiden-freie" Messungen des Meeresspiegels. Die Mission setzt die 20-jährige Messreihe des Meeresspiegels aus einen Orbit mittlerer Inklination fort – TOPEX-Poseidon, Jason-1, Jason-2, Jason-3. Sie ist deshalb auch als "Jason-CS" ("Continuity of Service") bekannt.

Der Satellit wird den Abstand zur Meeresoberfläche aus ca. 1300 km Höhe auf wenige Zentimeter genau messen und die gesammelten Daten in einem 10-Tages Rhythmus global kartieren. Die sehr präzise Beobachtung der Höhenveränderungen der Meeresoberflächen gibt Aufschluss über den globalen Meeresspiegel, die Geschwindigkeit und Richtung von Meeresströmungen und die in den Ozeanen gespeicherte Wärme. Die gewonnenen Messungen sind entscheidend für die Ozean-Modellierung und die Vorhersage des Anstiegs der Meeresspiegel.

Der Start von des rd. 1 Tonne schweren Sentinel-6 ist derzeit für Ende 2020 geplant. Er wurde für eine Lebensdauer in der Erdumlaufbahn von 5,5 Jahren entwickelt. Den Betrieb von Sentinel-6 übernimmt EUMETSAT.

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SEOS

Engl. Akronym für Science Education through Earth Observation for High Schools; Computer-basierte Plattform mit 15 Lerneinheiten zur Nutzung von Satellitenbildern im naturwissenschaftlichen Unterricht. Die Lerneinheiten liegen in neun Sprachen vor, inkl. griechisch, türkisch und arabisch.

Weitere Informationen: www.seos-project.eu

SEVIRI

Engl. Akronym für Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager; abbildendes Radiometer an Bord von MSG. Der Sensor bietet neue und z.T. einzigartige Möglichkeiten der Wolkendarstellung, der Aufspürung von Nebel, der Ermittlung von Temperaturen an Land-, Meeres- und Wolkenoberfläche sowie der Verteilung von Ozonkonzentrationen. Mit seinen 12 Spektralkanälen (4 VIS/NIR, 8 IR) liefert SEVIRI 20mal mehr Informationen als die bisherigen Meteosat-Satelliten liefern.
Das Abtasten der Erde mit dem Radiometer an Bord von MSG erfolgt mit 3712 Zeilen zu je 3712 Bildpunkten bei elf der zwölf Spektralkanäle. Dies entspricht einer Bildauflösung von 3x3 km² direkt unterhalb des Satelliten. Ein hochauflösender Kanal im sichtbaren Spektralbereich hat sogar 11136 Zeilen zu je 5568 Spalten, dies entspricht 1x1 km² Auflösung direkt unterhalb des Satelliten. Über Mitteleuropa ist die Auflösung etwa um einen Faktor 2 ungünstiger. Die Abtastung der Erde erfolgt immer von Süd nach Nord. Dies dauert ca. 14 Minuten. Danach wird das Spiegelsystem im Satelliten zurück geschwenkt und die nächste Abtastung beginnt. Dadurch ergibt sich eine Bildwiederholrate von 15 Minuten.

Die Spektralkanäle des Radiometers Seviri und ihr jeweiliger Verwendungszweck sind in nachfolgender Tabelle aufgelistet.

Bezeichnung Spektralbereich [µm] Zweck
VIS 0.6 0.56-0.71 für Wolken-, Nebel-, Schneeerkennung
VIS 0.8 0.74-0.88 für Wolken-, Nebel-, Schneeerkennung
IR 1.6 1.50-1.78 Unterscheidung Wolken/Schnee und Wasser-/Eiswolken
IR 3.9 3.48-4.36 Erkennung Nebel/Stratus bei Nacht
WV 6.2 5.35-7.15 Feuchte in der oberen Troposphäre
WV 7.3 6.85-7.85 Feuchte in der mittleren Troposphäre
IR 8.7 8.30-9.10 Zirrusbewölkung, Unterscheidung Wasser/Eis
IR 9.7 9.38-10.80 Gesamtozonverteilung, Tropopausenstruktur
IR 10.8 9.80-11.80 Wolkenerkennung und Wolkenhöhe, Tag und Nacht
IR 12.0 11.00-13.00 Wolkenerkennung und Wolkenhöhe, Tag und Nacht
IR 13.4 12.40-14.40 CO2-Absorptionskanal
HRVIS 0.6-0.9 Hochaufgelöste Bilder im sichtbaren Spektralbereich

Diese große Bandbreite ermöglicht es Meteorologen, über digitale Modelle differenziertere Aussagen zur Wettervorhersage zu machen. Auch trägt die Bildwiederholrate dazu bei, genauere und schnellere Vorhersagen von der Entstehung gefährlicher Phänomene wie Stürme, Gewitter oder Starkniederschlag machen zu können. Beispielsweise können bei drohenden Nebelereignissen Flughäfen 1-2 Stunden vor deren Auftreten gewarnt werden. Die höhere Auflösung von SEVIRI - 1km gegenüber 2,5 km der alten Meteosat-Reihe - ermöglicht eine präzisere Ortung von Sturmfronten oder Nebelbänken.
Hersteller des Instruments ist Astrium/Toulouse.

Montage von SEVIRI Links: Montage von Seviri

Rechts: Messprinzip von Seviri

Die Strahlung der Erde tritt in das Instrument über eine 50x80 cm große Öffnung ein.


Quellen:
EUMETSAT
ESA

Weitere Informationen:

Sferics

Syn. atmosferics, atmosphärische Impulsstrahlung, AIS; atmosphärische Störung im Langwellenbereich (5 kHz - 10 kHz). Dabei handelt es sich um Impulsstrahlung, die von elektrischen Entladungen (v.a. Gewitterblitze) in der Atmosphäre ausgeht. Geeignete Empfangsanlagen (Peilstationen) zum Nachweis von Sferics können über Häufigkeit, Verbreitung und Lokalität von Gewittern Auskunft geben.

Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)

Eine Space Shuttle-Mission der NASA, die ein C-Band- und ein X-Band-Interferometrie-SAR einsetzte, um topographische Daten von über 80% der irdischen Landmasse (zwischen 60°N und 56°S) zu erfassen. Die Datenaufnahme erfolgte vom 11.-22.2.2000.

Aus den Daten der Radar-Interferometrie lassen sich
3D-Darstellungen erzeugen – das Bildbeispiel zeigt
den Mount Cameroon an der Westküste Afrikas.

Quelle: Spaceforum (R.o.)

 

Rot eingezeichnet sind die von dem X-SAR-Interferometer
während der Elf-Tage-Mission aufzunehmenden Gebiete.

Quelle: Spaceforum (R.o.)


Haupt-Radar (Sender und erster Empfänger) und ausgefahrene
„Outboard-Antenne" (zweiter Empfänger) betrachten die Erde im
„Stereo-Blick". Dabei wird die Wolkendecke durchdrungen.

Quelle: NASA JPL

Die Aufnahmen wurden aus einer Höhe von 233 km gemacht. Pro Sekunde wurden rund 1.700 Mikrowellenpulse zur Erde gesandt. Die Signale wurden von der Erde zurückgestreut und als Radarecho von den Radarsystemen wieder empfangen. Die Bahnneigung der Umlaufbahn gegenüber dem Äquator betrug 57°. Während das Shuttle in seiner Umlaufbahn kreist, drehte sich die Erde weiter - so wurden nach und nach alle Kontinente überflogen.

Üblicherweise bestimmt man die Höhe eines Ortes auf der Erdoberfläche durch den Referenzpunkt NN (Normalnull). Bis man durch viele Messungen (Nivellement) einen Punkt im Landesinneren erreicht hat wird erhebliche Zeit benötigt. Erschwerend kommt hinzu, dass jedes Land seinen eigenen Referenzpunkt bestimmt. Beispielsweise weichen die schweizerischen Höhenangaben um +0,32 m von den deutschen ab. Das bedeutet, dass ein 1.000 m hoher Berg in der Schweiz in Deutschland nur 999,68 m hoch ist.
Bei der SRTM wurde ein gleicher Referenzpunkt für alle Höhenmessungen angenommen. Das bedeutet, dass alle 1.000 m hohen Berge, unabhängig von ihrer geographischen Lage, einheitlich diese Höhe besitzen. Weiterhin wurden innerhalb von nur 12 Tagen selbst die unwegsamsten Regionen (z.B. im Himalaya) erfasst, die bisher nicht oder nur sehr fehlerhaft vermessen waren.
Das Ergebnis der Mission sind Höhenangaben für ganz bestimmte Positionen auf unserem Planeten. Sie können beispielsweise zur Generierung eines digitalen Geländemodells verwendet werden.

Schwachpunkt der Daten ist die Darstellung von Küstengebieten nahe der NN-Marke oder bei Senken, welche unter dem Meeresspiegel liegen. Eine weitere Fehlerquelle sind Eisbedeckungen z.B. auf Gipfeln. Diese werden nicht als Höhe erkannt und bilden Fehlpixel.

Hardanger-Fjord und Hardangervidda (Norwegen) nach SRTM-Daten

Hardanger-Fjord, Norwegen

Zu größerer Darstellung Bild anklicken

Die norwegischen Fjorde sind steile, durch seewärts wandernde Talgletscher entstandene Meeresarme. Ihre Ausformung vollzog sich nicht alleine durch Gletschererosion, sondern auch durch das unter hohem Druck stehende Schmelzwasser und dessen Sedimentfracht unter dem Eis. Der Grund eines Fjords kann bis über 1000 m unter NN liegen.
Der Hardangerfjord ist ca. 179 km lang und erreicht seine maximale Wassertiefe von mehr als 725 m etwa 100 km von der Küstenlinie entfernt.
In dem Bild, das auf Höhendaten basiert, die von der SRTM aufgenommen wurden, stehen beige und gelb für geringe Höhen, wohingegen rot, braun und weiß für zunehmend größere Höhen stehen. Blautöne bedeuten Wasserflächen.
Der Hardangerfjord verläuft links der Bildmitte von SW nach NO, verlässt den oberen Bildrand und kehrt mit einem Seitenarm, dem Sørfjord, von N nach S (etwa Bildmitte) wieder ins Bild zurück. Die rechte Bildhälfte wird vom Hardangervidda eingenommen, ein Plateaufjell und die größte Hochebene Europas mit mittleren Höhen zwischen 1200 m und 1400 m.

Quellen: NASA / DLR

Die Auswertung der C-Band-Daten erfolgte beim Jet Propulsion Laboratory, den Vertrieb übernahm das USGS EROS Data Center. Die vom USGS bereit gestellten Daten werden, begleitet von Public-Domain-Software zur Visualisierung (dlgv32Pro), in 2 Versionen angeboten:

  • SRTM-1 für die USA mit einer Auflösung von einer Bogensekunde in Länge und Breite bei 3601 und 3601 Pixel.
  • SRTM-3 für den Rest der Welt mit einer Auflösung von 3 Bogensekunden bei 1201 x 1201 Pixel.

Die etwas höher aufgelösten X-Band-Daten wurden vom DLR ausgewertet, bei dem auch der Vertrieb liegt. In Deutschland konnte man die SRTM-Daten nur gegen Bezahlung erhalten, die vom USGS vertriebenen Daten gibt es im Internet kostenlos. Das digitale Höhenmodell der SRTM-Mission hat eine Rastergröße von 25 Metern und kann inzwischen kostenfrei heruntergeladen werden. Der Zugang zu den Daten ist über eine EOWEB-Bestellung möglich. Dabei ist die Gesamtfläche des Höhenmodells auf hundert so genannte „Kacheln“ normiert, zu denen die Wissenschaftler des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums (DFD) die Höhenmodell aufbereitet haben. Registrierte Nutzer des EOWEB können diese Datensätze dann von einem separaten FTP-Server herunterladen. Des Weiteren können die SRTM-Daten über einen standardisierten Web Mapping Service (WMS) online direkt in digitale Karten oder Geographische Informationssysteme eingebunden werden.

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Mount St. Helens, Washington State

(Anaglyphenbild)

Am 18. Mai 1980 brach der Mount St. Helens aus und verursachte die schlimmste Vulkankatastrophe in der dokumentierten Geschichte der USA. Ein begleitendes Erdbeben löste die Nordflanke des Vulkans und verursachte mit einer bewegten Masse von 2,8 km3 den größten weltweit jemals beobachteten Erdrutsch. Die Gesteins- und Schlammlawine entlastete den Vulkan von Druck und löste eine gewaltige Explosion aus, die sich überwiegend nordwärts entlud. Der Berg verlor insgesamt 227 m seiner Höhe, 600 km2 Wald wurden verwüstet.

Das vorliegende Anaglyphenbild (48 x 30,3 km in der großen Darstellung) kombiniert ein Landsatbild und ein auf SRTM-Daten beruhendes digitales Höhenmodell. SRTM-Höhendaten passen zu der 30m-Auflösung der meisten Landsatbilder. Die Landsatdaten stammen von 1992.

Vegetationsarme Gebiete erscheinen in dem eingenordeten Bild hell. Bergsturzmaterial verstopft die nordwärts gerichteten Täler, bildet natürliche Dämme oder vergrößert bereits bestehende. Im Krater ist ein neuer Vulkankegel erkennbar.

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Quelle: NASA JPL Photojournal
 

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  Mount St. Helens

(Natural Color / Thermal Infrared)

Nach über einer Dekade vulkanischer Ruhe rumpelte sich der Mt. St. Helens im September 2004 wieder zum Leben zurück. Eine anhaltende Serie von Erdstößen innerhalb des Vulkans, verbunden mit einem Magmaaufstieg in Richtung seiner Caldera, veranlasste die Geologen, die Warnstufe 3 auszurufen.
Am 24. 9. 2004 überflog ein NASA-Flugzeug mit dem Instrument MODIS/ASTER Airborne Simulator (MASTER) in geringer Höhe über den Vulkan, um hoch aufgelöste Bilder der Caldera zu erhalten. Die Bilder links zeigen die Caldera mit spektakulären Details; die hochaufgelösten Versionen haben eine Auflösung von 3 m pro Pixel. Das obere Bild ist eine Echtfarbenwidergabe, für die untere wurden die Thermalinfrarot-Detektoren von MASTER verwendet. Die rot-orangen Flecken im Zentrum der Caldera zeigen die Lage des Lavadomes. Diese Flecken wurden durch die extreme Hitze erzeugt, die aus dem Lavadom austritt. Nach der Aufnahme des Bildes kam es am Mt. St. Helens zu mehreren Asche- und Dampfausbrüchen.

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Quelle: NASA Earth Observatory
 

Weitere Informationen:

sichtbares Licht (VIS)

Der Teil des elektromagnetischen Spektrums, für den das menschliche Auge empfindlich ist, d.h. ca. 0,38 bis 0,75 Mikrometer (engl. Abk. VIS für visible radiation). In vielen Fällen wird bei der Beobachtung des sichtbaren Lichtes noch eine Aufspaltung durch Filter oder Beugungsgitter in blaues, grünes und rotes Licht vorgenommen, Bereiche, die jeweils einem eigenen Detektor zugeleitet werden.
Im Bereich des sichtbaren Lichts befindet sich das größte atmosphärische Fenster und gleichzeitig ist hier auch die Ausstrahlung der Sonne am stärksten. Folglich ist es für die Fernerkundung am wichtigsten.

Bereich des VIS innerhalb des elektromagnetischen Spektrums Bereich des VIS innerhalb
des elektromagnetischen Spektrums

 




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Quelle (Grafik): ESA Eduspace
Farbton Wellenlänge Wellenfrequenz
Violett 380 - 420 nm 789 - 714 THz
Blau 420 - 490 nm 714 - 612 THz
Grün 490 - 575 nm 612 - 522 THz
Gelb 575 - 585 nm 522 - 513 THz
Orange 585 - 650 nm 513 - 462 THz
Rot 650 - 750 nm 462 - 400 THz
Signal

Engl. signal, franz. signal; nach DIN 18716 ein "Messwert, der in Relation zu einer physikalischen Größe steht, von einem Sensor erfasst sowie orts- und wertdiskret gespeichert wird".

Signal-Rausch-Verhältnis

Engl. signal to noise ratio (SNR), franz. rapport signal bruit; das Verhältnis der Intensität des informationenbeinhaltenden Sensorsignals zur Intensität des Rauschens. Es ist definiert als der Quotient aus Strahlungsfluss und rauschäquivalenter, d.h. durch das Rauschen reduzierter Strahlungsleistung. Das Signal-Rausch-Verhältnis steht in enger Wechselwirkung mit geometrischer Auflösung, spektraler Auflösung, Flughöhe und -geschwindigkeit der Sensorplattform, Effektivität des Abtastsystems, Rauscheigenschaften des Sensormaterials und Änderungen des Reflexionsgrads der detektierten Oberfläche.

Signatur

Reflektionseigenschaften eines Objekts oder einer Landbedeckung. (s. spektrale Signatur)

SIRAL

Engl. Akronym für SAR Interferometer Radar Altimeter; Hauptnutzlast auf dem Satelliten CryoSat der ESA. Mit dem Altimeter wird die Topographie des Festlandeises auf Antarktika und auf Grönland vermessen. SIRAL ist mit zwei Radarantennen ausgestattet. Mit der einen Antenne werden kurze Radarimpulse zur Erdoberfläche gesandt. Das rückgesandte Signal von der Erde wird von beiden Antennen empfangen. Bei dem Verfahren handelt es sich um sog. Radar-Interferometrie. Aus den Daten können die Fachleute nun in Verbindung mit den exakten Bahndaten von CryoSat Höhenprofile von Eisschichten und der Meeresoberfläche berechnen.

SIRAL funktioniert unabhängig von der Wetterlage und den Lichtverhältnissen, so dass es bei jeder Tages- und Nachtzeit sowie bei bewölktem Himmel arbeiten kann. Es ist deshalb besonders zur Untersuchung großer polarer Eisschichten sowie -berge geeignet. Die Inlandeismassen können bis zu 4300 Meter Höhe über dem Meeresspiegel erreichen und sind oft von Wolken umgeben.

SIRAL ermittelt die Dicke des Meereises sowie die Höhe der Landeismassen mit einer Genauigkeit von 1 bis 3 Zentimetern. Auf diese Weise können auch sehr inhomogene Eisoberflächen genauestens erfasst werden. Mit Hilfe der Radar-Interferometrie lässt sich beispielsweise auch die Fließgeschwindigkeit des Eises exakt ermitteln. Dabei werden zwei Radarbilder zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen und anschließend elektronisch überlagert. Als Ergebnis erhält man dann die Fließgeschwindigkeit des Eises.

Die Technik gestattet auch den Abbruch von Eisbergen besser zu verfolgen. Große Teile der antarktischen Küste sind von Schelfeis begrenzt, in denen es zum Abbruch riesiger Eisberge kommt. Auf das so genannte Kalben des Eisbergs folgt eine mehrjährige Vorstoßphase des Schelfeises. Dieser zyklische Prozess hat großen Einfluss auf die Massenbilanz von Antarktika und die Hydrologie der angrenzenden Ozeane.

SIRAL ist entsprechend der komplexen Aufgaben so konzipiert, dass für die unterschiedlichen Anwendungsgebiete insgesamt drei verschiedene Operationsmodi möglich sind:

  • Betrieb über Landeis (der von der Schnee- und Eisdecke zum Sensor reflektierte Anteil von Radarwellen enthält Informationen über die Eigenschaften des Schnees)
  • Betrieb über Meereis (bessere Unterscheidung von Eis und Wasser)
  • Betrieb an den Rändern der Eisschilde (genauere Bestimmung der Neigung der Eisoberfläche und ihrer Höhe)

Weitere Informationen:

Skalierung

Verändern des Darstellungs-Maßstabes in einem Bild-, CAD- oder Grafikprogramm.

Skylab

Bezeichnung für die erste amerikanische Raumstation, mit der von 1973-1974 3 bemannte Missionen mit einer Gesamtdauer von 171 Tagen durchgeführt wurden. Die Station verglühte 1979 unkontrolliert in der Atmosphäre, Teile stürzten in den Indik und auf Westaustralien. Skylab bestand im Wesentlichen aus einer umgebauten dritten Saturn V-Raketenstufe. Die Flughöhe von Skylab betrug ca. 435 km. Skylab sollte den Nachweis erbringen, dass Menschen auch über längere Zeiträume im Weltraum leben und arbeiten können. Ferner diente Skylab mit seinem bordeigenen Sonnenlaboratorium der Sonnenforschung sowie der Erdbeobachtung.

Weitere Informationen:

SkySat-1/-2

SkySat-1/-2 sind zwei kommerzielle Microsatelliten mit Erdbeobachtungsaufgaben zur Erzeugung von hochaufgelösten Bildern und Videos im panchromatischen (0,9 m) multispektralen Bereich. Die Bilder können im sichtbaren und im infraroten Bereich generiert werden. Die Satelliten arbeiten von einer polaren Umlaufbahn in ca. 450 km Höhe.
SkySat-1 wurde am 21.11.2013 mit einer Dnepr-Trägerrakete von Jasny (Russland) aus gestartet. Der identische SkySat-2 wurde als Beilast auf einer Sojuz-2-1b Fregat-M am 8. 7.2014 von Baikonur (Kasachstan) gestartet.

Weitere Informationen:

SLAR

Engl. Akronym für Sidelooking Airborne Radar, dt.: Seitensichtradar

SLR

Engl. Akronym für Satellite Laser Ranging; System zur Bestimmung der Satellitenposition, bei dem Satelliten von der Erde aus mit Laserimpulsen beschossen werden. Aus der Laufzeit der Pulse zum Satelliten und wieder zurück kann man die Entfernung Erde-Satellit millimetergenau bestimmen und somit seine Position ausrechnen. SLR-Messstationen sind über die gesamte Erde verteilt.
Das Verfahren erfordert eine Verbindung von Bodenstation und Satellit, die nicht durch Wolken gestört ist. Abhilfe für dieses Problem schaffen Alternativsysteme wie GPS und Mikrowellensysteme, z.B. PRARE.

