Spektrometer

Engl. spectrometer, franz. spectromètre; Messgerät zur differenzierten Erfassung von elektromagnetischer Strahlung in vielen (bis zu 224) engen, zusammenhängenden Spektralbändern. Dies verleiht ihnen eine hohe spektrale Auflösung, wohingegen ihre räumliche Auflösung im mittleren bis im unteren Bereich liegt. 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.Die Hauptaufgabe von abbildenden Spektrometern ist die Identifikation von Oberflächenmaterialien - von der Mineralzusammensetzung von Böden bis zu Schwebstoffen in oberen Gewässerschichten und Chlorophylkonzentrationen. 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. (vgl. Abb.)

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