Lexikon der Fernerkundung

Landsat 8 / LDCM

Am 11.2.2013 als Landsat Data Continuity Mission (LDCM) gestartete Satellitenmission von NASA und USGS um den Bestand an Landsat-Daten über die Oberfläche des Planeten fortzuführen. Der Satellit wurde mit einer United Launch Alliance Atlas V 401-Rakete von Vandenberg Air Force Base aus in den Erdorbit eingebracht und umkreist die Erde in einer Höhe von rund 705 Kilometern.

Am 30. Mai 2013 übernahm die USGS nach ausgiebigen Tests die Kontrolle des Satelliten von der NASA, gleichzeitig wurde LDCM in Landsat-8 umbenannt.

landsat8 Start von Landsat-8 am 11.2.2013

Eine Atlas V-Rakete trug den Satelliten von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) in seine Umlaufbahn. Das Raumfahrzeug trennte sich 79 min nach dem Start von der Rakete und das erste Signal wurde 3 min später in der Svalbard-Bodenstation (Norwegen) empfangen. Die Sonnensegel zur Stromerzeugung entfalteten sich 86 min nach dem Start.

Der neue Satellit Landsat-8 (LDCM) verspricht, die einmalige Landsat-Tradition mit noch besserer Qualität und Aufnahmefrequenz fortzusetzen. LDCM hat zwei Hauptsensoren für wissenschaftliche Untersuchungen, den Operational Land Imager (OLI) und den Thermal Infrared Sensor (TIRS).

Quelle: NASA

Die Aufnahmen des Landsat-8 haben eine Auflösung von rund 15-100 Metern und können vor allem für die Beobachtung von Flächennutzungsänderungen (land use change), die Auswertung von Landveränderungen z.B. nach Flutkatastrophen sowie allgemein für die Beobachtung von Wassernutzung weltweit genutzt werden. Durch die Fortführung dieser Aktivitäten ermöglicht es Landsat 8, die Geo- und Klimaforschung mit analysefähigen Daten zu versorgen. Landsat 8 bewegt sich übrigens auf gleicher Bahn wie seine Vorgänger Landsat-4, -5 und -7.

Der neue Landsat-Satellit ist mit zwei Arten von Pushbroom-Instrumenten ausgerüstet:

  1. der so genannte Operational Land Imager (OLI) sowie
  2. der Thermal Infrared Sensor (TIRS), ein Sensor für die Erfassung der elektromagnetischen Abstrahlung des Planeten im Infrarot-Bereich.
etmplus_oli_tirs

Vergleich der
Spektralbänder von ETM+
auf Landsat-7 und
von OLI bzw. TIRS
auf LDCM/Landsat-8

 

Quelle: NASA

OLI nimmt Bilddaten mit Hilfe von neun Spektralbändern auf. Darunter sind - im Vergleich zu seinen Vorgängern - zwei neue Spektralbänder: eines um hohe dünne Wolken (Cirren) beobachten zu können und eines um atmosphärisches Aerosol sowie die Wasserqualität in Seen und flachen Küstengewässern zu beobachten. OLI hat außerdem weniger bewegliche Teile als seine Vorgänger, was ihn weniger pannenanfällig macht.

TIRS sammelt Daten über die Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche, und zwar in zwei thermalen Spektralbändern verglichen mit dem einen auf vorherigen Landsat-Missionen. Diese Erdbeobachtungen mit Hilfe der Thermalbänder erfahren eine zunehmende Bedeutung bei der Überwachung des Wasserverbrauchs, insbesondere in ariden Gebieten.

Beide Sensoren haben ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis und eine radiometrische 12-Bit Quantisierung der Daten. Als weitere Verbesserung im Vergleich zu seinen Vorgängern sendet Landsat-8 400 Szenen pro Tag an die Bodenstation und übertrifft damit die Erfassungsleistung von Landsat-7 um bis zu 150 Aufnahmen pro Tag. Hierdurch erhöht sich nicht zuletzt die Chance, wolkenfreie Aufnahmen der Erdoberfläche zu erhalten.

landsat_whisk_push Whiskbroom vs. Pushbroom-Sensoren

Frühere Landsat-Sensoren (z.B. das Multispectral Scanner System, der Thematic Mapper und der Enhanced Thematic Mapper-Plus) benutzten Spiegel, die zur Datengewinnung quer zur Bodenspur hin- und herschwenkten wie ein flacher Reisstrohbesen (whiskbroom). Dieses Sensor-Design erfordert schnell bewegte Teile, die entsprechend zu Abnutzungserscheinungen neigen.