SLSTR

Engl. Akronym für Sea and Land Surface Temperature Radiometer; Radiometer an Bord von Sentinel-3 mit der Aufgabe, vor allem die Meeresoberflächentemperaturen mit einer Genauigkeit von unter 0,3 K zu bestimmen. Das Instrument basiert auf ENVISATs Advanced Along Track Scanning Radiometer (AATSR). Als Neuerung hat SLST einen Doppelscan-Mechanismus, der eine breitere Bodenspur (1420 km in Nadir-Richtung, 750 km nach hinten) ergibt und auch eine Überdeckung mit den Daten von OLCI, einem weiteren Hauptinstrument auf Sentinel-3. Zusätzlich ist die Atmosphärenkorrektur verbessert. Der Sensor gewährleistet einerseits die Datenkontinuität über die Meeresoberflächentemperaturen, andererseits liefert er mit seinen Charakteristika zusätzliche Informationen über den Zusatnd der Vegetation. SLST misst in neun Spektralkanälen zwischen 550 nm und 12 µm Wellenlänge und in zwei zusätzlichen Bändern, die für das Feuermonitoring optimiert sind. Die Bodenauflösung des Radiometers beträgt bei den Kanälen im sichtbaren und im kurzwelligen IR-Bereich 500 m, im thermalen Infrarot 1.000 m.

Weitere Informationen:

SMAP

Engl. Akronym für Soil Moisture Active-Passive (Mission); auf wenigstens 3 Jahre angelegte Mission der NASA zur Messung der Bodenfeuchte und der Frost-Tau-Zustände des Bodens. Die wissenschaftliche Nutzlast besteht aus einem Radar mit synthetischer Apertur für die Ermittlung der Bodenfeuchte durch die aktive Messung der Echos von ausgesandten Signalen sowie einem Radiometer zur passiven Messung der natürlichen Mikrowellenstrahlung. Durch Kombination beider Messverfahren verspricht man sich sowohl eine hohe Auflösung als auch eine große Genauigkeit der Daten.

Die direkte Messung der genannten Parameter ist nötig, um das Verständnis der regionalen Wasserkreisläufe und der Produktivität von Ökosystemen zu verbessern, sowie das der Prozesse, die den Wasser-, Energie- und Kohlenstoffkreislauf verbinden. Informationen über die Bodenfeuchte ermöglichen die Verbesserung der Wettervorhersagen, der Vorhersagen von Überschwemmungen und Dürren sowie Prognosen zur landwirtschaftlichen Erträgen und zum Klimawandel.

SMAP wurde am 31.1.2015 mit einer Delta II 7320-10C-Trägerrakete von der Vandenberg Air Force Base auf seine polnahe, sonnensynchrone Umlaufbahn gebracht. Die Umlaufbahn in 685 Kilometer Höhe hat eine Inklination von 98,1 Grad. Die Erdumlaufzeit beträgt 98 Minuten und 30 Sekunden. SMAP wiegt 944 Kilogramm und misst im Betriebszustand 9,7 x 7,1 x 6,8 m. Charakteristisch für sein Erscheinungsbild ist ein Antennenreflektor mit 6 m Durchmesser.

Radar und Antennenreflektor sind drehbar auf dem Satellitenbus montiert und rotieren mit 13 bis 14,6 Umdrehungen pro Minute (siehe hierzu eine NASA-Animation). Der durch diese Konstruktion auf der Erde abgedeckte Bodenspur ist rund 1.000 Kilometer breit. Auf Höhe des Äquators wird alle drei Tage die gleiche Region erfasst, in Richtung der Pole entsprechend öfter.

Im Juli 2015 versagte die Datenübertragung des Radars dauerhaft. Dennoch erwarten die Wissenschaftler wertvolle Daten von dem weiterhin funktionierenden Radiometer.

Weitere Informationen:

SMART-1

Engl. Akronym für Small Missions for Advanced Research in Technology; im September 2003 mit einer Ariane V von Kourou in Richtung Mond gestartetes, erstes Exemplar dieser Serie von ESA-Missionen zum Einsatz neuer Technologien. Am 3. September 2006 wurde die Mission mit einem geplanten Absturz auf dem Mond (Lacus Excellentiae) beendet.

Wichtigstes Ziel der Mondsonde war die praktische Erprobung des Ionenantriebs für spätere Missionen in den tiefen Weltraum und der Einsatz von miniaturisierten Instrumenten. Gleichzeitig war SMART-1 das erste europäische Raumfahrzeug mit dem Mond als Ziel. SMART-1 führte die erste umfassende Bestandsaufnahme der wichtigsten, in der Mondoberfläche auftretenden chemischen Elemente durch. Auch untersuchte das Raumfahrzeug die Theorie, dass der Mond vor 4,5 Mrd Jahren nach der Kollision eines kleineren Planeten mit der Erde entstand.

Weitere Informationen:

SMOS

Engl. Akronym für Soil Moisture and Ocean Salinity Mission; die zweite Earth Explorer Opportunity-Mission der ESA mit erfolgtem Start am 2. November 2009 vom russischen Raumfahrtbahnhof Plessezk aus. Der Satellit liefert globale Beobachtungswerte zu zwei für die Modellierung von Wetter, Klima und Meereszirkulation entscheidenden Variablen: Bodenfeuchte und ozeanischer Salzgehalt. Daneben beobachet er den Wassergehalt der Vegetation, die Schneebedeckung und die Eisstruktur.
SMOS hatte eine Startmasse von 683 Kilogramm, er besitzt eine Höhe von 2,4 Meter und einen Durchmesser von 2,3 Meter. SMOS arbeitet zur Messung des oberflächennahen Salzgehalts der Meere als erste Mission mit einem interferometrischen L-Band-Radiometer (MIRAS). Der Satellit umläuft die Erde auf einer sonnensynchronen Bahn (Inklination 98,45°) in 756 km Höhe.
Neben SMOS misst die NASA-Mission Aquarius (Start 2011) den globalen Salzgehalt der Meere sowie der für einen Start im Januar 2015 vorgesehene NASA-Satellit SMAP die Bodenfeuchtigkeit.
Der mit einer Bahnneigung von 98,4 Grad operierende ESA-Späher wird alle drei Tage jeden Punkt der Erdoberfläche überfliegen. Als Missionsdauer waren zunächst drei Jahre vorgesehen, wegen des ausgezeichneten technischen und wissenschaftlichen Zustands der Mission wurde sie bis Ende 2017 verlängert.

smos_20102011Nov_L,0 SMOS kartiert die trockenen Herbstböden in Europa

Trockene Böden, die aus dem außergewöhnlich warmen und trockenen Herbst 2011 in Europa erklärbar sind, werden von der Wasser-Mission der ESA beobachtet. Die beiden alternierenden Bilder zeigen den krassen Unterschied der Bodenfeuchte zwischen November 2010 und November 2011.
Wie schon während der meisten Zeit des Jahres, war der Herbst 2011 besonders trocken. In den Niederlanden beispielsweise fielen im November lediglich 9 mm Regen, verglichen mit dem Durchschnitt von 82 mm. Dieser November war damit der trockenste seit Beginn der Aufzeichnungen 1906.
Die lange Trockenperiode hat in Deutschland nicht nur den Schiffsverkehr auf Rhein und Elbe beeinträchtigt, sondern auch einen Waldbrand in Bayern begünstigt. Auch in England hat es die Umwelt schwer, sich 2012 von den Dürreperioden.

Quelle: ESA
 

Die Bodenfeuchte beeinflusst stark den Austausch von Wasser und Energie zwischen der Landoberfläche und der Atmosphäre und ist deshalb eine Schlüsselvariable im Klimasystem. Während viele ihrer Auswirkungen auf das Klimasystem, wie z.B. die Rolle von Bodenfeuchtedefiziten beim Auftreten von Hitzewellen recht gut verstanden sind, wurde der Fortschritt beim wissenschaftlichen Verständnis der Interaktion von Bodenfeuchte und Klima durch das Fehlen von Bodenfeuchtedaten behindert. Diese Situation hat sich in den letzten Jahren dank der Verfügbarkeit von in situ-Daten (z.B. mit Hilfe des International Soil Moisture Network) und satellitenbasierten Bodenfeuchte-Beobachtungen verbessert.

Das für die Klimamodellierung wichtige Wechselspiel zwischen Niederschlag und Verdunstung wird bisher nur grob erfasst. Insbesondere der Feuchteumsatz über den Ozeanen ist nur unzureichend bekannt. Dort verdunsten große Mengen an Wasser und fallen auch über den Meeren wieder als Niederschlag, ohne die Kontinente zu erreichen. SMOS kann zwar Niederschläge nicht direkt messen, aber den Salzgehalt des Oberflächenwassers. Wenn Süßwasser in den Ozean gelangt, etwa durch Niederschlag, Flüsse oder schmelzendes Eis, sinkt der Salzgehalt. So können die SMOS-Daten zusätzliche Orientierungspunkte für die Wetter- und Klimamodelle liefern.
Die Messmethode des Satelliten basiert auf dem Prinzip, dass jedes Objekt aufgrund seiner Temperatur und elektrischen Eigenschaften eine bestimmte elektromagnetische Strahlung (Emissivität) besitzt. Beim Ozean zum Beispiel hängt dieser Wert aber auch vom Salzgehalt ab. Besonders deutlich ist dieser Einfluss bei Mikrowellen erkennbar. SMOS registriert deshalb die Mikrowellenstrahlung zwischen 1400 und 1427 Megahertz, die von der Erde ins All geworfen wird.
Wenn die Messgeräte kalibriert sind, soll der Satellit Unterschiede im Salzgehalt von lediglich 0,1 Promille erkennen. Das sind 0,1 Gramm Salz pro Liter Wasser (0,1 psu, practical salinity unit). Allerdings beziehen sich die Messungen auf ein ziemlich großes Areal von etwa 100 mal 100 km. Aus dem Mikrowellenspektrum, das die 69 Antennen von SMOS messen, lässt sich aber auch auf die Bodenfeuchte der Festlandsgebiete mit einer Genauigkeit von 0.035 m³ alle 3 Tage schließen. Dort kann der Satellit sogar Daten von relativ kleinen Messparzellen in der Größe von 35 mal 35 km gewinnen.

smos_lres

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Quelle: SMOS BEC
SMOS im Orbit (künstlerische Darstellung)

SMOS steht für Soil Moisture and Ocean Salinity. Das Kürzel lässt kaum vermuten, dass hinter den nicht gerade aufregenden Begriffen „Bodenfeuchte und Ozeansalzgehalt“ ein hochbrisantes Thema steckt. Über diese bislang unterschätzten Klimafaktoren lassen sich nämlich Veränderungen in der globalen Wasserzirkulation erkennen und damit Erkenntnisse über die zukünftige Verteilung der Ressource Wasser gewinnen.
Mit der zunehmenden Globalisierung der Welt rückt „Das Wasser der Erde“ immer stärker in den Fokus der Betrachtungen. Wie in der Vergangenheit Kriege um Rohstoffe geführt wurden, könnte es als Folge der globalen Umweltveränderungen eines Tages auch zu Verteilungskämpfen um die Ressource „Wasser“ kommen. Es ist daher wichtig, wissenschaftlich gesicherte Erkenntnisse zum natürlichen Wasserkreislauf der Erde zu bekommen, um rechtzeitig auf potentielle Gefahren hinweisen und entsprechende Gegenmaßnahmen treffen zu können.  
Zu den innovativen Aspekten der SMOS-Mission gehört der Einsatz einer neuen Messtechnik (siehe ESA-Artikel „Messtechnik: Technologischer Quantensprung“). Hierzu wurde ein völlig neuartiges Instrument mit Namen MIRAS entwickelt, das durch die bildliche Umsetzung der von der Erdoberfläche emittierten Mikrowellenstrahlung im Frequenzbereich von 1,4 GHz (L-Band) sowohl die Bodenfeuchtigkeit als auch den Salzgehalt der Ozeane messen kann.

 

Flächendeckende Feuchtemessungen im Boden sind wichtig für Wetter- und Klimaforscher, wenn sie berechnen wollen, welchen Einfluss etwa steigende Temperaturen haben. Beispielsweise erwärmt sich ein feuchter Untergrund langsamer als ein trockener, denn die enthaltene Flüssigkeit muss erst verdunsten,und dafür wird viel Energie benötigt. Ist das Land hingegen ausgetrocknet, heizt es sich rasch auf. Dies zeigt sich am Beispiel der Hitzewelle des Jahres 2003, die auch deshalb so gravierend war, weil es zuvor bereits eine große Trockenperiode gab.

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SNSB

Engl. Akronym für Swedish National Space Board; staatliche schwedische Raumfahrtagentur.

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SODAR

Engl. Akronym für Sound/Sonic Detection and Ranging (Erfassung und Entfernungsbestimmung mit Schallwellen), Begriffswahl in Analogie zu RADAR, ungenau auch acoustic radar, Schallradar, akustisches RADAR.

Aktives Fernerkundungsverfahren, das zur zeit-höhenkontinuierlichen Vertikalsondierung der Temperaturstruktur (z.B. Erkennung von Inversionen und Konvektion) und des Windfelds in der atmosphärischen Grundschicht (syn. Peplosphäre, die ca. 1 bis 2,5 km mächtige untere Atmosphäre) eingesetzt wird. Die SODAR-Messung basiert auf der Tatsache, dass die Schallausbreitung in der Grundschicht durch das Temperatur- und Windfeld beeinflusst wird. Das SODAR-Prinzip stellt wie das Radar ein Impulsmessverfahren dar, das heißt ein Signal wird vom Gerät erzeugt, ausgesendet und seine Reflexion wieder aufgenommen und gemessen.

Eine einfache SODAR-Anlage besteht aus einem vertikal orientierten, etwa 3 m hohen Schalltrichter, aus dem kurze Schallsignale (100 ms) gebündelt in die Atmosphäre abgestrahlt werden. Ein geringer Teil dieses Schallstrahles wird wegen der in der Atmosphäre vorhandenen Inhomogenitäten des Brechungskoeffizienten für Schall (z.B. an Temperaturinversionen) wieder zur Erdoberfläche gestreut und dort empfangen. Die Intensität des Rückstreusignals ist proportional zum Temperaturstrukturparameter, der die mittlere quadratische Temperaturdifferenz zwischen zwei Höhenpunkten repräsentiert. Da bei dieser Messanordnung Sende- und Empfangsantenne identisch sind, spricht man von einer monostatischen Antenne.

Das Aufspüren der Untergrenze von Inversionen ist für die Überwachung der Luftqualität von Bedeutung, denn je tiefer die Untergrenze z.B. bei winterlichen Hochdruckwetterlagen sinkt, desto weniger Raum steht für die Verteilung von Schadstoffen zur Verfügung und umso größer ist die Smoggefahr.

Zur Ableitung von Windfeldern werden Doppler-SODARs mit drei Schallantennen eingesetzt. Drei generierte Schallimpulse werden nacheinander unter definiertem Winkel in drei Raumrichtungen ausgesendet. Die Schallwellen werden an turbulenten Dichteschwankungen (Turbulenz) rückgestreut. Die Laufzeit der von Boden ausgesandten und wieder zurückgestreuten Schallimpulse wird gemessen. Unter Verwendung der Schallgeschwindigkeit wird die Höhe der Turbulenzen ermittelt. Neben der Laufzeit wird die Frequenzverschiebung des rückgestreuten Signals (Dopplereffekt) ermittelt, woraus sich die Windgeschwindigkeit und Windrichtung ableiten läßt.

Doppler-SODAR Doppler-SODAR


Einsatz eines Doppler-SODAR
im Becken von RENO (USA)


 

Quelle:
Desert Reasearch Institute (R.o.)

Sodarsysteme ermöglichen die berührungslose Messungen vom Erdboden aus. Ihr Einsatzbereich kann beim gegenwärtigen Entwicklungs-stand von 10 m bis ca. 1.300 m Höhe reichen, eine vertikale Auflösung von 5 m ist möglich. Bei Regen kann keine Sondierung vorgenommen werden, da die auf das Empfangsmikrophon fallenden Tropfen Störlärm verursachen. Das Verfahren reagiert darüber hinaus empfindlich gegenüber einem hohen Schallpegel aus der Umgebung.

Bei SODAR-Systemen wird zwischen zwei verschiedenen Typen unterschieden:

Bei monostatischem Aufbau sind Sende- und Empfangsantenne sind identisch. Über eine Sende- und Empfangseinheit wird abwechselnd zwischen Senden und Empfangen umgeschaltet. Daten können aus vielen Höhenschichten erfasst werden. Die Rückstreuintensität der ausgesandten Schallwellen hängt nur von Temperaturschwankungen im Streuvolumen ab.
Bei bistatischen Geräten werden Sende- und Empfangsantennen räumlich getrennt aufgestellt, in der Regel mit einem Abstand von mehr als 50 m. Im Gegensatz zum monostatischen Typ können Daten nur aus einer begrenzten Höhenschicht erfasst werden. Die Rückstreuintensität hängt hier auch von Geschwindigkeitsfluktuationen ab.

Zur Messung von Windfeld und Temperaturprofilen werden heute vermehrt Mikrowellenverfahren und akustische Techniken im Verbund eingesetzt. Ein solches Messverfahren wird als RASS (Radio Acoustic Sounding System) bezeichnet.

Der Einsatz von SODAR-Systemen gewinnt außer bei der üblichen Wetterbeobachtung zunehmend Bedeutung im Zusammenhang mit Planung und Betrieb von Windenergieanlagen.

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SOFIA

Akron. für Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie; SOFIA ist ein gemeinsames deutsch-amerikanisches Vorhaben zur Erforschung des Weltalls. Mit dem in eine modifizierte Boeing 747SP integrierten 2,7 Meter-Teleskop werden astronomische Beobachtungen im Infrarot- und Submillimeter-Wellenlängenbereich weitgehend oberhalb der störenden irdischen Lufthülle durchgeführt. Schwerpunkt der wissenschaftlichen Zielsetzung ist die Erforschung der Entwicklung von Milchstraßensystemen sowie die Entstehung und Entwicklung von Sternen und Sonnensystemen aus interstellaren Molekül- und Staubwolken.

Bis Mitte der 90er Jahre haben Astronomen das flugzeuggetragene 91 Zentimeter-Teleskop des Kuiper Airborne Observatory (KAO) der NASA benutzt, um astronomische Daten im Infrarot-Bereich zu erhalten. Dieser Teil des elektromagnetischen Spektrums ist für Bodenobservatorien weitgehend unzugänglich. Ein herausragendes Ergebnis der KAO-Messungen war die Entdeckung der Uranus-Ringe.

Für den teils immer noch unerforschten Infrarot-Bereich haben Wissenschaftler der Vereinigten Staaten von Amerika und aus Deutschland den Bedarf für die Entwicklung eines neuen Infrarotastronomie-Observatoriums als modernen Nachfolger des KAO aufgezeigt: Mit höherer Winkelauflösung, gesteigerter Empfindlichkeit und höherer spektraler Auflösung wird dieses neue flugzeuggetragene Observatorium fundamentale Fragen der galaktischen und extragalaktischen Astronomie und des Ursprungs und der Entwicklung des Sonnensystems beantworten.

Von deutscher Seite sind für SOFIA zwei Instrumente entwickelt worden, die ab Anfang 2011 bzw. 2013 zum Einsatz kommen werden:

  • Das hochauflösende Heterodyn-Spektrometer GREAT (German Receiver at Terahertz Frequencies) unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn und
  • das abbildende Linienspektrometer FIFI-LS (Far Infrared Field Imaging Line Spectrometer) unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Garching.
lopa_sm Links:
Blick in das Innere von Sofia

Rechts:
SOFIA während nächtlicher Testmessungen vor dem Hangar in Palmdale

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Quellen:
DSI Stuttgart (R.o.), DLR

Die Finanzierung beider Instrumente erfolgte durch die beteiligten Max-Planck- und Universitäts-Institute, letztere mit Fördermitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Die Plattform für das 2,7 Meter-Infrarot-Teleskop von SOFIA ist ein gebrauchtes Boeing 747SP-Verkehrsflugzeug, das in Flughöhen über zwölf Kilometern operieren wird. Unterhalb dieses Bereichs behindert der absorbierende Wasserdampf in der Troposphäre Beobachtungen im Infrarotbereich, was dazu führt, dass Bodenteleskope Infrarotstrahlung von Himmelsobjekten nur in engen Wellenlängenfenstern empfangen können. SOFIA wird eine zehnmal höhere Empfindlichkeit und eine dreifach bessere Winkelauflösung haben als das KAO. SOFIA wird für geplante 20 Jahre in Betrieb sein und dabei pro Jahr etwa 160 astronomische Messflüge durchführen. Jeder Flug dauert jeweils etwa sechs bis acht Stunden. SOFIA wird von etwa 50 Wissenschaftlergruppen genutzt, die durch ein jährliches wissenschaftliches Gutachtergremium (Peer Review) ausgewählt werden.

Die häufigen Fluggelegenheiten mit Instrumenten jeweils neuester Technologie ermöglichen eine vielfältige Nutzung durch die Wissenschaftler. Durch den direkten Zugang zum Instrument während des Fluges haben junge Wissenschaftler die Chance, ihre Messungen hautnah mitzuerleben und rasch in wissenschaftliche Veröffentlichungen umzusetzen. Die Flexibilität von SOFIA ermöglicht weltweiten Zugang zu kurzfristig auftauchenden Beobachtungsobjekten (so genannten Targets of Opportunity). Dank der vergleichsweise kurzen Zyklen der Instrumenten-Entwicklung bietet SOFIA darüber hinaus eine ausgezeichnete Testplattform für spätere satellitengetragene Instrumente.

Die Kooperation zwischen der NASA und dem DLR ist in einem beiderseitigen Abkommen, dem "Memorandum of Understanding (MoU)", vereinbart. Dieses Abkommen legt die Verteilung der Arbeitspakete während der Entwicklungs- und der Betriebsphase fest. Deutschland liefert das Teleskop und wird sich mit 20 Prozent am Betrieb beteiligen und dafür pro Jahr etwa 30 Wissenschaftsflüge zugeteilt bekommen. Die NASA hat die gebrauchte Boeing 747 gekauft und für den Einbau des Teleskops entsprechend umgebaut. NASA führt zudem den Betrieb des Observatoriums von einer Heimatbasis in den Vereinigten Staaten von Amerika durch.

NASA und DLR haben Industrieverträge für die Erfüllung ihrer Aufgaben vergeben. Das SOFIA-Teleskop wurde im Auftrag des DLR von den Firmen MT-Mechatronics (früher: MAN) und Kayser-Threde entwickelt, gebaut und mit einem Airbus-Großraumflugzeug Beluga an den Integrationsort Waco in Texas geliefert. Dutzende von weiteren Firmen aus Europa haben im Unterauftrag von MT-Mechatronics/Kayser-Threde an der Entwicklung des Teleskops mitgearbeitet.

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SOHO

Siehe Solar and Heliospheric Observatory

Sojus

Die Sojus-Rakete (russ. für Union, Vereinigung; engl. Soyuz) ist eine der Weiterentwicklungen der weltweit ersten Interkontinentalrakete, der R-7, die 1957 zu ihrem Erstflug startete. Heute ist die Sojus-Rakete die meistgeflogene orbitale Rakete der Welt mit insgesamt mehr als 850 Flügen und eine der erfolgreichsten mit einer Zuverlässigkeitsquote von 97,5 %. Außerdem ist sie die einzige aktive Trägerrakete der Russischen Föderation, die für den bemannten Raumflug zugelassen ist. Kommerziell wird die Rakete von der französisch-russischen Firma Starsem vermarktet, die sie ab Ende 2009 auch von dem europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, starten lassen will. Mit dem gleichzeitigen Dienstantritt der kleineren Vega-Rakete wird Arianespace ab 2009 in Kourou Startdienste in allen Nutzlastkategorien anbieten können: für leichte Nutzlasten die Vega, für mittelschwere Sojus-ST und für schwere Ariane 5.

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Eine Sojus-Startrakete hob am 21. Oktober 2011 vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guyana ab und brachte das erste Paar von Europas Galileo-Navigationssatelliten ins All. Dies war ein historisches Ereignis, da eine Sojus zum ersten Mal von einem anderen Raketenstartplatz als Baikonur or Plessetsk startete. Sojus ist eine Startrakete für mittelschwere Lasten. Ihre Leistungsmerkmale ergänzen auf perfekte Weise jene der ESA-Raketen Ariane und Vega. Im europäischen Startplatz wird die Version Sojus-2 eingesetzt, auch als Sojus-ST bezeichnet. Diese Version beinhaltet die Fregat-Raketenoberstufe und die ST-Verkleidung. Sojus-2 ist die modernste Version der renommierten Familie russischer Startraketen, die das Rennen um den Weltraum mit dem Start von Sputnik einläuteten, und dann auch den ersten Menschen ins All brachten. Sojus-2 hat eine verbesserte Leistung und ist in der Lage, bis zu 3 Tonnen auf eine geostationäre Umlaufbahn zu transportieren, verglichen mit den 1,7 Tonnen, die mit der älteren Version von Baikonur aus transportiert werden können.

 

Zu größerer Darstellung auf Grafiken klicken Quelle: ESA

Da Kourou viel näher am Äquator als Baikonur liegt, ist es energetisch günstiger von dort geostationäre Satelliten zu starten, so dass eine Sojus in Kourou über eine höhere Nutzlastkapazität als in Baikonur oder Plessezk verfügt. Die Nutzlastkapazität der Sojus-ST wird mit 2.720 kg für einen Geotransferorbit, 1.360 kg für einen geostationären Orbit und 4.350 kg für einen sonnensynchronen Orbit angegeben.

Es erscheint außerdem möglich, die ohnehin schon für bemannte Flüge zugelassene Sojus in Kourou zum Starten von Astronauten einzusetzen. Auch bei einem Flug zu der internationalen Raumstation ISS würde die Nutzlastkapazität der Sojus im Vergleich zu Baikonur steigen. Allerdings gab es bisher keine offiziellen Gespräche zwischen der ESA und Russland, die bemannte Starts in Kourou betreffen, eine solche Möglichkeit wird jedoch für die Zukunft nicht ausgeschlossen.

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Solar and Heliospheric Observatory (SOHO)

Gemeinsam von ESA und NASA entwickelter und 1995 gestarteter Raumflugkörper zur Untersuchung des Inneren der Sonne, ihrer Atmosphäre und des Sonnenwindes. Zusammen mit zwei anderen ESA-Missionen (Cluster und Ulysses) erforscht SOHO die Interaktion zwischen Sonne und Erde unter verschiedenen Perspektiven.

SOHO bewegt sich auf der sonnenzugewandten Seite der Erde um die Sonne und gleichzeitig um den Lagrange-Punkt L1. Die Sonde hat so einen ungestörten Blick auf die Sonne.
Die Missionsdauer wurde wiederholt verlängert, womit bereits 2007 ein vollständiger 11-jähriger Sonnenzyklus abgedeckt werden konnte. Die Nutzlast von SOHO beinhaltet 12 verschiedene Instrumente, die von 12 internationalen Konsortien aus 26 Instituten in 15 Ländern entwickelt und gebaut wurden. Unter der Gesamtverantwortung der ESA wird SOHO vom Goddard Space Flight Center bei Washington aus operationell betreut.
Die SOHO-Sonde bewegt sich in einer „Halo-Umlaufbahn“ zwischen Sonne und Erde, und zwar ungefähr an dem Punkt, an dem sich die Kraftfelder von Sonne und Erde gegenseitig aufheben.
Soho wurde entwickelt, um Antworten auf drei grundlegende wissenschaftliche Fragen zu finden:

  • Wie sind der Aufbau und die dynamischen Prozesse des Sonneninneren gestaltet?
  • Weshalb existiert die Sonnenkorona, und welches sind die Prozesse, die zu ihrer extrem heißen Temperatur von ca. 1 Mio °C führen?
  • Wo wird der Sonnenwind erzeugt, und wie wird er beschleunigt?

Hinweise auf das Sonneninnere können durch die Untersuchung seismischer Wellen (Helioseismologie) gewonnen werden, die sich in der turbulenten äußeren Schicht der Sonne bilden, und die sich als Rippeln an der Oberfläche abzeichnen.
SOHO ist nach wie vor das Flaggschiff der Sonnenforschungssonden. Die ESA hat die Mission bis Dezember 2016 verlängert.

Das Solar Dynamics Observatory (SDO), eine am 11. Februar 2010 gestartete NASA-Mission zur Erforschung der dynamischen Vorgänge der Sonne wird die Messungen der SOHO-Sonde fortführen.

SOHO SOHO Quelle: ESA Estec Aktuelle SOHO-Bilder von der Sonne

Aktuelle SOHO-Bilder von der Sonne

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Quelle: ESA Estec

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Solar Backscatter Ultraviolet Radiometer (SBUV)

Radiometer, der die vertikale Verteilung und die Gesamtmenge des atmosphärischen Ozons misst. Die Mission ist angelegt um längere Trends bestimmen zu können. SBUV werden auf NOAA-Satelliten mit polarer Umlaufbahn eingesetzt.

Solar Dynamics Observatory (SDO)

Eine am 11. Februar 2010 gestartete NASA-Mission zur Erforschung der dynamischen Vorgänge der Sonne, die unter dem LWS-Programm (von engl. Living With a Star) entwickelt wird. SDO wird die Messungen der Sonde SOHO fortführen.

Als Trägerrakete kam eine Atlas-V zum Einsatz, die den Satelliten von Cape Canaveral in eine geostationäre Transferbahn befördert hat. SDO hat sich von dort mit Hilfe seines eigenen Triebwerks durch elf Schubmanöver in eine geosynchrone Umlaufbahn mit einer Bahnneigung von 28,5° manövriert, die es am 16. März 2010 erreichte. Die Mission hat eine Mindestdauer von fünf Jahren und drei Monaten, jedoch wird genügend Treibstoff für eine zehnjährige Mission mitgeführt.
SDO ist ein drei-Achsen-stabilisierter Satellit von 2,2 Meter mal 2,2 Meter mal 4,5 Meter Größe, der als Ganzes mit Instrumenten und Solarpaneelen direkt auf die Sonne ausgerichtet wird. Er besitzt ein Apogäumstriebwerk zum Einschuss in die geosynchrone Umlaufbahn sowie verschiedene kleine Lageregelungstriebwerke. Die Startmasse beträgt 3100 kg, davon entfallen 1400 kg auf den mitgeführten Treibstoff und 270 kg auf die wissenschaftliche Nutzlast. Die Solarpaneele mit einer Fläche von 6,6 m² und einer Spannweite von 6,5 m produzieren 1450 Watt Leistung.

SDO hat folgende drei Instrumente an Bord:

  • Extreme Ultraviolet Variability Experiment (EVE): Das vom Laboratory for Atmospheric and Space Physics entwickelte EVE dient zur Messung der solaren extrem-ultravioletten Strahlung (EUV) im Bereich von 0,1–105 nm mit bisher nicht erreichter Genauigkeit der Spektralauflösung (besser als 0,1 nm) bei gleichzeitiger hoher zeitlicher Auflösung (alle 10 s ein Bild).
  • Helioseismic and Magnetic Imager (HMI): Der von der Stanford University entwickelte Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) ermöglicht Messungen der solaren Veränderlichkeit sowie verschiedener Komponenten der solaren magnetischen Aktivität.
  • Atmospheric Imaging Assembly (AIA): Die vom Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory entwickelte Atmospheric Imaging Assembly (AIA) ermöglicht Abbildungen der vollen Sonnenscheibe in neun verschiedenen Wellenlängenbereichen im ultravioletten (UV) und extrem-ultravioletten (EUV) Frequenzbereich, sowie einem im sichtbaren Bereich mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung. Das mit vier Kameras ausgerüstete AIA macht dabei alle 10 s ein Bild in HDTV-Auflösung in acht der zehn Frequenzbereiche und einer Auflösung von 725 km.

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Solarkonstante

Bezeichnung für die näherungsweise konstante Bestrahlungsstärke der Sonnenstrahlung an der Obergrenze der Atmosphäre bei einem mittleren Sonnenabstand. Die Solarkonstante wird für eine Fläche senkrecht zur Einstrahlung mit 1368 W/m² bzw. 8,15 J/(m²·min) angegeben. In Abhängigkeit zu solaren Aktivitätsschwankungen erfährt die Solarkonstante kurzfristige Änderungen in der Größenordnung von etwa 4 W/m², für längerfristige Schwankungen werden Änderungen der Bestrahlungsstärke von bis zu einem Prozent der Solarkonstanten angenommen.
Insgesamt (integriert über die Querschnittsfläche der Erdkugel von 1,3 · 1014 m²) stehen der Erde damit 1,76 · 1014 J/s zur Verfügung. Bezogen auf die Erdoberfläche von 5,1 · 1014 m² sind das 342 W/m².

SONAR

Engl. Akronym für Sound Navigation and Ranging, dt. etwa Navigation und Entfernungsmessung durch Wasserschall; Bezeichnung für eine Messtechnik zur Ortung und Vermessung von Gegenständen unter Wasser mit Hilfe des Echos von Schall- oder Ultraschallwellen, gleichzeitig auch die Bezeichnung für die Messgeräte selbst. Sonar nutzt die Tatsache aus, dass sich Schall unter Wasser insbesondere bei hohen Frequenzen sehr viel verlustärmer ausbreitet als in der Luft.

Die grundsätzliche Funktionsweise aller Sonar-Systeme ist immer gleich: Es wird eine Schallwelle erzeugt, das Echo registriert und aus der gemessenen Laufzeit der Welle die Entfernung zum reflektierenden Objekt errechnet. Bei herkömmlichen Sonar-Systemen wird der Schall gebündelt und in eine genau definierte Richtung emittiert; aus der Laufzeit des Echos kann daher die Lage des reflektierenden Objektes im dreidimensionalen Raum errechnet werden.

Seitensichtsonar (Side-Scan Sonar)

Zur Erhebung von bildfähigen Daten des Meeresbodens mit einem Seitensichtsonar zieht man das Sonar-Instrument über das Untersuchungsgebiet. Das von einem Schiff geschleppte Gerät (tow-fish) ist mit einer gereihten Anordnung von Messwertgebern ausgerüstet, die Akustikimpulse in einem bestimmten Frequenzbereich aussenden und später wieder empfangen.
Die Gestalt des Akustikimpulses ist quer zur Bewegungsrichtung breit (Fächerform) und in Bewegungsrichtung schmal. Die akustische Energie, die vom Sonargerät empfangen wird, liefert Informationen zur allgemeinen Verbreitung und Charakteristik der oberflächennahen Sedimente und Gesteinsausbisse. Wenn alle anderen Parameter konstant sind, streut eine rauere Oberfläche i.a. stärker zurück als eine glattere Oberfläche. Schatten resultieren aus Stellen ohne Energierückfluss, wie z.B. die Schatten von großen Felsblöcken oder gesunkenen Schiffen und tragen so zur Interpretation des Sonogramms bei. In der Grafik rechts erscheinen starke Reflexionen (high backscatter) , z.B. von Felsblöcken, Kies und vertikale Strukturen im Sonogramm hellgrau, schwache Reflexionen (low backscatter) von feinerem Sediment oder Schatten sind dunkelgrau.

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Quelle: Woods Hole Science Center
 

Anders verhält es sich beim Sidescan-Sonar (engl. side-scan sonar, Kurzform: SSS): Hier werden gleichzeitig zwei fächerförmige Impulse ("pings") quer zur Fahrtrichtung des Schiffes ausgesendet, jeweils einer nach links und einer nach rechts. Dieses zwei pings erzeugen durch ihre breite Fächerform eine große Anzahl an Echos, ohne dass jedoch die Richtung, aus der diese Echos kommen, bekannt wäre; die einzigen bekannten Parameter sind die Dauer ihrer Laufzeit und ihre Intensität. Es ist daher nicht möglich, mit herkömmlichen Methoden aus diesen Daten dreidimensionale Geländemodelle zu erstellen, vielmehr ähneln die Ergebnisse Luftbildern: auch in diesen sind keine dreidimensionalen Daten enthalten, sie stellen lediglich die Projektion einer Szene auf eine Ebene dar.

Mit Side-Scan Sonar können Objekte geortet werden, die mit optischen Mitteln in trübem Wasser nicht aufzufinden sind. Die Frequenzen, mit denen Sidescan-Sonare betrieben werden, bewegen sich zwischen 6,5 kHz und 1 MHz, die Reichweite kann zwischen wenigen Metern und 60 km betragen, und die Auflösung reicht von wenigen Zentimetern bis zu 60 m; wie bei allen auf der Emission von Wellen basierten Systemen (Radar/Bodenradar, Lidar) gilt auch für Sonar-Systeme der Zusammenhang zwischen Frequenz, Auflösung und Reichweite: höhere Frequenzen bringen eine bessere Auflösung bei einer geringeren Reichweite. Viele moderne Systeme können deshalb mit verschiedenen Frequenzen betrieben werden, um sie möglichst vielseitig einsetzen zu können.

Seitensichtsonare werden sowohl im militärischen Bereich (U-Bootjagd, Minenortung etc.) als auch in der Wissenschaft (Biologie, Geologie, Unterwasser-Archäologie) und im privaten Bereich (Schifffahrt allgemein, Fischerei) eingesetzt, und Rettungsorganisationen verwenden hochauflösende Sonar-Systeme zur Ortung Ertrunkener.

Echolote (Echo-Sounder), Fächerecholote (Multibeam-Echosounder) und Sedimentsonare (Subbottom-Profiler) sind Systeme, die auf den gleichen technischen Grundlagen basieren, jedoch mit anderen Frequenzen und Messgeometrien arbeiten; auch die Art der Datenauswertung unterscheidet sich zum Teil erheblich von den bei Sidescan-Sonaren angewendeten Methoden.

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Sonarerkundung

Aktive Technik der Fernerkundung, die auf Schallwellen beruht und u.a. zur Erforschung des Meeresgrundes von Schiffen aus dient. Ausgesandte akustische Wellen werden an Grenzflächen reflektiert, aufgefangen und registriert.

Weitere Informationen: Erfassung des Meeresbodens mit Seitensicht-Sonar (FA der Bundeswehr für Wasserschall und Geophysik)

Sonde

s. Raumsonde

Sonnenphotometer

Messgerät zur Ermittlung der Intensität der direkten Sonnenstrahlung; dadurch können Rückschlüsse auf die aktuelle Zusammensetzung der Atmosphäre gezogen werden.

Sonnenstrahlung

Syn. Solarstrahlung, solare Strahlung, engl. solar radiation; die von der Photosphäre emittierte elektromagnetische Strahlung, die nach dem Plancksches Strahlungsgesetz der Strahlung eines Schwarzen Körpers der Temperatur 5800 K entspricht. Die Photosphäre ist eine 300 bis 400 km dicke Schicht, die als Oberfläche der Sonne gilt.
Der mittlere Energiefluss der Sonnenstrahlung an der Obergrenze der Atmosphäre (extraterrestrische Sonnenstrahlung) wird als Solarkonstante bezeichnet. Das Maximum der spektralen Energieverteilung tritt im sichtbaren Bereich nach dem Wienschen Verschiebungsgesetz bei 0,48 µm auf. Das solare Strahlungsspektrum wird in drei Bereiche eingeteilt: ultravioletter Bereich 0,1-0,4 μm, sichtbarer Bereich 0,4-0,75 μm, nahes und mittleres Infrarot 0,75-30 μm. 99% der Energieabstrahlung erfolgt im Wellenlängenbereich 0,23-5 µm. An der Obergrenze der Atmosphäre sind davon 9% UV-Strahlung, 45% sichtbares Licht und 46% Infrarotstrahlung.

Beim Durchgang durch die Atmosphäre wird die Sonnenstrahlung insgesamt abgeschwächt (Extinktion), in einigen Wellenlängenbereichen erfolgt sogar eine fast gänzliche Auslöschung der Strahlung durch die atmosphärischen Gase und Spurenstoffe. Dies gilt u.a. für Wellenlängen < 0,29 mm, die in der zwischen 20-50 km auftretenden Ozonschicht weitestgehend absorbiert werden. Dadurch wird das Leben auf der Erde vor der gefährlichen UV-Strahlung geschützt. Weitere Schwächungen erfolgen durch die Streuung an Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen sowie den Dunstpartikeln. Besonders im Infrarotbereich wird die Sonnenstrahlung von Wasserdampf- und Kohlendioxidmolekülen absorbiert, während das gesamte Spektrum durch die Dunstabsorption erheblich abgeschwächt wird.

Zusammen mit der diffusen Himmelsstrahlung bildet die Sonnenstrahlung die sog. Globalstrahlung als Bezeichnung für die zweikomponentige Bestrahlung der Erdoberfläche.

sonnensynchrone / heliosynchrone Umlaufbahn

Engl. sun-synchronous orbit, franz. orbite héliosynchrone; polnahe, kreisförmige Umlaufbahn von Satelliten, die den Äquator stets zur selben Ortszeit (z.B. 9h30) überqueren, so dass im Rahmen des Möglichen gleichbleibende Aufnahmebedingungen gegeben sind. Die aufeinanderfolgenden N-S-Umläufe werden in gleichem Maße nach W verlagert wie sich die Erde während eines Umlaufs um ihre eigene Achse dreht. Auf diese Weise hält der Satellit Schritt mit der westwärtigen Bahn der Sonne. Nach einer gewissen Zahl von Umrundungen hat der Satellit die gesamte Erdoberfläche erfasst. Einige Satelliten arbeiten mit einem breiten Abtastfeld und können die Erde deshalb in nur wenigen Umrundungen völlig erfassen. Hochauflösende Satelliten tasten hingegen jeweils nur einen engen Bereich ab und benötigen mehrere Tage, um die gesamte Erdoberfläche zu erkunden. Der relativ niedrige Orbit erleichtert aber generell eine hohe räumliche Auflösung.

Um diese Besonderheit zu erreichen, muss sich der Satellit auf einer niedrigen Erdumlaufbahn mit einer Inklination zum Erdäquator von rund 98 Grad bewegen. Diese Bahn ist etwas stärker geneigt als die klassische polare Bahn mit 90 Grad und damit leicht retrograd. Das heißt, die Bewegungsrichtung des Satelliten über der Oberfläche ist etwas entgegen der West-Ost-Richtung der Erde geneigt.

sun-synchronous Sonnensynchrone Umlaufbahn

A Sun-synchronous orbit crosses over the equator at approximately the same local time each day (and night). This orbit allows consistent scientific observations with the angle between the Sun and the Earth’s surface remaining relatively constant. These illustrations show 3 consecutive orbits of a sun-synchronous satellite with an equatorial crossing time of 1:30 pm. The satellite’s most recent orbit is indicated by the dark red line, while older orbits are lighter red.

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Quelle: NASA Earth Observatory
 

Die wiederholbaren Beleuchtungsverhältnisse erleichtern die Bildinterpretation und -bearbeitung wie z.B. das Zusammenfügen von überlappenden Bildern zu einem Mosaik oder das Vergleichen von Bildern derselben Gegend, die zur gleichen Jahreszeit, aber in verschiedenen Jahren aufgenommen wurden. Allerdings schließt ein sonnensynchroner Orbit nicht jegliche Beleuchtungsvariationen aus. Der Sonnenstand und die Beleuchtungsintensität ändern sich in Abhängigkeit von Breite und Jahreszeit. Auch verursachen Schwankungen der atmosphärischen Bedingungen Beleuchtungsänderungen zwischen einzelnen Szenen.

Halbjahressequenz einer sonnensynchronen Umlaufbahn
aktive_ssync_orbits

 

Links: Halbjahressequenz einer sonnensynchronen Umlaufbahn
Der Winkel zwischen der Ebene der Umlaufbahn und der Richtung Sonne - Erde bleibt konstant, daher die Bezeichnung "sonnensynchron".

Quelle:
unbekannt (Hinweis erbeten)

Rechts: Alle aktiven sonnensyn-chronen Satellitenorbits mit Bahn-kreuzungen am Nordpol, ca. 2008

Quelle: SatMagazine
 
Sonnenwind

Syn. Solarwind; ionisierter Partikelstrom, der kontinuierlich von der Sonne ausgeht, bestehend aus Protonen (Wasserstoffionen), Alphateilchen (Heliumionen) und geringen Mengen weiterer Ionen und Elektronen. Die Bahnen des Sonnenwindes im interplanetarischen Raum werden durch das solare Magnetfeld festgelegt. Dieses ändert sich in Abhängigkeit zu den solaren Aktivitätsschwankungen, die wiederum eng mit der Zahl der auftretenden Sonnenflecken korrelieren. Der Sonnenwind erreicht in Abhängigkeit zu den solaren Aktivitätsschwankungen die Erde auf sehr unterschiedlichen Bahnen aus unterschiedlichen Richtungen. Das hat erhebliche Folgen für die Struktur und die Intensität der Störungen des erdmagnetischen Feldes sowie der daraus resultierenden solarterrestrischen Erscheinungen wie Polarlichter, Funkwellenstörungen und möglicherweise auch Wetter- und Klimabeeinflussungen.