Neue Technologien erlauben es OLI die gesamte Breite der Bodenspur gleichzeitig zu erfassen und dabei Datenreihen zu erzeugen, die hinterein-ander gesetzt, kontinuierlich die Bodenspur bilden. Das Prinzip ist mit der Bewegungsrichtung eines kurzborstigen "Schiebebesens" (pushbroom) vergleichbar.

Quelle: NASA

Die folgenden beiden Bilder über die Region des künstlichen Saltonsees vom 24. März 2013 gehören zu den ersten, die der LDCM-Satellit aufgenommen hat. Das obere Bild entstammt dem Thermal Infrared Sensor (TIRS). Es zeigt die von der Landschaft abgestrahlten Wärmemengen. Kühlere Bereiche erscheinen dunkel, wärme hingegen hell. Zum Vergleich zeigt das untere Bild, das mit dem Operational Land Imager (OLI) aufgenommen wurde, die gleiche Szene in natürlicher Farbwiedergabe.

Was das Grauwertbild wiedergibt ist die Infrarotstrahlung, die von der Erde selbst erzeugt wird. Die Wärmeenergie, die von der Landoberfläche, von Wasserkörpern und der Vegetation emittiert wird, regt Elektronen an und erzeugt das Strahlungssignal eines Schwarzkörpers. Die Detektoren in TIRS können die Stärke dieser Signale in zwei verschiedenen Bandbereichen messen, die den Temperaturen auf dem Boden entsprechen.

Die Bilddarstellung ist im Prinzip vergleichbar mit den bildgebenden Thermaldetektoren, die von der Polizei verwendet werden, um z.B. aus der Distanz lebende Menschen in einem Gebäude aufzuspüren. Thermalbänder werden von Wissenschaftlern häufig verwendet, um das Vorhandensein von Wasser zu kartieren. Hier helfen die kühlere Flächen repräsentierenden dunklen Pixel im Thermalbild der Wasserwirtschaft zu erkennen, wo Wasser für Bewässerungszwecke verwendet wird.

In dem TIRS-Bild oben stellen die dunklen Quadrate landwirtschaftliche Flächen dar, auf denen Pflanzen Wasser aus dem Boden aufnehmen und durch Transpiration der Blätter an die Luft abgeben. Pflanzen kühlen sich beim Vorgang der Transpiration ab, auch beim Vorgang der Verdunstung (Evaporation) von Wasser von der Blattoberfläche bei frischer Sprühbewässerung. Diese kombinierte Wasserabgabe der Pflanzen (Evapotransipration) und zusätzlich der Verdunstung von Wasser von der Bodenfläche senkt die Temperatur von Bewässerungsflächen insgesamt. Insofern benutzen die Wissenschaftler die Pflanzentemperaturen als indirektes Messverfahren zur Bestimmung der Bewässerungsintensität.

LDCM sucht in der Hitze nach Wasser

Thermalaufnahme mit dem Instrument TIRS

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LDCM sucht in der Hitze nach Wasser

Echtfarbenaufnahme mit dem Instrument OLI

saltonsea_oli Quelle: NASA

Ball Aerospace & Technologies Corp. baute das Instrument OLI in Boulder (Colo.). Das Goddard Space Flight Center der NASA baute das Instrument TIRS. Orbital Sciences Corporation baute, integrierte und testete das Raumfahrzeug in Gilbert (Ariz.). Der USGS stellte das LDCM Bodensegment bereit. Der Start wurde vom Launch Services Program der NASA im Kennedy Space Center (Fl.) durchgeführt. United Launch Alliance lieferte die Atlas V Startrakete.

Der Start der Nachfolgemission Landsat-9 erfolgte am 27. September 2021.

Weitere Informationen:

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