Sonnenzeit

Zeitskala, die für einen bestimmten Ort auf der Dauer des Sonnentages beruht und demnach fest mit der Erdrotation verknüpft ist. Die Sonnenzeit orientiert sich am Sonnenstand und ist folglich vom Längengrad des Ortes abhängig. Man unterscheidet:

  • Die wahre Sonnenzeit (auch: wahre Ortszeit): Wenn die Sonne ihren höchsten Punkt erreicht und damit den Meridian schneidet, gibt die wahre Ortszeit 12 Uhr an. Das ist auch die Zeit, die vor allem ältere Sonnenuhren anzeigen. Aufgrund der elliptischen Bahn der Erde um die Sonne geht eine solche Uhr gemessen an einer Atomuhr je nach Jahreszeit bis zu 16 min vor oder nach.
  • Die mittlere Sonnenzeit (auch: mittlere Ortzeit): Gleicht man die jahreszeitlichen Schwankungen der wahren Sonnenzeit aus, erhält man die mittlere Sonnenzeit. Dabei handelt es sich um die Zeit, die eine Sonnenuhr anzeigen würde, wenn die Bahn der Erde um die Sonne ein exakter Kreis und die Erdachse nicht geneigt wäre. Die mittlere Sonnenzeit ist vor allem für astronomische Beobachtungen von Bedeutung sowie früher auch für die Navigation.
SORCE

Engl. Akronym für Solar Radiation and Climate Experiment; 2003 gestartete Mission der NASA und der Universität von Colorado zur Messung der Gesamtstrahlung und des gesamten Strahlungsspektrums der Sonne als Grundlage für die Klimaforschung. SORCE fliegt in 645 km Höhe auf einer nicht-sonnensynchronen Bahn mit einer Inklination von 40°. Der Satellit trägt folgende 4 Instrumente:

  • Total Irradiance Monitor (TIM)
  • Spectral Irradiance Monitor (SIM)
  • Solar Stellar Comparison Experiment (SOLSTICE)
  • Extreme Ultraviolet Photometer System (XPS)

Weitere Informationen:

Sounder

Dt. Sondierer; unscharf definierter, i.a. für nicht-abbildende, passive Fernerkundungssensoren verwendeter Begriff, die Höhen-Profillinien von Druck, Temperatur oder Spurengaskonzentrationen in der Atmosphäre erfassen. Viele Sounder arbeiten nach dem Prinzip der "Horizontsondierung" (Limb Sounder) oder der Okkultation. Profilinformation kann aber auch aus geschickten Auswertungen der Druck- oder Temperaturabhängigkeiten der atmosphärischen Spektren gewonnen werden.
Typische horizont-sondierende Sounder zur Bestimmung von Spurengasprofilen für atmosphärenchemische Untersuchungen sind beispielsweise MAS und MIPAS. HIRS oder MHS sind Beispiele für Sounder, die eher für meteorologische Fragestellungen optimiert sind.

Space Environment Monitor (SEM/2)

Instrumentesatz an Bord von NOAA-L zur Bestimmung der Intensität der irdischen Strahlungsgürtel und des Flusses von geladenen Partikeln in Satellitenhöhe. Die Instrumente liefern Informationen über solar-terrestrische Phänomene und warnt vor Sonnenwind-Ereignissen, welche den Funkverkehr beinträchtigen und Satelliten schädigen können.

Spacelab

Bezeichnung für das 1983 an Bord der Raumfähre Columbia erstmals ins All gebrachte Weltraumlabor. Bis 1997 folgten weitere 21 von 50 ursprünglich geplanten Missionen. 121 Astronauten haben an Bord gearbeitet, darunter Ulf Merbold bei FLSP1, Ernst Messerschmidt und Reinhard Furrer auf D 1 sowie Ulrich Walter und Hans Schlegel auf D 2.
1973 war zwischen der NASA und der ESRO (European Space Research Organisation), einer Vorläuferorganisation der ESA ein Vertrag zum Bau des Spacelabs durch Europa abgeschlossen. Damals gab es noch keine Nutzergemeinde, die möglichen Anwender mussten von der Nutzung eines Spacelabs für Experimente unter Schwerelosigkeit erst überzeugt werden. Es war, wie heute bei der ISS, eine politische Entscheidung. Deutschland übernahm den größten Anteil von 55 %, Italien 15,6 %, Frankreich 10,3 das UK 6,5 %. Gebaut wurde das Spacelab bei der damaligen ERNO GmbH in Bremen, unterstützt von ca. 50 Unterauftragnehmern.

Trägersystem des Spacelab war der amerikanische Raumtransporter Space Shuttle. Für dessen Maße und technische Voraussetzungen war das Spacelab in seiner Konstruktion ausgelegt. Das Spacelab blieb für die Dauer der Mission als feste Nutzlast im Space Shuttle. Das Spacelab bestand aus zwei Einheiten:

  • Die Labormodule in Form zylindrischer Druckkabinen mit 4 Meter Durchmesser und etwa 2,7 Meter Länge. Zu einem Labor von etwa 7 Meter Länge kombiniert, boten sie vier Astronauten Platz. Hier waren Versorgungssysteme, Datenverarbeitungsanlagen und die Experimentiereinrichtungen untergebracht. Das Modul war durch einen Tunnel vom Raumtransporter her erreichbar und wurde auch von diesem mit Energie versorgt.
  • Auf U-förmige, oben offene Paletten waren Messgeräte, Teleskope, Antennen etc. montiert, die frei dem Weltraum ausgesetzt waren. Labormodule und Paletten liessen sich je nach Erfordernis beliebig miteinander kombinieren.

Die im Spacelab durchgeführten Experimenten und Messungen betrafen vor allem die Physik, Astronomie, Meteorologie, Materialwissenschaft, Biologie und Pharmazie, außerdem wurden vielfältige Aufgaben der Fernerkundung erfüllt.

Spacelab Spacelab


Inneres des Spacelabs der D1-Mission mit
ESA-Astronaut Merbold umrahmt von den einzelnen, für die unterschiedlichen Missionen austauschbaren Racks.


Quelle: ESA
Space Reconnaissance

Engl. Begriff für weltraumgestützte Spionage/Aufklärung, gewöhnlich mit Hilfe von Satelliten. Space Reconnaissance gilt als im kalten Krieg entstandene militärische Vorläuferin, bzw. nunmehr Schwester der zivilen Satellitenfernerkundung. Wichtige US-amerikanische Programme trugen die Code-Namen CORONA, Argon, Lanyard, Gambit, Hexagon, Lacrosse, Vega.
Ein besonderer Vorteil der Space Reconnaisance ist, dass anders als bei der riskanten Spionage mit hochfliegenden Spezialflugzeugen die territoriale Integrität des auszuforschenden Landes nicht verletzt wird.
Für die Zeit der Konfrontation während des Kalten Krieges besaß die Satellitenaufklärung eine stabilisierende Rolle für das "Gleichgewicht des Schreckens". Seit dem Ende der O-W-Konfrontation erzeugen lokale "Schurkenstaaten", internationaler Terrorismus und die Verbreitung von Massenvernichtungswaffen reichlich Überwachungsbedarf. In den Konflikten, an denen die USA militärisch beteiligt sind, fungiert Satellitenaufklärung als ein Überlegenheit stiftendes Instrument des 'heißen Krieges'. Bei den Einsätzen von Bagdad über Belgrad zu erneut Bagdad unterstützt sie Zielplanung, Zielfindung und die anschließende 'Evaluation' angerichteter Zerstörung.
Klassische Spionagesatelliten decken 'nur' den Frequenzbereich des sichtbaren Lichts und einen schmalen Beobachtungsstreifen von 4 bis 36 km Breite ab, bieten aber hohe optische Auflösungen. Bei den aktuellen Modellen wird ein Auflösungsvermögen von ca. 10 cm vermutet. Neuere Systeme arbeiten auch mit Infrarot- oder Radarsensoren.

Weitere Informationen: U.S. Satellite Imagery, 1960-1999 (NSA Archive)

Space Shuttle

Flotte von 5 wieder verwendbaren Raumtransportern der NASA, dessen erstes Exemplar Columbia am 12. April 1981 zu einem zweitägigen Raumflug startete, bei dem es die Erde 36-mal umkreiste. Davon war bis zuletzt noch eins (Atlantis) im Einsatz. Zwei Space Shuttles (Columbia und Challenger) wurden bei Unglücken zerstört. Die missionsreichste Raumfähre, die Discovery, wurde im März 2011 außer Dienst gestellt, die Endeavour im Juni 2011.

Startkonfiguration des Space Shuttle Startkonfiguration des Space Shuttle Quelle: Science Line   Space Shuttle mit geöffneter Ladeluke Space Shuttle mit geöffneter Ladeluke Quelle: NASA TDRS

Das Space Shuttle startete mit Hilfe eines externen Treibstofftanks von 47 Metern Länge mit flüssigem Wasserstoff als Treibstoff und flüssigem Sauerstoff als Oxidationsmittel für die drei Hauptraketentriebwerke und zweier Feststofftriebwerke von 45,6 Meter Länge. Beim Start war der Raumtransporter insgesamt 56 Meter lang. Beim Start wurden alle Triebwerke gezündet, etwa zwei Minuten nach dem Start wurden die wiederverwendbaren Feststofftriebwerke abgesprengt und schwebten an Fallschirmen zur Erde. Der Zusatztank wurde nach dem Verbrauch des Treibstoffs ebenfalls abgestoßen und verglühte anschließend in der Erdatmosphäre.
Kernstück der Raumfähre war der Orbiter, also jenes einem Flugzeug ähnliche Teil des Transporters, der in die Erdumlaufbahn gelangte und nach Abschluss der Mission wie ein antriebsloses Gleitflugzeug auf der Erde landen konnte. Der Orbiter war 37,24 Meter lang, besaß eine Flügelspannweite von 23,79 Metern und bot Platz für maximal sieben Besatzungsmitglieder.

Eine der Aufgaben des Space Shuttles war bis zum Challenger-Unglück der Transport von Satelliten in seiner Ladebucht und deren Aussetzung in ihre Umlaufbahn. Seither dienten Space Shuttle-Missionen spezifischen Aufgaben, sie konnten an anderen Raumfahrzeugen andocken um dort Astronauten Service- bzw. Reparaturarbeiten zu ermöglichen. Auch beim Aufbau der internationalen Raumstation ISS wurde die Transportkapazität der Shuttles genutzt. Darüber hinaus diente es auch als weltraumbasierte Plattform, um Experimente sowie Beobachtungen von Erde und kosmischen Objekten durchzuführen. Auf einigen Missionen führten Shuttles das europäische Spacelab mit, während derer biologische und physikalische Experimente unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit durchgeführt wurden.
Mit der Rückkehr des Space Shuttle Atlantis am 21. Juli 2011 um 11:56 MESZ von einer Mission zur ISS ging die Ära der Space Shuttle zu Ende und das Tor ist geöffnet für eine neue Generation von Raumfahrzeugen. Mit dem Ende des Shuttle-Programms stehen nur noch die kleineren russischen Sojus-Raumfahrzeuge für den Hin- und Rückweg zur Internationalen Raumstation zur Verfügung. Mit ihnen lassen sich nur begrenzt Güter von der Station zurückbringen.

ISS028-E-017845

Sun rising on the final Shuttle Mission

Die Silhouette des Shuttles Atlantis hebt sich von der Erde ab, hinter der gerade die Sonne aufgeht - ein Foto, das von einem Astronauten an Bord der ISS am 19. Juli 2011 gemacht wurde. An diesem Tag legte das Shuttle das letzte Mal von der Raumstation ab und begann mit den Rückkehrvorbereitungen. Während ihres 13-tägigen Aufenthalts versorgte die Shuttle-Besatzung die ISS mit einem neuen Logistik-Modul, testete Werkzeug, Technologien und Einrichtungen, um Satelliten im All zu betanken und sie entsorgten alte Ausrüstungsgegenstände von der ISS.

Astronaut photograph ISS028-E-017845 was acquired on July 19, 2011, with a Nikon D2Xs digital camera using a 14 mm lens, and is provided by the ISS Crew Earth Observations experiment and Image Science & Analysis Laboratory, Johnson Space Center.

Quelle: NASA Earth Observatory
 

Weitere Informationen:

Space Situational Awareness (SSA)

siehe Weltraumlageerfassung

Space Weather

Siehe Weltraumwetter

Speckle

Engl. speckle, franz. speckle; nach DIN 18716 die "körnige Struktur, die in Radarbildern wegen der Wechselwirkung der kohärenten Strahlung mit einer rauen Oberfläche auftritt und die Erkennbarkeit von Objektdetails einschränkt".

SPECTRA

Engl. Akronym für Surface Processes and Ecosystem Changes Through Response Analysis; geplante Mission der ESA zur Beschreibung und Modellierung der Rolle terrestrischer Vegetation im globalen Kohlenstoffkreislauf und ihrer Reaktion auf anthropogene Klimaveränderungen.

Weitere Informationen:

Spektralband

Begriff, der die Lage von Strahlung im elektromagnetischen Spektrum und die Bandbreite der Aufnahmekanäle der Multispektralsensoren angibt. Je schmaler die Bandbreite und je höher die Anzahl der Bänder ist, desto besser ist die spektrale Auflösung eines Sensors. Ein Farbfilm kann als Aufnahmesystem mit 3 Bändern (rot, grün, blau; RGB) bezeichnet werden, wohingegen die größte Anzahl von Spektralbändern bei Hyperspektralscanner-Daten anzutreffen ist, bei denen die Spektralbänder nur wenige nm betragen.
Die Lage der Spektralbänder im Spektrum ist abhängig von den technischen Parametern des Sensors, der atmosphärischen Streuung und Absorption sowie von den vorgesehenen Hauptanwendungsgebieten für diese Fernerkundungsdaten. Multispektralscanner mit nur wenigen Spektralbändern werden häufig für großräumige Untersuchungen verwendet (NOAA AVHRR). Je kleinräumig differenzierter ein Gebiet ist, desto ähnlicher sind häufig die spektralen Signaturen und desto vorteilhafter sind schmalbandige Sensoren.

Spektralbereich

Engl. spectral region, franz. région du spectre; DIN 18716 definiert den Begriff als "zusammenhängender Ausschnitt des elektromagnetischen Spektrums", verbunden mit der Anmerkung: "Die Unterteilung des elektromagnetischen Spektrums in der Fernerkundung orientiert sich an den atmosphärischen Fenstern und sensortechnischen Aspekten. Sie ist deshalb nicht identisch mit der in der Physik üblichen Benennung der Wellenlängenbereiche. Die Grenzen zwischen den einzelnen Bereichen sind meist nicht scharf definiert."

Elektromagnetische Strahlung wird vor allem durch ihre Wellenlänge gekennzeichnet. Die Wellenlänge wird dabei in der Längeneinheit Meter (bzw. Bruchteilen wie Nanometer [nm] oder Mikrometer [µm]) angegeben. Gleichwertig ist aber auch die Angabe der Frequenz in Hertz (bzw. Vielfachen wie Megahertz [MHz], Gigahertz [GHz], Terahertz [THz] oder Petahertz [PHz]); diese Angaben sind vor allem bei Mikrowellen und längerwelliger Strahlung üblich. In einigen Wissenschaften sind aber auch Einheiten wie Wellenzahl [cm-1] oder Energie (Elektronenvolt [eV]) gebräuchlich. Beispielsweise sind 550 nm gleich 0,55 µm gleich 545,1 THz gleich 18182 cm-1 gleich 2,25 eV.
In der Praxis hat es sich eingebürgert, das gesamte Spektrum in Bereiche und Unterbereiche zu unterteilen.

Spektralbereiche WellenTab

Diese Bereiche und Unterbereiche werden oft noch wesentlich feiner, zum Teil auch überlappend, unterteilt. So kann der Bereich des sichtbaren Lichtes in Farben unterteilt werden (z.B. ist "blau" 440 - 485 nm), im Bereich des mittleren Infrarot sind Unterbereiche des thermischen IR und des "Wasserdampf-IR" gebräuchlich und im Bereich der Mikrowellen sind Unterbereiche wie C-Band, S-Band, oder X-Band üblich.

Satelliten beobachten zunächst einmal im sichtbaren Licht (400 nm -700 nm), wobei in vielen Fällen noch die Aufspaltung durch Filter oder Beugungsgitter in blaues, grünes und rotes Licht vorgenommen wird, die jeweils einem eigenen Detektor zugeleitet werden. Ebenso wird der Infrarotbereich von 700 nm bis 12500 nm in nahes (NIR), kurzwelliges (SWIR) und thermisches Infrarot (TIR) aufgesplittet. Radarsensoren arbeiten im Mikrowellenspektrum mit Wellenlängen zwischen 1 cm bis 1 m. Atmosphäreninstrumente beobachten darüber hinaus noch im Ultraviolett. Je nach Anzahl der Spektralkanäle spricht man von einem Panchromatischen Sensor (1 Kanal), Multispektralscanner (2 bis ca. 10 Kanäle) oder von einem Spektrometer (bis zu 2.000 Kanäle).

spektrale Auflösung

Syn. Bandbreite, Kanalbreite, engl. spectral resolution; franz. résolution spectrale; das Vermögen eines Sensorsystems, einzelne Wellenlängenbereiche zu trennen oder, anders ausgedrückt, die Wellenlängenbreite, die ein Spektralband bei 50 % der maximalen Durchlässigkeit des Spektralbandes umfasst. Als Maße für die Auflösung dienen die Anzahl der Spektralkanäle, ihre Breite und der Wellenlängenabstand.
Je größer die Anzahl der Bänder und je geringer die Bandbreite, desto größer ist die spektrale Auflösung des Sensors. Ziel ist die Erfassung der spektralen Signaturunterschiede der verschiedenen Oberflächenarten. Die spektrale Auflösung ist in Kombination mit der geometrischen und der temporalen Auflösung ein wesentliches Kennzeichen von Fernerkundungssensoren und entscheidend für die Nutzbarkeit der Daten für unterschiedliche Anwendungen. In meteorologischen Satellitensensoren ist die spektrale Auflösung relativ niedrig (z.B. weite Frequenzbänder). In der Bildspektometrie ist sie hoch (enge Frequenzbänder), da enge Frequenzbänder wichtig für das Aufspüren von feinen Unterschieden in den Reflexions- und Absorptionsmustern sind.

spektrale Empfindlichkeit

Engl. spectral sensitivity, franz. sensibilité spectrale; nach DIN 18716 das "Reaktionsvermögen des Sensors auf die wellenlängenabhängige Strahldichte", versehen mit der Anmerkung: "Die spektrale Empfindlichkeit eines Sensors wird durch spektrale Transmission des optischen Systems und der spektralen Response des Detektors bestimmt".

spektrale Signatur

Syn. Spektralsignatur; das für ein Material oder ein Objekt in einem Bild charakteristische Frequenzmuster der Strahlung, die von dem Material oder Objekt reflektiert oder emittiert wird, somit eine Art "spektraler Fingerabdruck". Dieses unterschiedliche Verhalten verschiedener Landoberflächen gegenüber dem Sonnenlicht bzw. deren Eigenstrahlung nutzt die Fernerkundungstechnik. Die "spektrale Signatur" wird benötigt, um verschiedene Objektarten voneinander abzugrenzen und die jeweiligen Objektarten zu identifizieren. Es ist üblich, den Reflexionsgrad graphisch, als Funktion der Wellenlänge darzustellen.

Die Kenntnisse über das Reflexions- bzw. das Absorptionsverhalten bestimmter Objekte verwendet man um multispektral aufgenommene Bilder zu klassifizieren.

Diagramme der spektralen Signaturen von Wasser, Erde und Vegetation Umsetzung spektraler Signaturen in Digitalwerte durch den LANDSAT-Scanner

Links: Diagramme der spektralen Signaturen von
Wasser, Erde und Vegetation

Die Reflexion von Vegetation liegt im nahen Infrarotbereich (Kanal 4) sehr hoch und im sichtbaren Rotbereich (Kanal 3) sehr niedrig. Dadurch lassen sich Gebiete mit Vegetation von kahler Erde unterscheiden.

Rechts: Umsetzung spektraler Signaturen in Digitalwerte durch den LANDSAT-Scanner

Beispiel für die Aufzeichnung von Wasser, grüner Vegetation und kahlem Boden durch LANDSAT.

Quelle: ESA Eduspace
 

Die Reflexion des kahlen Bodens nimmt vom sichtbaren zum Infrarot-Bereich des elektromagnetischen Spektrums leicht zu. Zwischen den unterschiedlichen Bodenarten und trockener oder nasser Erde gibt es große Unterschiede. Auch die unterschiedliche mineralische Zusammensetzung der Oberflächen ist in der Durchschnittskurve für kahlen Erdboden gezeigt. Wasser reflektiert Strahlung normalerweise nur im sichtbaren Bereich, sauberes Wasser besonders im Bereich blauen Lichts. Gleichzeitig absorbiert es stark im roten Licht und nahezu total im mittleren und fernen Infrarot.

Da im nahen Infrarotbereich fast gar keine Strahlung abgegeben wird, lässt sich Wasser eindeutig von anderen Oberflächen unterscheiden. In Bildern, die im nahen Infrarotbereich aufgezeichnet werden, erscheinen Wasseroberflächen als dunkle Flecken (niedrige Pixelwerte).

Die spektrale Signatur grüner Pflanzen ist unverwechselbar. Das Chlorophyll in wachsenden Pflanzen absorbiert sichtbares und insbesondere rotes Licht für die Photosynthese. Grünes Licht und Licht aus dem nahen Infrarotbereich wird hingegen reflektiert, da die Pflanze hierfür keine Verwendung hat. Die Pflanze vermeidet so eine unnötige Erwärmung und den Verlust ihres Saftes durch Verdunstung. Aufgrund ihres Wassergehalts weist grüne Vegetation auch eine starke Absorption im Bereich des mittleren Infrarots auf. Diese Kenntnis verwendet man um multispektral aufgenommene Bilddaten zu klassifizieren.

Zwischen der Reflexion im nahen Infrarotbereich und in den sichtbaren Bereichen des Spektrums besteht daher ein großer Unterschied. Aus dem Umfang dieses Unterschiedes lässt sich ablesen, welcher Flächenanteil mit wachsenden grünen Blättern bedeckt ist (Blättflächenindex). Teilweise kann durch die spektrale Signatur auch auf den speziellen Zustand der Bodenbedeckungsart geschlossen werden (z.B. Vegetationsschäden).

Spektrale Signaturen von Nutzpflanzen
und Boden

spektrale_signatur_1

Spektrale Signaturen von gesunden und gestressten Zuckerrüben.

spektrale_signatur_2

Wechselwirkungen zwischen reflektierter, absorbierter und übertragener Energie können mit Hilfe von Fernerkundung aufgespürt werden. Die Unterschiede in Blattfarbe, Textur, Form oder sogar wie die Blätter mit den Pflanzen verbunden sind bestimmen darüber, wie viel Energie reflektiert, absorbiert oder übertragen wird. Die Beziehung zwischen reflektierter, absorbierter und übertragener Energie wird verwendet um die spektralen Signaturen von individuellen Pflanzen zu bestimmen. Spektrale Signaturen sind einzigartig für die verschiedenen Pflanzenarten. Es ist ein etabliertes Verfahren in der Fernerkundung, gestresste Pflanzen in einem Bestand dadurch zu identifizieren, dass man zunächst die spektrale Signatur von gesunden Pflanzen genau bestimmt. Die Signatur gestresster Pflanzen zeigt dann eine davon abweichende spektrale Signatur.
Zuckerrüben haben einen höheren Reflektanzwert im sichtbaren Bereich des Spektrums von 400 - 700 nm (Abb. rechts). Dieses Muster kehrt sich um im nicht-sichtbaren Bereich von ca. 750 - 1200 nm. Das Muster aus dem sichtbaren Bereich wiederholt sich im Bereich von 1300 - 2400 nm. Die Interpretation der Reflektanzwerte in verschiedenen Wellenlängenbereichen kann so herangezogen werden, um die Pflanzengesundheit zu beurteilen.

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Quelle: Auracle Geospatial Science

Zur Bestimmung der aktuell in einer Region vorhandenen Biomasse benutzt man die spektrale Signatur von Vegetation und berechnet den sog. Vegetationsindex. Dies ist die Differenz der Pixelhelligkeit im nahen Infrarot (NIR) und im roten Licht (R). Hohe Werte bedeuten dabei viel Biomasse, niedrige Werte wenig Biomasse. Dividiert man diese Größe noch durch die Summe der beiden (NIR-R) / (NIR+R) dann resultiert der Normierte Differentielle Vegetationsindex NDVI. Aus der zeitlichen Veränderung der Biomasse lassen sich Ernteabschätzungen treffen, jahreszeitliche Variationen erfassen und durch langfristige Zeitreihen auch Rückschlüsse auf Klimaverschiebungen ziehen. NDVI-Karten werden von vielen Organisationen berechnet und im Netz zugreifbar gemacht. Das WDC am DFD berechnet täglich eine NDVI-Europakarte sowie Wochen- und Monatsmittel im 1 km Raster. Die amerikanische Wetterbehörde NOAA stellt globale Daten zur Verfügung:

Da die beobachteten Materialien, u.a. bedingt durch die geometrische Auflösung, nie in reiner Form vorkommen, überlagern sich die Signaturen zu Mischsignaturen. Weiterhin wird die spektrale Signatur durch die Aufnahmebedingungen (Feuchtigkeit, atmosphärische Verhältnisse, Beleuchtung, Relief) beeinflußt, so dass sie durch Trainingsgebiete anhand der jeweiligen Aufnahme im Rahmen multispektraler Landnutzungsklassifikationen bestimmt werden muß. Je höher die spektrale Auflösung, um so besser sind Materialien unterscheidbar.

spektrale Strahlungstemperatur

Engl. spectral radiation temperature, franz. temperature rayonnante spectrale; DIN 18716 definiert " Die spektrale Strahlungstemperatur (schwarze Temperatur) eines zu kennzeichnenden Strahlers für eine bestimmte Wellenlänge ist diejenige Temperatur des Schwarzen (Planckschen) Strahlers, bei der dieser die gleiche spektrale Strahldichte (Leuchtdichte) hat wie der zu kennzeichnende Strahler. Die Wellenlänge ist anzugeben."

spektraler Absorptionsgrad

Engl. spectral absorption factor, franz. degré d‘absorption spectral; nach DIN 18716 die "Abhängigkeit des Absorptionsgrades von der Wellenlänge der Strahlung".

spektraler Extinktionskoeffizient

Der s.E. kennzeichnet die wellenlängenspezifische Abschwächung eines Lichtstroms beim Durchgang durch ein Medium. Bezüglich der Fernerkundung handelt es sich bei diesem Medium in der Regel um die Atmosphäre. Er beschreibt in Verbindung mit der Weglänge, die optische Dicke der Atmosphäre und ist somit für die atmosphärische Korrektur von Bedeutung. Der spektrale Extinktionskoeffizient µ der Wellenlänge λ setzt sich aus dem spektralen Streukoeffizienten σ und dem spektralen Absorptionskoeffizienten τ zusammen. Diese kennzeichnen die Veränderung des Lichtstromes infolge Streuung und Absorption pro Weglänge: μ(λ) = τ(λ)+σ(λ).

spektraler halbräumlicher Emissionsgrad

Engl. spectral semi-spatial emission factor, franz. degré d‘émission semi-spatial spectral; nach DIN 18716 die "Abhängigkeit des Emissionsgrades von der Wellenlänge der Strahlung".

spektraler Reflexionsgrad

Engl. spectral reflectivity factor, franz. degré de réflexion spectral; nach DIN 18716 die "Abhängigkeit des Reflexionsgrades von der Wellenlänge der Strahlung".

spektraler Transmissionsgrad

Engl. spectral transmissivity factor, franz. degré de transmission spectral; nach DIN 18716 die "Abhängigkeit des Transmissionsgrades von der Wellenlänge der Strahlung".

Spektralkanal

Enger Bereich der Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums, in dem ein Sensor arbeitet. Meist in den Spektralfarben: blau, grün, rot und Infrarot.

Spektralradiometer

Ein Radiometer, das die Strahlungsintensität in mehreren Wellenbereichen (multispektral) messen kann. Häufig sind die Spektralbereiche hoch aufgelöst und sind für die Fernerkundung von speziellen Parametern konzipiert, wie z.B. Meeresoberflächentemperatur, Wolkeneigenschaften, Ozeanfarbe, Vegetation usw.

Spektrometer

Messgerät zur differenzierten Erfassung von elektromagnetischer Strahlung. Spektrometer nutzen die spektrale Signatur von Objekten zur Informationsgewinnung und sind damit eine Sonderform der Radiometer. Auch der Begriff Spektroradiometer ist gebräuchlich. Systeme, die orts- und spektralaufgelöst messen, bezeichnet man als abbildende Spektrometer bzw. Multi- oder Hyperspektralsensoren. Bei Landsat kann z.B. aus der spektralen Reflektion durch Vergleich mit Labormessungen die Identifikation von Mineralien vorgenommen werden.

Besonders wichtige Spektrometer sind Sounder (sondierende Sensoren ohne Ortsauflösung), bei denen die Gewinnung vertikaler Profile im Vordergrund steht. Dabei werden im Gegensatz zu den Imagern meist kontinuierliche Felder wie Temperatur und Feuchte, die interpoliert werden können, betrachtet. Zur Profilgewinnung werden spektral hochaufgelöste Messungen mit geringer Bandbreite (kleiner als 1 Prozent) in Regionen, in denen sich das Absorptionsverhalten stark ändert, durchgeführt. Das gemessene Spektrum erlaubt die Analyse der Stoffzusammensetzung beobachteter Oberflächen oder Gase entlang der Sichtlinie des Instruments.

Ein klassisches Beispiel ist das Microwave Sounding Unit (MSU) zur Messung von Temperaturprofilen der oberen Atmosphäre, heute abgelöst durch das Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU). Es wird auf den polarumlaufenden Satelliten von NOAA und EUMETSAT (MetOp) eingesetzt.

Das Earth Observation Center (EOC) am DLR betreibt eine Vielzahl von sondierenden und abbildenden Spektrometern im Spektralbereich der sichtbaren und infraroten Strahlung. Die Geräte dienen im Labor bzw. bodengestützt als Referenzsysteme und sie werden im Rahmen des User Service OpAiRS (Optical Airborne Remote Sensing and Calibration Facility) für die flugzeuggestützte optische Fernerkundung eingesetzt. Für satellitengetragene Spektrometer entwickelt das IMF sensorspezifische Algorithmen, mit denen aus gemessenen Spektren geophysikalische Parameter abgeleitet werden.

Spektralbereiche (Wellenlänge) der im Earth Observation Center (EOC) betriebenen Labor- und Flugzeugsspektrometer bzw. operationell empfangenen Satellitenspektrometer (Hintergrund: Transmissionsverhalten der Atmosphäre).

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Quelle: DLR / EOC
Spektrometer, abbildendes

Siehe Abbildende Spektrometer

Spektroskopie

Sammelbegriff für unterschiedliche Analyseverfahren. Im Kern der Spektroskopie steht die Untersuchung elektromagnetischer Wellen. In erster Linie untersucht man die Wechselwirkungen von elektromagnetischer Strahlung mit Materie.

Spezifische Ausstrahlung

Syn. Abstrahlung; engl. radiant exitance, franz. rayonnement spécifique; die spezifische Ausstrahlung M ist der von der Flächeneinheit abgegebene Strahlungsfluss.
DIN 18716 formuliert: "Quotient aus der von einer Fläche ausgehenden Strahlungsleistung und dieser Fläche".

spiegelnde Reflexion

Engl. specular reflection, franz. réflexion miroitante; nach DIN 18716 eine "Oberflächeneigenschaft, die die Abhängigkeit der reflektierten Strahlung von dem Einstrahlungs- und Beobachtungswinkel beschreibt".

Spiegelstereoskop

Binokulares, optisches Instrument zur Stereobetrachtung (dreidimensionales Modell ) eines Luftbildpaares (zentralperspektivische Aufnahme mit 60% Überdeckungsgrad), basierend auf der horizontalparallelen Achsendifferenz der beiden Teilbilder. Mit jedem Auge werden getrennte Teilbilder betrachtet, deren Eigenschaften dem natürlichen räumlichen Sehen (Projektion des Raumbildes als virtuelles Bild auf der Netzhaut) entsprechen. Zwischen das Bildpaar und die Augen des Betrachters werden Sammellinsen eingefügt, die die Strahlenbündel parallel ausrichten. Im Gegensatz zu einfachen Linsenstereoskopen (Taschenstereoskope) werden beim Spiegelstereoskop die Strahlen umgelenkt und damit die Betrachtungsbasis auf das mehrfache des Augenabstandes verbreitert. Mit Spiegelstereoskopen lassen sich Vergrößerungen bis zum 6-8fachen erreichen. Es ist die Betrachtung von großformatigen Luftbildern (Papierabzüge oder Diapositive) möglich. Mittels der Verwendung einer Meßschraube können Höhenmessungen im Luftbild vorgenommen werden. Der stereoskopische Raumeindruck ist für viele Interpretationsaufgaben eine unverzichtbare Voraussetzung für die Bildinterpretation.

Spin-Stabilisierung

Sehr effiziente Stabilisierung der Lage von Satelliten im Weltraum durch Rotation um ihre Längsachse unter Nutzung der Drehimpulserhaltung. Die Spin- oder Drall-Stabilisierung wird bevorzugt bei geostationären Satelliten eingesetzt.
Die Spin-Stabilisierung nutzt den Effekt aus, dass sich ein um seine Längsachse rotierender Raumflugkörper wie ein Kreisel verhält und deshalb normalerweise nicht aus seiner Lage im Raum gebracht werden kann. Dieses gilt auch, wenn sich der Raumflugkörper in dem Schwerefeld eines Himmelskörpers befindet. Dies verleiht genügend Stabilität um die beiden zur Rotationsachse senkrechten Achsen. Die Stabilisierung um die Rotationsachse erfolgt durch Drehzahländerung und dem damit verbundenen Reaktionsmoment. Die Spinachse kann nur schwer durch Steuerungstriebwerke beliebig im Raum ausgerichtet werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass nur jeweils die Hälfte der an der Außenhülle angebrachten Solarzellen von der Sonne beschienen werden.

Split Window Technique

Verfahren zur Fernerkundung der Meeresoberflächentemperatur durch Messung in zwei Kanälen, z.B. 10 µm und 12 µm. Hierdurch ist die Atmosphärenkorrektur möglich.

SPOT 1-5

Franz. Akronym für Système Probatoire d'Observation de la Terre; Serie von französischen Erdbeobachtungssatelliten, die sich in 822 km Höhe auf einer polnahen Umlaufbahn befinden. Wichtige Anwendungsbereiche für Spot-Daten sind Kartographie, Landoberfläche, Land- und Forstwirtschaft, Raumplanung, digitale Geländemodelle und Umweltmonitoring.

Wichtigster Sensor ist ein Paar aus jeweils zwei gleichartigen optischen HRV-Kameras (Instrument Haute Résolution Visible, SPOT 1-3), die in einem panchromatischen Modus mit 10 m räumlicher Auflösung oder in einem multispektralen Modus mit etwa 20 m räumlicher Auflösung betrieben werden können. Durch die beiden gleichartigen HRV-Sensoren besteht u.a. die Möglichkeit zur Aufnahme von Stereobildern. SPOT 5 mit seinen HRG-Instrumenten (High Resolution Geometric) erzielt eine S/W-Auflösung von 5 bzw. 2,5 m, im Farbmodus von 10 m.

Im Januar 2013 wurden die kommerziellen Aktivitäten von SPOT 4 beendet. Der Satellit hatte während seiner nahezu 15-jährigen aktiven Zeit über 6,8 Bilder von der Erde aufgenommen. Die Missionsdauer von SPOT 5 wurde bis Mai 2015 verlängert.

Eckdaten der SPOT-Satelliten 1-5
Merkmal Spot 5 Spot 4 Spot 1, 2 und 3
Start
Mai 2002
März 1998 1: Februar 1986
2: Januar 1990
3: September 1993
Trägerrakete Ariane 4 Ariane 4 Ariane 2/3
Umlaufbahn sonnensynchron sonnensynchron sonnensynchron
Überquerung des Äquators zu Ortszeit 10h30 vorm. 10h30 vorm. 10h30 vorm.
Höhe über dem Äquator 822 km 822 km 822 km
Neigung 98,7° 98,7° 98,7°
Umlaufdauer 101,4 min 101,4 min 101,4 min
Umlaufzyklus 26 d 26 d 26 d
Gesamtgewicht 3.000 kg 2.760 kg 1.800 kg
Maße 3,1 x 3,1 x 5,7 m 2 x 2 5,6 m 2 x 2 x 4,5 m
SPOT 5 SPOT 5 Quelle: CNES 3D-Bildflug über Vesuv
und Neapel aus SPOT 5-Daten

Zur Animation auf Bild klicken

3D-Bildflug über Vesuv und Neapel aus SPOT 5-Daten

Zu weiteren Animationen hier klicken

Quelle: CNES

Weitere Informationen:

Spot 6/7

Franz. Akronym für Système Probatoire d'Observation de la Terre; aktuelle Exemplare einer Serie von französischen Erdbeobachtungssatelliten.
Der Start von SPOT 6 erfolgte am 9. September 2012 an Bord der indischen Trägerrakete (Polar Satellite Launch Vehicle) vom Satish Dhawan Space Center auf der vor der indischen Ostküste gelegenen Barriereinsel Sriharikota Island.
Der baugleiche SPOT 7 wurde am 30. Juni 2014 gestartet. Die etwa 710 kg schweren Satelliten basieren auf dem AstroSat-500 Satellitenbus von Astrium und sollen 10 Jahre in Betrieb bleiben. Von ihrer Bahnhöhe 695 km und der Bahnneigung von 98,2º (mit den beiden Pléiades-Satelliten auf demselben, in 180° Phasen aufgeteilten Orbit), liefern sie Aufnahmen mit einer Auflösung von maximal 1,5 m. Durch die Kombination der beiden Satellitensysteme können Punkte im Zielgebiet am gleichen Tag mehrmals erfasst werden.

spot_6_totes_meer_lres

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Quellen: eoPortal, Airbus D&S
Totes Meer

Dieses während der Kommissionierungsphase 2012 aufgenommene SPOT-6 Bild zeigt den Südteil des Toten Meeres, welches an Israel, Jordanien und Palästina angrenzt. Dieser abflusslose Salzsee ist mit durchschnittlich 27 % Salzgehalt (33 % in 50 m Tiefe) einer der salzigsten Seen weltweit. Dieser Salinitätswert ist höher als der der Ozeane (z.B. Atlantik 3,54 %). Der hohe Salzgehalt bedingt ungünstige Lebensbedingungen, was dem See auch seinen Namen gab.

Ein besonderer Aspekt dieser hohen Salinität liegt darin, dass Schwimmen in diesem See eher ein Treiben ist. Zusammen mit den therapeutischen Qualitäten des Sees, z.B. bei Hauterkrankungen, macht diese Eigenheit den See zu einem beliebten Touristenziel.

Das Tote Meer eignet sich für die industrielle Mineraliengewinnung, wozu man das mineralienreiche Wasser in Becken verdunsten lässt (grüne Flächen im Bild) und die Rückstände gewinnt. Das Wasser weist eine aussergewöhnliche Konzentration an Kalium, Brom, Magnesium und Jod auf und ist damit nicht nur das salzreichste, sondern auch das an Mineralien reichste Gewässer der Erde. Zudem werden Industrie- und Speisesalz und in den Dead Sea Werken in Sodom Pottasche gewonnen.

Der etwa N-S verlaufende Landstreifen durch die Teiche folgt der Grenze zwischen Israel und Jordanien.

Die Aufnahme ist panbildgeschärft, die Auflösung beträgt 1,5 m.

Bei USGS / ESA gibt ein vergleichbares, ebenfalls erläutertes Bild der Region Totes Meer, aufgenommen am 4. Juli 2013 von Landsat-8.

 

Durch die Abtastbreite von 60 km eignen sich SPOT 6 und SPOT 7 für die Erfassung großflächiger Gebiete und besonders für Kartierungs-, Überwachungs- und Monitoringanwendungen:

  • Die Konstellation erfasst täglich bis zu 6 Mio. km².
  • Wettervorhersagen werden automatisch in den Tasking-Prozess integriert, um die Effizienz zu steigern.
  • Standard-Szenen umfassen eine Fläche von 60 km mal 600 km und sind von Nord nach Süd ausgerichtet.

Die beiden Satelliten sind zudem sehr „beweglich“ und können von ihrer Position sehr schnell zu jedem Punkt in einem Radius von 1.500 km manövriert werden.

Die beiden von Astrium gebauten Satelliten sind die ersten jemals auf privater Basis gebauten Satelliten und markieren damit einen Wendepunkt innerhalb der Geoinformationsbranche. Obwohl auch bildgebende US-Satelliten wie Ikonos und GeoEye privat finanziert sind, so ist doch anzumerken, dass sie sich dabei auf die garantierte Abnahme durch die National Geospatial Intelligence Agency verlassen können. Astrium besitzt das System (Satelliten und Bodensegment) und die Daten. Gleichzeitig ist Astrium auch der Vermarkter der Daten.

Weitere Informationen:

Spot Image

1986 gegründete und ab Januar 2011 zusammen mit Infoterra im Geschäftsbereich Geoinformation der Astrium Services zusammengeführte Auswertungs- und Vermarktungsgesellschaft für Satellitendaten und abgeleitete Produkte, ursprünglich vor allem der französischen Satellitenserie SPOT. Die Umbenennung und Umstrukturierung des Gesamtkonzerns Airbus führte 2014 zum Portfolio Geo-Intelligence innerhalb von Airbus Defence and Space.

Weitere Informationen: Astrium Geoinformationsdienste

Spurengase und Fernerkundung

Allgemein alle gasförmigen Beimengungen, die neben dem molekularen Sauerstoff (O2) und molekularen Stickstoff (N2) in der Atmosphäre vorhanden sind. Die Spurengase werden zusammen mit dem atmosphärischen Aerosol als atmosphärische Spurenstoffe bezeichnet. Wasserdampf (H2O), der in der Troposphäre in sehr variablen Konzentrationen (Luftfeuchte) vorkommt, wird nicht den troposphärischen Spurengasen zugeordnet. Wasserdampf ist aber in der wesentlich trockeneren Stratosphäre als wichtiges Spurengas von Bedeutung. Der atmosphärische Gehalt eines Spurengases wird deshalb allgemein als Mischungsverhältnis angegeben und auf trockene Luft bezogen. Die mittleren Mischungsverhältnisse der verschiedenen atmosphärischen Spurengase unterscheiden sich um mehrere Größenordnungen. Ihr Wert hängt von der Wirksamkeit aller physikalisch/chemischen Prozesse ab, durch die die einzelnen Spurengase gebildet (Quellen) bzw. zerstört (Senken) werden, wie z.B. photochemische Reaktionen, Deposition, natürliche und anthropogene Emissionen. Die globale Verteilung eines Spurengases ist durch die räumliche Verteilung und zeitliche Variabilität seiner spezifischen Quellen und Senken sowie durch die dynamischen Transportprozesse der atmosphärischen Zirkulation bestimmt.

Liste atmosphärischer Spurengase:

Kohlenstoffdioxid, die Edelgase Neon, Helium, Krypton, Xenon und Radon, ferner Ozon, Kohlenstoffmonoxid, Methan, Wasserstoff, Distickstoffoxid, Hydroxyl-Radikal, Peroxyacetylnitrat, Chloroxide, Iodoxide und Bromoxide und molekulares Iod, andere Stickoxide (neben N2O), Schwefeldioxid, Quecksilber, organische Verbindungen, wie auch Formaldehyd und Glyoxal, halogenierte Kohlenwasserstoffe biogener und anthropogener Natur und andere.

Viele Eigenschaften unserer Atmosphäre sind durch die Spurenstoffe geprägt. Diese sind durch menschliche Eingriffe und natürliche Prozesse einem ständigen Wandel unterworfen. Um diesen Wandel besser zu verstehen und vorherzusagen, wird die Atmosphäre in den meisten Regionen fortlaufend mit modernen Messinstrumenten untersucht. Entsprechend der Fragestellungen werden dazu sowohl in-situ-Verfahren als auch die Methoden der Fernerkundung eingesetzt.

Die Fernerkundung atmosphärischer Spurenstoffe und Parameter ist praktisch nur durch die Analyse elektromagnetischer Strahlung möglich. Identifiziert werden die Moleküle aufgrund ihrer charakteristischen Spektren; die Konzentration der Spurenstoffe ergibt sich aus der Stärke der thermischen Emission oder der Abschwächung eines externen Signals. Entsprechend werden grundsätzlich zwei verschiedene physikalische Prinzipien angewandt: Absorption eines externen Signals und thermische Emission aus der Atmosphäre. In der Absorptionsspektroskopie ergibt sich das Signal aus der Abschwächung der Intensität I0 einer Strahlungsquelle durch den zu messenden Spurenstoff.

In der Emissionsspektroskopie wird die thermische Emission elektromagnetischer Strahlung durch atmosphärische Spurenstoffe ausgenutzt, um deren Säulendichte bzw. Konzentration zu bestimmen. Da thermische Emission in nutzbarer Intensität bei allen atmosphärischen Temperaturen nur bei Wellenlängen oberhalb von 3 - 4 µm stattfindet, ist Emissionsspektroskopie nur im Infrarot- und Mikrowellenbereich möglich. Damit sind aber Messungen ohne fremde Strahlungsquellen (z.B. die Sonne) am Tag und in der Nacht möglich.

Weitere Informationen: Atmosphärische Spurenstoffe und ihre Sondierung (Burrows, John et al. In: CHIUZ 2007, 41, 170 – 191)

SRTM

Engl. Akronym für Shuttle Radar Topography Mission (s. dort)

SSA

Engl. Akronym für Space Situational Awareness (Programm zur Weltraumlageerfassung); Programm der europäischen Weltraumbehörde ESA zur Überwachung des Weltraums. Damit soll unter anderem ein Netzwerk für Europa implementiert werden, das unabhängig von Daten des US-Programms Space Surveillance System ist.

Die Erde ist wie alle Himmelskörper von einem lebensfeindlichen Raum, dem Weltraum umgeben. Dieser wird von energiereicher kosmischer Strahlung aus den Tiefen des Alls sowie Teilchenstrahlung von der Sonne - dem Sonnenwind – durchströmt. Beide treten in Wechselwirkungen mit den oberen Schichten der Erdatmosphäre und können so zu Störungen in Kommunikationssystemen oder der Energieversorgung unserer hoch technisierten Welt führen. Aber auch die elektronischen Baugruppen der die Erde umkreisenden Satelliten sind gefährdet.

Andere Sorgen bereiten im Sonnensystem herumvagabundierende Asteroiden, Meteoriden und Kometen, die vereinzelt auch die Umlaufbahn der Erde um die Sonne kreuzen können. Dabei besteht durchaus die Gefahr der Kollision mit für die Menschheit drastischen Folgen. Und dass es sich hierbei nicht nur um eine Theorie handelt, zeigen die Überreste alter Einschlagskrater auf der Erdoberfläche. Wenn ein derartiges Objekt groß genug ist, könnten infolge des Einschlags durchaus große Teile des irdischen Lebens vernichtet werden wie vor etwa 65 Millionen Jahren mit den Dinosauriern geschehen.

Ein weiteres, neueres Phänomen ist der so genannte Weltraumschrott – ein von Menschen geschaffenes Problem. Seit gut 50 Jahren werden Satelliten in verschiedene Bahnen um die Erde geschossen. Dabei entsteht Schrott: ausgebrannte Raketenstufen, abgesprengte Verbindungsteile, ausgediente Satelliten oder Teile explodierter Raketenstufen und Satelliten. Derzeit sind annähernd 18.000 größere Objekte erfasst, die die Erde umkreisen und welche die etwa 1000 aktiven Satelliten gefährden. Im Februar 2009 ist beispielsweise ein ausgedienter Satellit – Kosmos 2251 – mit einem Iridium-Kommunikationssatelliten kollidiert.

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Zu größerer Darstellung auf Grafik klickenQuelle: ESA

Erste Satellitenkollision im Weltraum

Seit dem Start von Sputnik 1 am 4. Oktober 1957 hinterlassen die Weltraummissionen neben Satelliten und Raumsonden auch Unmengen von Abfall verschiedenster Größe im All. Dieser bleibt teilweise Jahrzehnte oder noch länger in der Umlaufbahn und gefährdet zunehmend die außerirdischen Aktivitäten des Menschen.

Glücklicherweise werden die meisten Objekte nach unterschiedlicher Zeit in der Erdatmosphäre vernichtet, da die dünnen oberen Schichten sie langsam abbremsen, bis sie in Richtung Erdoberfläche stürzen. Durch den Luftwiderstand mit den Teilchen der Atmosphäre verglühen sie schließlich.
Teile von großen Objekten wie Oberstufen oder sehr große Satelliten werden dabei nicht immer vollständig zum Verglühen gebracht und können durchaus auf der Erdoberfläche aufschlagen. Zuletzt passierte das beim Absturz des amerikanischen Satelliten UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) Ende September 2011, als Fragmente des omnibusgroßen Satelliten über dem Pazifik niedergingen.

Trotz dieser „heißen“ Entsorgung in der Atmosphäre nimmt die Anzahl von Müllteilen in der Umgebung der Erde ständig zu. Und damit wird auch die Raumfahrt selbst zunehmend gefährdet. So musste die Internationale Raumstation ISS bereits mehrmals Objekten, die sich ihr bedrohlich näherten, durch geringfügige Bahnänderungen ausweichen.

Im Februar 2009 kollidierten erstmals zwei Satelliten im Weltraum (Iridium 33 und Kosmos 2.251), was zu mehr als 2200 Fragmenten, die größer als 10 cm sind, sowie einer nicht genau erfassbaren Zahl noch kleinerer Teile führte.

 

Mit dem Programm sollen drei Kernziele erreicht werden:

  • Beobachtung von erdnahen Objekten (beispielsweise Asteroiden), die auf der Erde einschlagen könnten und somit eine potentielle Bedrohung darstellen.
  • Verbesserung der Vorhersage des Weltraumwetters, etwa zum Schutz von Satelliten gegen Sonnenstürme.
  • Überwachung von Weltraumschrott.

Weitere Informationen:

SSBUV

Engl. Akronym für Shuttle Solar Backscatter Ultraviolet Spectrometer; Atmosphärensensor mit elf Einsätzen auf dem Space Shuttle zwischen 1989 und 1996. Das Spektrometer benutzt die ultraviolette Rückstreuung in Nadir-Richtung um Vertikalprofile der Ozonverteilung in der Stratosphäre und in der unteren Mesosphäre zu erstellen.

Weitere Informationen:

  • SSBUV (eoPortal Directory)
SSH

Engl. Akronym für Sea Surface Height, Meeresspiegelhöhe; dies ist der Abstand an einem bestimmten Punkt zwischen der Meeresoberfläche und einem Referenzellipsoid. Die Meeresspiegelhöhe kann mit Hilfe der Satellitenaltimetrie bestimmt werden.

Anomalien der Meeresspiegelhöhen nach Jason-1-Daten Anomalien der Meeresspiegelhöhen
nach Jason-1-Daten

Ausschnitt aus dem Pazifik




Quelle: NASA

Weitere Informationen:

SST
  1. Engl. Akronym für Sea Surface Temperature, s. Meeresoberflächentemperatur
  2. Engl. Akronym für Satellite-to-Satellite Tracking, Beobachtung der Relativbewegung zweier (frei fallender) Satelliten. Die Entfernungsänderungen zwischen den beiden Satelliten sind ein Maß für die Inhomogenitäten des Gravitationsfeldes der Erde, welches somit hochgenau bestimmt werden kann. Man unterscheidet zwei Konfigurationen: bei Hoch-Niedrig-SST befindet sich einer der beiden Satelliten in einer hohen Umlaufbahn um die Erde (im Fall der GPS-Satelliten etwa 20.000 km über der Erdoberfäche), der andere in einer niedrigen (z.B. 400 km). Bei Niedrig-Niedrig-SST befinden sich beide Satelliten in einer niedrigen Umlaufbahn um die Erde (Flughöhe etwa 400 km über der Erdoberfläche).
SSTL

Engl. Akronym für Surrey Satellite Technology Ltd; die Firma in Guildford (Surrey, England) baut Kleinsatelliten. SSTL wurde 1985 als Spin-Off-Firma der Universität von Surrey gegründet, um deren Ergebnisse zur Satellitenforschung kommerziell zu vermarkten. Seit 2008 befindet sich SSTL im Mehrheitsbesitz von EADS Astrium.
SSTL fand 2002 ihren Eintritt in Fernerkundungsdienstleistungen über die Gründung der Disaster Monitoring Constellation und den Bau der zugehörigen Satelliten.

Stabilisation

Syn. Lageregelung; dient dazu, dass Raumflugkörper (Raumsonden, Satelliten, Raumschiffe) in einer bestimmten Richtung ausgerichtet bleiben, damit sie ihre Aufgabe erfüllen können. Man unterscheidet unter Anderem: Gravitationsstabilisation, Spin-Stabilisierung, Drallstabilisation, Dreiachsenstabilisation.

Stadt und Fernerkundung

Die Erdbeobachtung ist für den städtischen Raum ein noch junges Mittel zur Daten- und Informationsgewinnung, auf die stadtanalytische und -planerische Arbeit aufbauen kann. Die seit den neunziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts zu beobachtenden raschen Entwicklungen flugzeug- und satellitengestützer Sensoren ermöglichen die kleinräumige, heterogene Charakteristik städtischer Räume geometrisch und thematisch sehr detailliert und in kurzen Zeitintervallen zu erfassen. Allerdings finden die mittels Fernerkundung erhobenen Daten bislang nur geringen Eingang in den stadtplanerischen Alltag.

Physische Strukturen einer Stadt lassen indirekt Schlüsse auf demographische und sozioökonomische Parameter zu. Welche Rolle multiskalige, multitemporale und multisensorale Fernerkundungsdaten und Methoden im Hinblick auf ihre Potenziale zur direkten Ableitung physischer Informationen über die Art der Urbanität spielen können, ist z.Z. trotz einer Vielzahl wissenschaftlicher Arbeiten (vgl. Taubenböck / Dech 2010) und angesichts rascher technologischer Entwicklung bei Sensorik oder bei der automatisierten Ableitung von Objekttypen nur bedingt zu beurteilen.

Einsatzmöglichkeiten für Fernerkundung im urbanen Raum:

  • Bereitstellung einer aktuellen, flächendeckenden und relativ kostengünstigen Geo-Informationsbasis, um das kleinräumige physische urbane System zu erfassen.
  • Thematische Erfassung der Landbedeckung mit einer Klassifikationsgüte von über 90 % bei weitgehender Automatisierung des Prozessablaufs.
  • Wertvolle raumbezogene Grundlageninformationen für die Stadtplanung, die unabhängig von administrativen Einheiten, flächendeckend und hoch aktuell bereitgestellt werden können.
  • Flächendeckende Erfassung städtischer Oberflächenmaterialien, z.B. zur Beurteilung der stadtplanungsrelevanten Wirkung der Umwidmung von versiegelten Flächen zu Grünanlagen oder zu stadtklimatologischen Betrachtungen.
  • Stereo-Luftbildtechnologie ermöglicht die Erstellung von detailgenauen fotorealistischen 3-D-Stadtmodellen mit einer geometrischen Auflösung von bis zu 5 cm (2010). Damit ergeben sich Potenziale für das Katasterwesen im Bereich Aktualisierung oder Neuerfassung, ferner in den Bereichen der Standort- und Wirtschaftsförderung, Immobilienvermarktung, Innere Sicherheit (Einsatzplanung, Flucht- und Rettungswege), Umweltanalysen, Tourismus.
  • Automatische Analyse von Menschenmassen aus Luftbildsequenzen als Ergänzung der terrestrischen Datenerfassung.
  • Bereitstellung krisenrelevanter Geoinformationen, z.B. zur Überwachung von Zugbahnen von Hurrikanen, der Detektion von potentiellen Hangrutschungsgebieten oder dem Messen von Deformationen bei Vulkanen; Abschätzung oder Kartierung der Auswirkungen von Naturgefahren (Vulnerabilität).

Zweifellos kann von Fernerkundungsdaten die hohe räumliche und thematische Qualität und Verlässlichkeit von Katasterinformationen nicht erreicht werden. Erwartungen der Stadtentwicklungsplanung an Fernerkundungsdaten bestehen vornehmlich in den Bereichen Flächenmonitoring, Typisierung von Freiräumen und Siedlungsbereichen, regionale Klimaanalysen, Vulnerabilitätsstudien, Ermittlung von Eignungsräumen für die Erzeugung regenerativer Energien, Bereitstellung von Grundlagen für großräumige Umweltprüfungen und Sensitivitätsanalysen, z.B. im Zusammenhang mit großen Infrastrukturprojekten.

Standardabweichung

Statistisches Streuungsmaß eines Datensatzes, errechnet nach:

  

Der Begriff Standardabweichung steht in enger Verbindung mit der Gaußschen Normalverteilung und wird in Zusammenhang mit der Fehlerrechnung auch Standardfehler genannt.

Starlette

Franz. Akronym für Satellite de Taille Adaptée avec Réflecteurs Laser pour les Etudes de la Terre; 1975 gestartete Mission der CNES zu Aufgaben im Bereich der Geodäsie sowie zur Untersuchung des irdischen Schwerefeldes und dessen zeitlichen Veränderungen. Wie die spätere Mission Stella besitzt Starlette als passive Instrumente 60 Laserreflektoren um mit ihnen Laserentfernungsmessung (SLR, Satellite Laser Ranging) durchzuführen. Er umkreist die Erde auf einer geneigten, nicht-sonnensynchronen Umlaufbahn in 812 km Höhe (Inklination 49,83°). Die Umlaufzeit beträgt 104 min.

Weitere Informationen:

Starsem

1996 gegründete russisch-französische Firma zur Vermarktung kommerzieller Satellitenstarts mit der russischen Trägerrakete Sojus vom Weltraumbahnhof in Baikonur, ab 2008 auch vom ESA-Weltraumbahnhof in Kourou. An Starsem sind die Unternehmen Arianespace (15 %), EADS (35 %), die russische Weltraumagentur Roskosmos (25 %) und der Hersteller der Rakete, das „Samara Space Center“ (TsSKB Progress) (25 %), beteiligt. Unter anderem liegen Startaufträge von Seiten der ESA, für Eumetsat und Globalstar vor.

Weitere Informationen:

Stefan-Boltzmann-Gesetz

Engl. Stefan-Boltzmann law; nach J. Stefan (1835-1893) und L. E. Boltzmann (1844-1906) benanntes Gesetz zur Bestimmung der Gesamtenergiedichte über alle Spektralbereiche, die der Fläche unter der Planckschen Strahlungskurve entspricht (Plancksches Strahlungsgesetz).

Jeder Körper sendet elektromagnetische Strahlung aus. Diese Wärmestrahlung hängt von der Wellenlänge, von der Temperatur des Körpers sowie von seiner Oberflächenbeschaffenheit ab. Bei ideal rauher Oberfläche (schwarzer Körper) ist die über alle Wellenlängen summierte Gesamtstrahlung nur eine Funktion der Temperatur:

u(T)=σT4

u(T)=Gesamtenergiedichte der Ausstrahlung eines Körpers mit der Temperatur T,
σ=5,670·10-8W/m2K4 (Stefan-Boltzmann-Konstante),
T=Temperatur in K

Der Zusammenhang zwischen Gesamtenergiedichte und Temperatur kann jedoch nicht zur Bestimmung der Temperatur mit Hilfe von Methoden der Fernerkundung genutzt werden, denn die Sensoren sind meist nur in ausgewählten Spektralbereichen sensitiv. Natürlich vorkommende Oberflächen strahlen infolge der Absorption nicht die vollständige Energiemenge eines schwarzen Körpers mit der gleichen Temperatur ab. Daher ist für die Anwendung auf natürliche Objekte eine Modifikation des Stefan-Boltzmann-Gesetzes erforderlich. Es wird um den Emissionskoeffizienten ε dieser Oberflächen (u(T)=σ·T4·ε) erweitert.

Stella

Franz. Akronym für Satellite de Taille Adaptée avec Réflecteurs Laser pour les Etudes de la Terre; 1993 gestartete Mission der CNES zu Aufgaben im Bereich der Geodäsie sowie zur Untersuchung des irdischen Schwerefeldes und dessen zeitlichen Veränderungen. Wie die frühere Mission Starlette besitzt Stella als passive Instrumente 60 Laserreflektoren um mit ihnen Laserentfernungsmessung (SLR, Satellite Laser Ranging) durchzuführen. Er umkreist die Erde auf einer polaren, nicht-sonnensynchronen Umlaufbahn in 830 km Höhe (Inklination 98°). Die Umlaufzeit beträgt 101 min.

Weitere Informationen:

STEREO

Engl. Akronym für Solar TErrestrial RElations Observatory; Mission der US-Raumfahrtbehörde NASA aus zwei fast identischen Raumsonden, die die Sonne und die Wechselwirkung ihrer Teilchenausbrüche und Felder mit der Magnetosphäre der Erde erstmals dreidimensional beobachten sollen. Der Start erfolgte am 26. Oktober 2006 um 0:52 Uhr UTC mit einer Delta II 7925-10L von Cape Canaveral in Florida aus.

Wissenschaftliche Ziele der Mission:

  • Verständnis der Ursachen und Mechanismen der koronalen Masseauswürfe (engl. coronal mass ejections, CME)
  • Beschreibung der Ausbreitung koronaler Masseauswürfe in der Heliosphäre
  • Entdeckung der Mechanismen und Stellen der Beschleunigung der Partikel in der unteren Korona und im interplanetaren Raum.
  • Ermittlung der genauen Struktur des Sonnenwindes
Skizze der beiden STEREO-Raumsonden
auf ihrem Orbit um die Sonne

STEREO-Raumsonden

Zu größerer Darstellung auf Grafik klickenQuelle: NASA

Die beiden nahezu identischen Observatorien - eines eilt der Erde auf seiner Umlaufbahn um die Sonne voraus, das andere hinterher - spüren den Energie- und Teilchenstrom von der Sonne zur Erde auf. STEREO hat die 3D-Struktur der koronalen Masseauswürfe enthüllt, jene heftigen Teilchenausbrüche von der Sonne, die große Schäden bewirken können. STEREO ist insofern eine Kernmission innerhalb der Satellitenflotte, die sich mit dem Weltraumwetter befasst, als sie mit Hilfe ihrer seitlichen Beobachtungsposition genauere Informationen über den Ankunftszeitpunkt von Sonnenausbrüchen auf der Erde liefern kann.

Koronale Masseauswürfe (CMEs) sind mächtige Eruptionen, die bis zu 10 Mrd. Tonnen der Sonnenatmosphäre in den interplanetaren Raum schleudern können. Da sie sich mit Geschwindigkeiten von ca. 1,6 Mio. km/h von der Sonne wegbewegen, können CMEs schwere Störungen im interplanetaren Raum bewirken und starke Magnetstürme auslösen, wenn sie mit der irdischen Magnetosphäre kollidieren.
Größere Magnetstürme, die zur Erde gerichtet sind, können Satelliten beschädigen und sogar zerstören, sie sind höchst gefährlich für Astronauten, die sich gerade in einem Außeneinsatz (Extra Vehicular Activities, EVAs) befinden, und sie können den Zusammenbruch von Stromnetzen auf der Erde bewirken.

 

Die STEREO-Raumsonden tragen jeweils folgende vier Instrumente bzw. Instrumentengruppen an Bord:

  • Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation (SECCHI)
    Instrumentenpaket, welches aus vier einzelnen Instrumenten besteht: einer Ultraviolett-Kamera, zwei Weißlicht-Koronografen und einer Kamera zur Beobachtung der Heliosphäre. Diese Instrumente werden die koronalen Massenauswürfe auf ihrer Reise von der Geburt auf der Sonnenoberfläche an durch die Sonnenkorona und den interplanetaren Raum bis zum anschließenden Auftreffen auf der Erde mit einer dreidimensionalen Auflösung beobachten.
  • EREO/WAVES (SWAVES)
    SWAVES verfolgt die von der Sonne erzeugten Radiostörungen auf ihrem Weg von der Sonne bis zur Erde.
  • In-situ Measurements of PArticles and CME Transients (IMPACT)
    IMPACT ermittelt die dreidimensionale Verteilung und die Plasmaeigenschaften der energiereichen Sonnenpartikel ermitteln und misst das lokale Magnetfeld.
  • PLAsma and SupraThermal Ion Composition (PLASTIC)
    PLASTIC wird die Plasmaeigenschaften von Protonen, Alphateilchen und schweren Ionen studieren. Das Instrument wird die Massen- und Ladungsverteilung der schweren Ionen und die Unterschiede zwischen dem Plasma der koronalen Massenauswürfe und dem umgebenden Plasma ermitteln.
Stereoauswertegerät

Ausschließlich für die Bearbeitung stereoskopisch aufgenommener Bildpaare bestimmtes Auswertegerät. Seine Grundbestandteile sind: zwei Bildträger, ein System zur stereoskopischen Betrachtung, zwei Einrichtungen zur optischen oder mechanischen Projektion sowie eine Vorrichtung zur Ausgabe der Messergebnisse.

Stereobild(paar)

Ein Stereobildpaar ist ein für stereoskopische Auswertung geeignetes Bildpaar aus raumparallaktisch verschiedenen, jedoch weitgehend inhaltsgleichen Halbbildern.

Prinzip der Luftbild-Stereophotographie

Prinzip der Luftbild-Stereophotographie


Einsatz z.B. bei der kartographischen Vermessung. Für die Erstellung genauer topographischer Karten wird von einem Flugzeug oder Satelliten der Punkt P aus zwei verschiedenen Positionen aufgenommen. Dieses messtechnische Verfahren wird als Photogrammetrie bezeichnet.

Quelle: Hoffmann, Albrecht (2002): Das Stereoskop. München
 

Bei der Satellitenfernerkundung sind z.Z. zwei Verfahren zur Erzeugung von Stereobildern im Einsatz. Zum einen kann (wie beim SPOT-Instrument) die Blickrichtung des Sensors senkrecht zur Bahn verschwenkt werden. Damit wird das gleiche Gebiet bei unterschiedlichen Überflügen unter verschiedenen Blickwinkeln aufgezeichnet. Der Nachteil liegt in den nicht identischen Beleuchtungsbedingungen. Das zweite Verfahren beruht auf der Verfügbarkeit zweier identischer Instrumente an Bord, von denen eines in Bahnrichtung nach vorne, das andere nach hinten zeigt. Die Stereo-Paare werden somit bei einem Überflug aufgezeichnet. Dieses Prinzip wird beim MOMS-2P-Sensor angewandt.

Stereobilddaten

Engl. stereo image data, franz. données d'images stéréoscopiques; nach DIN 18716 "Bilddaten desselben Objektes, die von unterschiedlichen Aufnahmeorten aufgenommen sind und die gemeinsame stereoskopische Auswertung ermöglichen".

Stereoeffekt

Physiologische Verschmelzung zweier Bilder eines Stereobildpaares zum Raumbild.

Während der Betrachter eines ebenen Bildes durch das Zusammenwirken verschiedener Einzelfaktoren (z.B. Perspektive, Licht und Schatten) indirekt einen räumlichen Eindruck von den abgebildeten Objekten erhält, führt das stereoskopische Sehen zu einer direkten Wahrnehmung der dritten Dimension. Dieser beim alltäglichen Betrachten unserer Umwelt selbstverständliche Effekt beruht darauf, dass die beiden Augen stets um den Augenabsatnd voneinander entfernte Orte einnehmen und darum die Netzhautbilder beim Betrachten unserer Umgebung nicht identisch sind.

Entsprechende geometrische Unterschiede (Parallaxen) treten auch in Bildern einer identischen Szene auf, die von zwei Punkten aus aufgenommen wurden. Daher kann das Stereosehen leicht künstlich erzeugt werden, indem man beiden Augen gleichzeitig Bilder darbietet, die sich nur um Parallaxen voneinander unterscheiden.

Stereoskop

Engl. stereoscope; binokulares optisches Gerät, mit dem man Bilder nicht nur zweidimensional betrachten kann, sondern auch den Eindruck räumlicher Tiefe erhält. Das Stereoskop gibt zwei Photographien desselben Objekts, die jeweils aus einem leicht unterschiedlichen Winkel aufgenommen wurden, gleichzeitig wieder. Die Aufnahmekamera musste also entweder leicht verschoben werden, oder zwei Objektive haben.
Im Stereoskop sieht jedes Auge ein Bild. Jedes der beiden Bilder wird durch eine eigene Linse betrachtet, wobei die beiden Linsen schräg angeordnet sind, damit die Bilder zueinander verschoben werden. Als Ergebnis verschmelzen sie beim Betrachten zu einem dreidimensionalen Bild. Weitere Geräte für die stereoskopische Wiedergabe sind u.a. Spiegel-Stereoskop, Stereobrille, -projektor, -bildwand, Shutterbrille.
Mit Spiegelstereoskopen können Kontaktkopien von Luftbildern, die im "Normalfall" (genäherte Senkrechtaufnahmen mit Überlappungsbereich) aufgenommen wurden, als virtuelles räumliches Modell des aufgenommenen Geländes betrachtet werden. Dadurch können Höhenunterschiede wahrgenommen werden. Die Betrachtung erfolgt wahlweise durch Sammellinsen oder durch ein optisches System zur Vergrößerung der Bildausschnitte. Spiegelstereoskope werden für Aufgaben eingesetzt, bei denen nicht eine metrisch genaue Auswertung sondern eine differenzierte Analyse des Bildinhaltes im Vordergrund steht (z.B. Forstwesen oder Geologie).

stereoskop_schema spiegelstereoskop Stereoskope

Sie dienen zur stereoskopischen Betrachtung von Stereobildpaaren mit räumlicher Bildtrennung (Abb.). Hinsichtlich der Anwendung werden Linsen- und Spiegelstereoskope unterschieden.
Ein Linsenstereoskop (links) mit zwei im Augenabstand angeordneten Linsen ermöglicht nur die Betrachtung von Bildern bis zu einem Format von etwa 5 cm x 5 cm. Mit einem Spiegelstereoskop (rechts) können durch die Anordnung von zwei Spiegelpaaren im Strahlengang auch Bilder grösseren Formates stereoskopisch betrachtet werden.

Quelle (Abb. links): GeoDZ
Quelle (Abb. rechts): agritura
 
Stereoskopie

Verfahren zur Aufnahme und Wiedergabe von Stereobildern, um räumliches Sehen unter künstlichen Bedingungen dadurch zu erzielen, dass jedem Auge nur das ihm entsprechende Teilbild eines räumlichen Gegenstandes zugeführt wird.

Weitere Informationen:

Stereoskopische Auswertung

Das bei dieser Auswertung nötige stereoskopische Sehen ist die Wahrnehmung eines Raumbildes durch Betrachtung zweier zueinander orientierter Bilder, die jeweils aus einem leicht unterschiedlichen Winkel aufgenommen wurden.

Strahldichte L

Engl. radiance, franz. radiance; die Strahldichte L ist entweder der von der Flächeneinheit in die Raumwinkeleinheit abgegebene oder aus der Raumwinkeleinheit auftreffende Strahlungsfluss pro Zeiteinheit t.
DIN 18716 formuliert: "Quotient aus der durch eine Fläche in einer Richtung durchtretenden (auftreffenden) Strahlungsleistung und dem Produkt aus dem durchstrahlten Raumwinkel und der Projektion der Fläche auf eine Ebene senkrecht zur betrachteten Richtung".

Strahlstärke I

Syn. Strahlungsintensität; engl. radiant intensity, franz. intensité rayonnante; die Strahlstärke I ist der von einer Fläche in die Raumwinkeleinheit abgegebene Strahlungsfluss. DIN 18716 formuliert: "Quotient aus der von einer Strahlungsquelle in einer Richtung ausgehenden Strahlungsleistung und dem durchstrahlten Raumwinkel".

Strahlung

Engl. radiation; Energiefluss in Gestalt von Wellen oder Teilchen, die Energie abgeben, wenn sie von einem Körper absorbiert werden. Zur Wellenstrahlung gehören die elektromagnetische Strahlung und der Schall, zur Teilchenstrahlung gehören einheitliche Ströme kleinster Teilchen wie z.B. Elektronen, Neutronen oder Atomkernen. Sehr komplex zusammengesetzt ist die kosmische Strahlung. Jede Strahlung transportiert auf Grund der Äquivalenz von Energie und Masse auch Impuls. So führt z.B. elektromagnetische Strahlung, wie Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung, aber auch die Strahlung geladener Teilchen zur Ionisation.

Nach der Wellenlänge unterscheidet man kurz- und langwellige Strahlung. Kurzwellige Strahlung hat Wellenlängen, die kürzer als die des sichtbaren Lichts sind (380 nm (violett) - 780 nm (rot)), entsprechende besitzt langwellige Strahlung Wellenlängen, die länger als die des sichtbaren Lichts sind. Häufig wird das sichtbare Licht komplett der langwelligen Strahlung zugerechnet.
Eine bestimmte Strahlungsart kann nur dann für Fernerkundungszwecke eingesetzt werden, wenn die Atmosphäre für diese Strahlung weitgehend durchlässig ist. Eine Maßangabe hierfür ist der Transmissionsgrad t. Je größer t, desto durchlässiger ist die Atmosphäre für die Strahlung. Der Teil der Strahlung, der die Atmosphäre nicht durchdringen kann, wird von dieser absorbiert. Je kleiner der Transmissionsgrad, desto größer ist der Absorptionsgrad.

Für die Fernerkundung sind verschiedene Bereiche des Spektrums nutzbar. Gamma-, Röntgen- sowie Ultraviolett-Strahlung scheiden aufgrund des hohen Absorptionsgrades der Atmosphäre größtenteils aus, bis auf sehr wenige Spezialanwendungen. Sehr gut nutzbar ist dagegen der Bereich des sichtbaren Lichts (VIS, 380 bis 720 nm), in welchem die Strahlung ungehindert bis zur Erde gelangen kann. Weitere nutzbare Spektralbereiche sind der sich anschließende Infrarotbereich (IR, 720 nm  bis 1 mm) sowie der Bereich der Mikrowellen (1 mm bis 1 m). Der infrarote Bereich wird in das nahe Infrarot (auch reflektiertes oder solares IR, 720 nm bis etwa 1.3 µm), das mittlere Infrarot (1.3 µm bis 3.0 µm) sowie in das ferne Infrarot (auch thermisches IR, 7 µm bis 1 mm) unterteilt. Diese Bereiche sind jedoch nicht vollkommen homogen nutzbar. Es existieren abwechselnd aufeinander verschieden kurze Intervalle der Transparenz und der Undurchlässigkeit der Atmosphäre (atmosphärische Fenster).  In den Bereichen von 2.5 µm bis 3.5 µm und von 5.0 µm bis 7.5 µm werden die Infrarotstrahlen von der Atmosphäre absorbiert, d.h. in diesen Bereichen ist keine Fernerkundung möglich. In den Bereichen von 0.7 µm bis 2.5 µm, von 3.5 µm bis 4.0 µm sowie von 8.0 µm bis 12.0 µm ist dagegen ein sehr hoher Transmissionsgrad der Atmosphäre vorhanden.
Während sich elektromagnetische Wellen im Vakuum ungehindert ausbreiten können, werden sie von gasförmigen, flüssigen und festen Materiebausteinen beeinflusst. Dadurch ändern sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit und -richtung, die Strahlung kann aber auch reflektiert oder absorbiert werden. Diesen materialspezifischen Wechselwirkungen ist es zu verdanken, dass mit Hilfe der Fernerkundung Informationen über entfernte Objekte gewonnen werden können.

Strahlungsabsorption

Die i.a. wellenlängenabhängige Schwächung elektromagnetischer Strahlung beim Durchgang durch Materie. Dabei wird dem Strahlungsfeld Energie entzogen und in Anregungsenergie des Mediums umgewandelt. Das Medium kann ein atomares oder molekulares Gas, eine Flüssigkeit oder ein Festkörper sein.
Der Absorptionskoeffizient  µ [m-1] ist stoffabhängig,  verschiedene Stoffe absorbieren also unterschiedliche Frequenzen. Bekannt ist diese Stoff- und Frequenzabhängigkeit aus so genannten Absorptionsspektren, beispielsweise von Sternen, mit deren Hilfe Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung der Sterne gezogen werden können.

Strahlungsantrieb

1. Die global gemittelten klimarelevanten Störungen des atmosphärischen Strahlungs- und Energiehaushaltes.

2. Der Strahlungsantrieb ist ein Mass für den Einfluss, den ein Faktor auf das Gleichgewicht von hereinkommender und abgehender Energie im System Erde-Atmosphäre hat, und ist ein Index für die Wichtigkeit eines Faktors als potentieller Mechanismus einer Klimaänderung. Er wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) ausgedrückt.

Bilanz des Strahlungsantriebs an der Obergrenze der Atmosphäre (TOA):

  • Nahezu gleichmäßiger Äquator - Pol-Gradient: 100 W/m² - (-100) W/m²
  • Atmosphäre erhält netto mehr Energie über den Ozeanen als über den Kontinenten
  • Ausnahme: Sahara wirkt als Kältequelle für die Atmosphäre (wg. hoher Albedo und hoher Emission).

3. Der Strahlungsantrieb ist die Veränderung in der vertikalen Nettoeinstrahlung (ausgedrückt in Watt pro Quadratmeter) an der Tropo-pause auf Grund einer internen Veränderung oder einer Veränderung im externen Antrieb des Klimasystems, wie z.B. eine Veränderung in der Konzentration von CO2 oder der Sonnenstrahlung.

Strahlungsantriebs-Szenario

Eine plausible Darstellung der künftigen Entwicklung der Strahlungsantriebe, z.B. in Verbindung mit Veränderungen in der atmosphärischen Zusammensetzung oder der Landnutzung, oder mit externen Faktoren wie z.B. Variationen in der Sonnenaktivität. Szenarien zum Strah-lungsantrieb können als Input für vereinfachte Klimamodelle benutzt werden, um Klimaprojektionen zu berechnen.

Strahlungsbilanz

Syn. Strahlungshaushalt; Differenz zwischen den Strahlungsflüssen, die das System Erde-Atmosphäre in Form kurzwelliger Strahlung von der Sonne empfängt und die das System Erde-Atmosphäre in Form langwelliger Strahlung wieder in den Weltraum abstrahlt. Sind die beiden Anteile gleich groß, ist die Strahlungsbilanz null und der Strahlungshaushalt ausgeglichen. Die Bilanz kann auch für charakteristische Orte oder Regionen aufgemacht werden.
Unter den genannten Bedingungen befindet sich eine Atmosphärenschicht im Strahlungsgleichgewicht. Die Stratosphäre befindet sich global und zeitlich gemittelt im Strahlungsgleichgewicht, während die Troposphäre ein deutliches Defizit im Strahlungshaushalt aufweist. Der über ein Jahr gemittelte extraterrestrische Strahlungsfluß der Sonne auf eine senkrecht zur Verbindungslinie Erde-Sonne stehende Fläche, die sogenannte Solarkonstante, beträgt 1.368 W/m2. Auf die gesamte Erdoberfläche bezogen ergibt sich eine mittlere Bestrahlungsstärke von einem Viertel des Wertes der Solarkonstanten, nämlich 342 W/m2.

sonne Quelle: meted (Zugang über kostenfreie Registrierung) radiation_processes_lres

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Sonnenstrahlung und irdische Strahlungsbilanz

Links: Die Sonnenstrahlung ist kurzfristig gesehen - etwa über eine Dekade hinweg - ziemlich beständig. Aber im Laufe vieler Jahre kann sie sich verändern und das irdische Klima beeinflussen. Die Erdatmosphäre verschleiert unseren Blick auf dieses Phänomen, und so bekommen Satelliten oberhalb unserer Atmosphäre eine entscheidende Bedeutung bei der Beobachtung der Veränderungen.
Rechts: Satelliten sind ideal positioniert, um Änderungen beim Strahlungsfluss in das System Erde-Atmosphäre  zu beobachten. Teile der eintreffenden Sonnenenergie wird von Wolken, Aerosol und der Erde selbst reflektiert. Der Rest wird absorbiert und wieder emittiert von Land- und Wasserflächen, von Wolken und weiteren Bestandteilen der Atmosphäre. Der Planet erwärmt sich als Ganzes, wenn die globale Strahlungsbilanz positiv ist, und er kühlt sich ab, wenn sie negativ ist.
Satelliten können den Strahlungshaushalt besonders gut an der Obergrenze der Atmosphäre messen und ihn dort langfristig überwachen, was entscheidend ist, um Klimatrends aufzuspüren. Die aktuelle Herausforderung besteht im Versuch, die Reaktionen von Atmosphäre, Land und Ozeanen auf Netto-Zuwächse oder Netto-Abnahmen des gesamten irdischen Strahlungshaushaltes zu quantifizieren. Dafür müssen bestehende Beobachtungssysteme weiter verbessert und ausgebaut werden.

Angaben über die Strahlungsflüsse sind auch nach dem Einsatz von Satellitenmissionen noch immer mit Unsicherheiten behaftet, da die Bestimmung globaler Mittelwerte mit einer Reihe von Schwierigkeiten verknüpft ist.

Weitere Informationen:

Strahlungsenergie

Engl. radiant energy, franz. énergie rayonnante, nach DIN 18716 die "ausgesandte, übertragene oder aufgefangene Strahlungsenergie".

Strahlungsfluss Φ

Engl. radiant flux,franz. puissance rayonnante; der Strahlungsfluss f ist die Strahlungsmenge, die in der Zeiteinheit durch eine Fläche hindurchtritt.
DIN 18716 formuliert: "Quotient aus Strahlungsenergie und Zeit".

Strahlungsflussdichte F

Engl. radiant flux density; der Strahlungsfluss pro Einheitsfläche in [W m-2].
DIN 18716 formuliert: "Quotient aus der durch eine Fläche hindurchtretenden Strahlungsleistung und dieser Fläche".

Strahlungshaushalt

s. Strahlungsbilanz

Strahlungsintensität I

Engl. radiant intensity; Strahlungsenergie Q welche pro Zeiteinheit t und Raumwinkel ω emittiert, transportiert oder empfangen wird, demnach der "Strahlungsfluss" aus genau definierter Richtung.

Strahlungsmenge

Engl. radiant energy; die Strahlungsmenge Q ist die Gesamtenergie einer Strahlung.

Strahlungsmessgeräte

Hier verstanden als Messgeräte für den optischen, teilweise auch nur für den mit dem Auge sichtbaren Teil der Strahlung verstandene Strahlungsempfänger. Strahlungsmessgeräte bewerten teils strahlungsphysikalische Größen wie die Strahlungsstärke, teils photometrische Größen wie die Lichtstärke. Sie können eine der Strahlung proportionale Spannung liefern wie z.B. Thermoelemente, Photowiderstands-zellen und Photodioden oder die Strahlungsbewertung mit dem Auge ausnutzen wie visuelle Photometer. In Photometern wird das Messgerät Auge immer häufiger durch Photodioden o.ä. ersetzt. Das Pyrgeometer ist ein anderes vergleichendes Strahlungsmessgerät, das die Ausstrahlung der Erde misst.

Strahlungstemperatur

Engl. radiant temperature; ohne Korrektur, durch FE-Messung der emittierten Strahlung eines Graukörpers (Emissionsgrad 1) abgeleitete scheinbare Temperatur.

Streakkamera

Spezielle Kamera mit der zeitlich sehr kurz aufeinander folgende Lichtimpulse erfaßt werden können. Die Lichtimpulse werden auf einen sehr schnell sich bewegenden, elektronischen Bildträger abgebildet. Der zeitliche Abstand wird dadurch in einen räumlichen Abstand transformiert. Mit einer Streakkamera können die zeitlichen Abstände Pikosekunden genau ermittelt werden. Streakkameras werden eingesetzt, um simultan Laserentfernungsmessungen zu Satelliten auf zwei Wellenlängen auszuführen. Durch die Dispersion der Atmosphäre ist die Lichtausbreitung von der Wellenlänge abhängig. In der Wellenlänge unterschiedliche Laserpulse weisen bei gleicher Entfernung geringfügig unterschiedliche Laufzeiten auf. Die Laufzeitdifferenz wird mit Streakkameras gemessen, sie wird genutzt, um den Einfluß der troposphärische Refraktion zu bestimmen.

Streukoeffizient

Syn. Streuungskoeffizient; Maß für die Schwächung von elektromagnetischer Strahlung beim Durchgang durch ein Medium infolge Streuung. Streukoeffizient plus Absorptionskoeffizient ergibt den Extinktionskoeffizienten, der in das Extinktionsgesetz eingeht.

Streuung

Engl. scattering; in der Atmosphäre ein Vorgang, bei dem Teile der elektromagnetischen Strahlung durch kleine Materieteilchen (Aerosol) nach allen Richtungen hin abgelenkt oder teilweise aufgesplittert werden. Die Energieform wird dabei nicht verändert. Wie die Absorption führt die Streuung zu einer Schwächung der die Atmosphäre durchlaufenden Strahlung, insofern besitzt sie auch für die Fernerkundung und die Klimatologie Bedeutung.

Sie bildet daher auch einen Bestandteil des spektralen Extinktionskoeffizienten. In der Atmosphäre erfolgt sowohl bei Teilen der Ein- als auch der Ausstrahlung eine Veränderung der ursprünglichen Strahlungsrichtung an den Luftbestandteilen (Gase, Aerosole usw.). Zu unterscheiden sind dabei die selektiven Streuungsvorgänge:

  1. Rayleigh-Streuung: Sie betrifft besonders Strahlung mit kurzen Wellenlängen (UV, blaues Licht) und sie erfolgt an Molekülen mit einem Radius kleiner als die Wellenlänge der Strahlung. Dabei handelt es sich u.a. um Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid.
  2. Mie-Streuung: Sie beeinflußt vor allem den sichtbaren Spektralbereich und wird von größeren Wassermolekülen und Aerosolpartikeln mit einem Radius, der der Größenordnung der jeweiligen Wellenlänge entspricht, verursacht.

Nicht-selektive Streuungsvorgänge werden dagegen hervorgerufen durch Luftbestandteile mit einem Durchmesser, der die jeweiligen Wellenlängen erheblich überschreitet (z.B. Dunst, Wolken, Nebel). Durch sie werden alle Wellenlängen gleichmäßig gestreut, was z.B. Wolken weiß erscheinen lässt (eine Mischung aus allen Farben des Lichts in etwa dem gleichen Mengenverhältnis ergibt weißes Licht.

streuungsarten_lres Arten der atmosphärischen Streuung

Die Art der Streuung ist eine Funktion von:

  • der Wellenlänge der einfallenden Strahlungsenergie und
  • der Größe des getroffenen Gasmoleküls, Staubpartikels und / oder des Wassertröpfchens

Streuung kann den Informationsgehalt von Fernerkundungsdaten stark reduzieren, im Extrem so weit, dass das gewonnene Bild kontrastarm wird und ein Objekt nicht mehr von einem anderen unterscheidbar ist.


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Quelle: verändert nach Jensen 2007
 
Subtraktive Farbmischung

Das subtraktive Farbprinzip basiert auf den drei Druckfarben: Cyan, Magenta und Gelb (Yellow). Es ist eine entfernende (filternde) Farbmischung, wodurch die verbleibende Reststrahlung durch Überlagerung verschiedener Farbschichten erzielt wird. Die subtraktive Farbmischung wird, im Gegensatz zur additiven, die ihre Verwendung in der Anzeige der Monitorbilder findet, im Druck und auch in der Farbphotographie verwendet. In einer Farbpatrone (z.B. eines Standard-Tintenstrahl-Druckers) finden sich die Primärfarben Cyan (türkisartig), Magenta (pinkähnlich) und Gelb, mit denen die jeweiligen zu druckenden Farben gemischt werden können. Auch hier wird mit dem Einsatz keiner, einer, mehrerer oder aller Primärfarben die jeweilige Farbmischung erreicht. Dabei werden die Farben vom Drucker übereinander gedruckt, wodurch die oberen Farbschichten eine Filterwirkung für die unteren Schichten haben und somit für die Gesamtstrahlungssumme subtrahierend wirken. Häufig wird allerdings aus Gründen der Kostenersparnis und aufgrund der Tatsache, dass ein reines schwarz durch die Kombination aller drei Primärfarben nicht erreicht wird, auch eine zusätzliche schwarze Grundfarbe eingesetzt.

subtraktiv additiv Vergleich subtraktive und additive Farbmischung

Links: In der subtraktiven Farbmischung werden die CMY-Farben Cyan (C), Magenta (M) und Yellow (Y) gemischt. In der Praxis verwendet man das CMYK-Modell. Das K steht für black. Ein reiner CMY-Druck hätte in der Praxis des Druckens kein richtig tiefes Schwarz, deshalb wird es zugesetzt.

Rechts: In der additiven Farbmischung werden die RGB-Farben Rot (R), Grün (G), und Blau (B) gemischt.
In der additiven Farbmischung wird Licht gemischt. Rotes Licht und grünes Licht ergeben gelbes Licht, der Fernseher liefert uns den Beweis. In der subtraktiven Farbmischung werden Stoffe gemischt. Gelbe Farbpaste und cyanfarbene Farbpaste ergeben als Mischung grüne Farbpaste.

Quelle: metacolor
 
sunglint

Engl. Begriff (am ehesten mit Sonnenreflex, Sonnenspiegelung oder mit spiegelnde Reflexion des Wassers ins Deutsche zu übertragen) für ein Phänomen, das auftritt, wenn die Sonnenstrahlen von der Meeresoberfläche im gleichen Winkel reflektiert werden, mit dem ein Satellitensensor oder ein Astronaut in der ISS die Oberfläche beobachtet. Im betroffenen Gebiet des Bildes unten wird glattes Meerwasser zu einem silbernen Spiegel, wohingegen rauere Wasserflächen dunkel erscheinen.

Satellite_view_of_the_Shark_Bay Sunglint vor Nordaustralien

Gelegentlich enthüllt eine Bildpartie mit Sunglint interessante ozeanische oder atmosphärische Erscheinungen, die der Sensor typischerweise nicht aufzeichnet.

Dieses Bild zeigt ein großes überlappendes Wellenmuster in dem von Sunglint betroffenen Gebiet Indonesiens und Australiens. Das Wellenmuster rührt aber nicht von großen Meereswellen her. Es sind vielmehr atmosphärische Schwerewellen über der Meeresoberfläche. Wie man dem Namen entnehmen kann, bilden sich atmosphärische Schwerewellen, wenn Auftrieb die Luft zum Aufsteigen bringt und die Schwerkraft sie dann wieder sinken lässt. Bei ihrem Abstieg zum Wellental (Trog) berührt die Luft die Meeresoberfläche und raut dabei das Wasser auf. Die langen, vertikalen dunklen Linien zeigen an, wo die Täler der Schwerewellen die Oberfläche aufgeraut haben. Die helleren Partien zeigen die Wellenkämme. Unter den Wellenkämmen ist das Wasser ruhig und reflektiert das Licht direkt zum Sensor. Gewöhnlich bilden sich Wolken an den Wellenkämmen, sie sind in der Bildszene gut zu sehen.

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Quelle: Wikipedia / NASA
 

Zum Einen kann Sunglint erstaunliche Bildwirkungen erzeugen, zum Anderen kann das Phänomen den mit Fernerkundung arbeitenden Wissenschaftlern Probleme bereiten, da es Bildinhalte verdeckt, die normalerweise sichtbar sind. Dies triftt insbesondere für Ozeanographen zu, die Satelliten zur Untersuchung von Phytoplankton und Ozeanfarbe einsetzen. In der Folge haben Wissenschaftler verschiedene Verfahren zur Bildkorrektur entwickelt.

Neben den Herausforderungen, vor die Sunglint die Wissenschaftler stellt, bietet das Phänomen auch einige einzigartige wissenschaftliche Möglichkeiten. Zum Beispiel macht Sunglint es leichter, Öl auf der Wasseroberfläche aufzuspüren, ob es sich nun um natürliche Erdölaustritte handelt oder um vom Menschen verursachte Ölverschmutzungen. Dies liegt am glättenden Effekt einer Ölschicht auf dem Wasser.

Weitere Informationen:

SUOMI NPP

Der Wettersatellit Suomi National Polar-orbiting Partnership or Suomi NPP, früher bekannt unter der Bezeichnung National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System Preparatory Project (NPP) and NPP-Bridge wird von der NOAA (United States National Oceanic and Atmospheric Administration) betrieben. Ursprünglich sollte er als Pfadfindermission für das NPOESS-Programm dienen, welches die Polar Operational Environmental Satellites der NOAA und das Defense Meteorological Satellite Program der US Air Force ersetzen sollte. Nach der Streichung des NPOESS-Programms wurde Suomi als Lückenfüller zwischen den POES-Satelliten und dem Joint Polar Satellite System (JPSS) im Oktober 2011 von Vandenberg aus gestartet. Mit einer United Launch Alliance Delta II 7920-10C-Rakete wurde er auf eine sonnensynchrone Umlaufbahn in 824 km Höhe gebracht.
Seine Instrumente setzen Klimamessungen fort, die zuvor schon vom Earth Observing System der NASA bereitgestellt wurden. Der Satellit ist nach Verner E. Suomi benannt, einem Meteorologen der University of Wisconsin–Madison.

705315main_oneyear-NPP-670_suomi_lres Storms, Ozone, Vegetation and More:
NASA-NOAA Suomi NPP Satellite Returns First Year of Data

Diese beiden Bilder sind Kompositdarstellungen der Konzentration von ozeanischem Chlorophyll für die jeweiligen Sommer der beiden Halbkugeln. Sie sind hergestellt aus Radiometerdaten im sichtbaren Bereich, die vom Instrument VIIRS aufgenommen wurden.
Diese Falschfarben-Darstellungen verstärken die Aussagekraft der Daten. Die purpurnen und blauen Farben stehen für niedrigere Chlorphyll-Konzentrationen. Orange und rot repräsentieren höhere Konzentrationen. Diese Farbunterschiede heben Gebiete mit geringerer bzw. größerer Phytoplankton-Biomasse hervor.
View northern hemisphere larger - View southern hemisphere larger

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Quellen: NASA
 

Der dreiachsenstabilisierte Satellit basiert auf dem Satellitenbus BCP 2000 für Erdbeobachtungssatelliten von Ball Aerospace. Er ist mit einem internem MIL-STD-1553- und IEEE-1394-(FireWire)-Netzwerk und fünf Instrumenten ausgestattet, die von früheren Wetter- und Umweltsatelliten wie etwa Terra, Aqua, POES oder den militärischen DMSP-Wettersatelliten stammen. Dies sind:

  • Visible/Infrared Imager Radiometer Suite (VIIRS) – ein im sichtbaren und infraroten Bereich arbeitendes 22-Kanal-Radiometer, das Bilder der Erde liefert
  • Cross-track Infrared Sounder (CrIS) – ein Michelson-Interferometer zur Messung der Temperatur und Feuchtigkeitskonzentration der Erdatmosphäre
  • Advanced Technology Microwave Sounder (ATMS) – ein im Mikrowellenbereich arbeitendes passives 22-Kanal-Radiometer zur Messung von Temperatur und Feuchtigkeitsprofilen der Erdatmosphäre
  • Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS) – ein Messgerät zur Bestimmung der Ozonkonzentration
  • Clouds and Earth Radiant Energy System (CERES) – ein Dreikanal-Radiometer zur Bestimmung des Albedos und des Gesamtenergiehaushaltes der Erde
Out of the Blue and Into the Black -
New Views of the Earth at Night

city_lights_africa_lres

Zu größerer Darstellung auf Grafik klickenQuellen: NASA

Die Nachtseite der Erde funkelt mit Lichtern. Das erste, was heraussticht, sind die von Städten. „Nichts erzählt uns mehr über die Verbreitung von Menschen auf der Erde, als Lichter von Städten“, erklärt Chris Elvidge, ein NOAA-Wissenschaftler. Aber auch entfernt von menschlichen Siedlungen leuchtet Licht. Buschfeuer und Vulkane wüten. Öl- und Gasquellen brennen wie Kerzen. Polarlichter tanzen im Himmel der Polarregionen. Mond- und Sternenlicht werden im Wasser, Schnee, an Wolken und von Wüsten reflektiert. Sogar die Luft und der Ozean glühen gelegentlich.

Eine Handvoll Wissenschaftler hat über die vergangenen vier Dekaden hinweg irdische Nachtlichter mit Militärsatelliten und Astronautenphotographie beobachtet. Aber im Jahr 2012 wurde der Blick signifikant klarer. Der Satellit Suomi National Polar-orbiting Partnership trägt einen Schwachlichtsensor an Bord, der Nachtlichter mit einer sechsmal besseren räumlichen Auflösung unterscheiden kann und eine 250mal bessere Auflösung der Beleuchtungsstufen (dynamic range) besitzt, als frühere Instrumente. Da Suomi NPP ein ziviler Satellit ist, sind die Daten für Wissenschaftler innerhalb von Minuten bis Stunden nach der Aufnahme verfügbar.

Der VIIRS-Sensor kann schwaches Licht bis hinunter zur geringen Stärke einer isolierten Straßenleuchte oder der Beleuchtung eines Fischerbootes beobachten. Er kann sogar schwaches Nachthimmelsleuchten (‚airglow‘) ausmachen und Wolken beobachten, die von diesem Licht beleuchtet werden. Durch den Einsatz seines ‚Tag-Nacht-Bandes‘ kann VIIRS die ersten quantitativen Messungen von Lichtemissionen und Reflexionen vornehmen und dabei die Intensität und die Quellen des Nachtlichtes unterscheiden. Die Gesamtheit dieser Messungen gibt uns einen globalen Überblick über den menschlichen Fußabdruck auf der Erde.

Das Nachtbild von Europa, Afrika und dem Mittleren Osten ist ein Komposit, das aus Daten erstellt wurde, aufgenommen von Suomi NPP im April und Oktober 2012. Diese Daten wurden zudem über bereits vorhandene Blue Marble-Bilder gelegt, um der Ansicht einen realistischeren Eindruck zu geben.

 

Weitere Informationen:

Swarm

Engl. für Schwarm; am 22. November 2013 von Plesetsk aus an Bord eines Rockot-Launchers gestartete Mission der ESA zur bislang genauesten Vermessung des Erdmagnetfeldes und seiner Entwicklung als Teil des Programms Earth Explorer Mission. Die Erkenntnisse sollen auch unser Verständnis des Erdinnern und des Klimas verbessern.

Bei der Mission arbeiten drei identische Satelliten mit einer Masse von je 500 kg zusammen. Gemeinsam sollen sie die Stärke, Orientierung und die zeitliche Veränderung des Erdmagnetfeldes messen. Daraus erhofft man Prognosen über die Langzeitentwicklung des Magnetfeldes ableiten zu können. Das Projekt wird damit das erfolgreiche CHAMP-Projekt fortsetzen.

Für ihre Mission fliegen die drei Satelliten in optimierter Formation auf polaren Umlaufbahnen in Höhen zwischen 450 und 550 km: zwei Satelliten (SWARM-A, SWARM-B) fliegen in 450 Kilometern Höhe mit 150 Kilometern Abstand nebeneinander her, der dritte (SWARM-C) steigt auf 530 Kilometer Höhe in eine höhere Umlaufbahn. Der Grund für diesen komplizierten Formationsflug liegt im Erdmagnetfeld selbst. Dieses wird erzeugt durch die Strömung elektrisch leitenden, flüssigen Eisens im äußeren Erdkern, 2900 km unter der Erdoberfläche. Es wird beeinflusst durch die Leitfähigkeit und die Dynamik des darüber liegenden Erdmantels (bis rund 40 km unter der Erdoberfläche). Schließlich tragen noch die magnetisierten Gesteine der Erdkruste zum Erdmagnetfeld bei. Hinzu kommt, dass auch die Sonne und Ströme im erdnahen Weltraum von außen das Erdmagnetfeld beeinflussen. Will man diese einzelnen Bestandteile untersuchen, muss man dafür das vom Satelliten gemessene Gesamtsignal des Magnetfeldes in die einzelnen Bestandteile auftrennen. Das tiefer fliegende SWARM-Paar kann durch seinen Abstand von 150 km mit einem Stereo-Blick auf das Magnetfeld der Erdkruste "schauen". So kann man diesen Bestandteil mit sehr hoher Genauigkeit analysieren. Der dritte, obere SWARM-Satellit kann wiederum die nach oben hin abnehmende Stärke des Magnetfeldes genauer bestimmen, zudem fliegt dieser Satellit in einem über die Zeit immer stärker zunehmenden Winkel zur Bahn des unteren Paars. Die Gesamtmessung wird ein Bild des Erdmagnetfeldes in einer bisher noch nie erreichten Präzision ergeben.

swarm_098a7b6c74_lres SWARM-Konstellation (künstlerische Darstellung)

Die Satelliten der Swarm-Konstellation werden die Erde auf drei verschiedenen polaren Umlaufbahnen umkreisen, zwei nebeneinander in einer Höhe von 450 km (Abstand 150 km) und ein weiterer in 530 km Höhe. Hochpräzise und hochauflösende Messungen von Stärke, Ausrichtung und Schwankungen des Erdmagnetfelds, ergänzt durch präzise Navigation, Beschleunigungsmessungen und Messungen der elektrischen Feldstärke, liefern die notwendigen Beobachtungsdaten, um das Erdmagnetfeld und seine Wechselwirkungen mit weiteren physikalischen Parametern unseres Planeten in Modellen erklären zu können. Die Beobachtung aus dem Weltraum liefert einen einzigartigen Einblick in das Innere der Erde, so dass die Zusammensetzung und Prozesse im Detail untersucht und neue Erkenntnisse über ionosphärische Ströme und Ozeanzirkulationen gewonnen werden können, die großen Einfluss auf unser Klima und Wetter haben.

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Quellen: SWARM-Projektbüro, EADS-Astrium
 

Das Magnetfeld der Erde übt einen bestimmenden Einfluss auf unsere elektrodynamische Umgebung, die thermosphärische Dynamik und möglicherweise auf die Entwicklung der unteren Atmosphäre aus. Ein weiteres Forschungsziel von Swarm ist die Untersuchung des Einflusses der Sonne auf die Erde. Konkret praktischer Nutzen der Swarm-Mission besteht in der Vorhersage von Strahlungsausbrüchen der Sonne oder auch entfernterer Sterne, mit deren Hilfe Störungen auf der Erde, beispielsweise der Energieversorgung oder der Telekommunikation, eingegrenzt oder gar vermieden werden können. Weiterer praktischer Nutzen der Swarm-Mission besteht in Beiträgen zur Verbesserung von Navigationssystemen, einschließlich jener, die auf Satelliten installiert sind, ferner in Fortschritten bei der Erdbebenvorhersage durch das Aufspüren von tektonischen Störungen, sowie in der Erkundung der Lithosphäre und damit in der verbesserten Suche nach mineralischen Rohstoffen.

Die Satelliten wurden von einem deutsch-englischen Team von EADS Astrium in Immenstaad (Bodensee) gefertigt. Die Komponenten lieferten Unternehmen in Europa. Die Kosten für den Bau der Satelliten betragen etwa 86 Millionen Euro, die Gesamtkosten der Mission ca. 200 Mio €.

Swarm - ESAs Magnetfeldmission
Swarm - ESAs Magnetfeldmission Quelle: ESA
Swarm - Konstellation aus 3 Satelliten
Swarm - Konstellation aus 3 Satelliten Quelle: ESA

Die baugleichen Satelliten tragen folgende Nutzlast:

  • das Vector Field Magnetometer (VFM), das wissenschaftliche Hauptinstrument der SWARM-Mission. Es soll die vektoriellen Komponenten des Erdmagnetfeldes mit höherer Genauigkeit vermessen als dies mit früheren Missionen wie CHAMP und SAC-C möglich war;
  • das Absolute Scalar Magnetometer (ASC), dieses dient primär der Kalibrierung des VFM;
  • das Electric Field Instrument (EFI), ausgerüstet mit Sensoren für die Messung von Ionen-Eintrittswinkel und -Geschwindigkeit;
  • das Accelerometer (ACC), zum Bestimmen der Beschleunigung des Satelliten, welche nicht durch Gravitation verursacht wurde, wie zum Beispiel Luftwiderstand und Sonnenwind und
  • der Laser Range Reflector (LRR), dieser reflektiert Laserstrahlen von einer Messstation auf der Erdoberfläche und erlaubt eine genaue Abstandsmessung;
  • das Star Tracker System (STR), dieses liefert höchst-präzise Lagedaten der Satelliten und
  • der GNSS Receiver (GPSR), dieser liefert unabhängige Echtzeitinformationen zur Position und Zeit der Satelliten.

Weitere Informationen:

swath

Engl. für Schwaden, hier Bodenspur; die Fläche, die von einem Satelliten bei der Erdumkreisung beobachtet wird.

Bodenspur eines polarumlaufenden Satelliten Quelle: http://www.ccrs.nrcan.gc.ca Quelle: NOAA

Links: Schema der Bodenspur eines polarumlaufenden Satelliten

Rechts: Bodenspur des MODIS-Instruments auf Aqua


Dieser Datensatz zeigt die Bahn des Satelliten Aqua und die Bodenspur seines Instruments MODIS für die Zeit von einem Tag (27. 8. 2005).
Die Bodenspur der Datenaufnahme von MODIS ist 2.300 km breit. Dies bedeutet, dass MODIS jeden Tag fast die gesamte Erde abdecken kann. MODIS nimmt nur Daten auf, wenn er auf der sonnenbeschienenen Seite der Erde ist, da er das reflektierte Licht von der Sonne misst.
Das helle Band, das in der Mitte mancher Schwaden erscheint, ist vom Ozean reflektiertes Sonnenlicht. Am 27. August 2005 hatte der Hurrikan Katrina Florida überquert und verstärkte sich im Golf von Mexiko. Dieser Hurrikan, ebenso wie der Taifun Talim im westlichen Pazifik zwischen Japan und Neuguinea ist in diesem Datensatz sichtbar, downloadbar über FTP Link.

 
SWIFT

Engl. Akronym für Stratospheric Wind Interferometer for Transport Studies; kanadisches Instrument an Bord des Satelliten Chinook zur Ermittlung von Windprofilen in der Stratosphäre und der Ozonkonzentration. Die Messergebnisse dienen dem Verständnis über die Transportwege von Schadstoffen in der Atmosphäre und der Verteilungsvorgänge von Ozon in der Stratosphäre. Der Start der Mission ist für 2011 vorgesehen.

Weitere Informationen:

swing-by

Syn. slingshot oder fly-by; Methode der interplanetaren Raumfahrt, bei der eine Raumsonde dicht an einem Planeten vorbeifliegt. Durch die Gravitation des Planeten wird die Flugbahn der Raumsonde sowohl in der Richtung als auch in der Geschwindigkeit verändert.

Die Geschwindigkeitsänderung kann dazu verwendet werden, um die Sonde abzubremsen (für Missionen in das innere Sonnensystem) oder zu beschleunigen (für Missionen in das äußere Sonnensystem oder darüber hinaus). Die Richtungsänderung kann dazu verwendet werden, um die Ebene der Ekliptik zu verlassen, und Sonden in eine polare Umlaufbahn um die Sonne zu lenken. Auf diese Weise können Raumsonden Flugbahnen verwenden, die sonst nicht oder nur mit erheblich größerem Energieaufwand möglich wären.
Wird die Sonde nahe genug an einen Planeten geführt, dann wird sie von dessen Gravitationsfeld eingefangen und umgelenkt. Dadurch, dass sich der Planet aber selber um die Sonne bewegt, gewinnt sie an Geschwindigkeit hinzu. Der Effekt ist vergleichbar mit dem beim Wurf eines Hammerwerfers, der von einem fahrenden Auto aus wirft.

Die interplanetarische Flugbahn von Cassini-Huygens Die interplanetarische Flugbahn von
Cassini-Huygens

Nach dem Start auf der Erde fliegt die ESA/NASA-Raumsonde Cassini-Huygens zweimal an der Venus und einmal an der Erde vorbei sowie einmal am Jupiter, bis sie durch diese Swing-by-Manöver genug kinetische Energie hat, ihr Ziel, den Saturn zu erreichen.

 

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Quelle: Wikipedia
 

Das erste Swing-by-Manöver wurde 1973 von der Raumsonde Mariner 10 durchgeführt, die nach dem Vorbeiflug an der Venus genügend abgebremst wurde, um die Bahn des Merkur zu erreichen. Heute nutzen nahezu alle interplanetaren Raumsonden diese Technik. Swing-bys, werden genutzt, um die Flugzeiten von Sonden zu verkürzen. Voyager 1 und 2 wurden z.B. durch ein Swing-by am Saturn um rund 18 km/s beschleunigt und erreichten dadurch die 3. kosmische Geschwindigkeit. Ohne Swing-by hätte Voyager 2 mehr als doppelt so lange gebraucht, um den Neptun zu erreichen. Durch die Swing-by-Technik entstehen teilweise große Umwege. So wurde zum Beispiel die Sonde Cassini-Huygens auf dem Weg zum Saturn zuerst von der Venus auf die nötige Geschwindigkeit gebracht.

Weitere Informationen: Swing-by-Manöver - Was steckt dahinter (Donald Wiss, SUW)

SWIR

Engl. Akronym für Shortwave Infra-Red, dt. kurzwelliges Infrarot, Bezeichnung für den Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen ~1,3 µm und ~3,0 µm.

synthetic aperture radar

s. SAR

synthetischer Kanal

Aus den z.B. von Satelliten aufgenommenen originalen Spektral-Bändern berechnete "künstliche" Kanäle zur Verbesserung der Informationsextraktion von Bilddaten. Häufig werden sogenannte Vegetationsindizes (z.B. NDVI) errechnet, um die Vitalität und photosynthetische Aktivität von Pflanzen genauer bestimmen zu können. Diese machen sich den charakteristischen Anstieg der Reflexionskurve der Vegetation vom sichtbaren Licht zum nahen Infrarot (NIR) zunutze.

System Erde

Engl. earth system; Konzept, das die Erde als einheitliches System mit interagierenden Bestandteilen versteht und die Geosphäre (Land), Hydrosphäre (Wasser und Eis) und Biosphäre (Leben) umfasst.

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System Erde - Earth System

Der Begriff “System Erde” bezieht sich auf die wechselwirkenden physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse. Das System besteht aus den Land-bzw. Gesteinssphäre, den Eismassen, der Wassersphäre und der Atmosphäre. Das System schließt auch die natürlichen Kreisläufe ein, die des Kohlenstoffs, des Wassers, Stickstoffs, Phosphors, Schwefel und anderen. Auch die Prozesse im Erdinneren gehören dazu. Natürlich ist auch das Leben in allen Formen ein wesentlicher Bestandteil des Erdsystems. Leben beeinflusst die genannten und weitere Kreisläufe sowie Prozesse. Zum System Erde gehört auch die menschliche Gesellschaft, unsere sozialen und ökonomischen Systeme sind darin eingebettet. In vielerlei Hinsicht sind die menschlichen Systeme wesentliche Motoren bei Veränderungen des Systems Erde. Der Begriff ‚Globaler Wandel‘ bezieht sich auf erdweite Änderungen im System. Davon betroffen sind: Atmosphärische Zirkulation, Meereszirkulation, Klima, die genannten und weitere Kreisläufe, Meereis- und Meeresspiegelveränderungen, Nahrungsnetze, Biodiversität, Umweltverschmutzung, Gesundheit, Fischbestände und weiteres.
Zu den zivilisationsbedingten Motoren des globalen Wandels gehören Bevölkerung, Wirtschaft, Rohstoffverbrauch, Energie, Erschließungsmaßnahmen, Transport, Kommunikation, Landnutzung und -bedeckung, Urbanisierung, Globalisierung.

Quellen: GFZ Potsdam / IGBP
 

Weitere Informationen:

Szene

Engl. scene, franz. scène; der Begriff steht in der Fernerkundung für:

  • die Konfektionierung von Bilddaten innerhalb eines Aufnahmestreifens
  • den Teil der Erdoberfläche, der in einem einzelnen Bild (der ursprünglichen Aufnahme) wiedergegeben ist.