Die fliegenden Augen der Forschung


Rund 800 Satelliten drehen im Orbit ihre Kreise. Die meisten von ihnen dienen der Telekommunikation, doch die stetig steigende Anzahl von Erdbeobachtungssatelliten eröffnet den Geowissenschaften neue Möglichkeiten.

Handelsblatt, Wissenschaft, S. 9, 25. Januar 2007


HB250107 - Vor 50 Jahren, im Oktober 1957, schickte eine kleine 84 Kilo schwere Aluminiumhohlkugel mit dem Namen „Sputnik 1“ ein gleichmäßig piepsendes Funksignal zur Erde. Damit begann das Satellitenzeitalter, in dem die Menschen den eigenen Planeten von außen inspizieren.

Inzwischen umkreisen rund 800 Begleiter die Erde in Höhen zwischen 80 und rund 36 000 Kilometern. 400 Satelliten fliegen im amerikanischen Auftrag, etwa 90 im russischen, 35 stammen aus China. Die europäische Esa hat nur 13 Beobachter im Orbit. Zwei Drittel der Erdumkreiser dienen der Telekommunikation. Nur fünf Prozent sind Erdbeobachtungssatelliten im Dienste vor allem der Wissenschaft. Weitere fünf Prozent liefern meteorologische Daten zur Wettervorhersage.

In der klassischen Erdbeobachtung hielt sich die Esa bisher zurück: „Wir haben zurzeit nur zwei aktive Erdbeobachtungssatelliten im All, Envisat und ERS-2“, sagt Reiner Kresken vom European Space Operations Centre (ESOC) in Darmstadt. Doch das wird sich ändern: Bis 2012 plant die Esa mit dem Living-Planet-Programm sechs Missionen – wenn alles gut geht. Es begann 2005 mit einem Desaster. „CryoSat“, der die Eispanzer von Grönland und der Antarktis vermessen sollte, versank nach Versagen der russischen Trägerrakete im Nordpolarmeer.

Erdbeobachtungssatelliten wie CryoSat sind die verlängerte Augen, Ohren und Fühler der Forschung. Sie messen nicht nur die Dicke des Eises in den Polarregionen oder registrieren abgelöste Eisberge (und protokollieren so das Schmelzen der Polkappen). Sie beobachten auch jeden Vulkanausbruch oder Ölteppich im unzugänglichsten Winkel der Erde, messen die Luftqualität über den Metropolen, protokollieren die Zerstörung des Regenwaldes oder die Ausbreitung der Wüsten.

Dabei geht es selten um einfaches Fotografieren. Bilder, wie Laien sie von Google-Earth kennen, liefern für die Waldvermessung zu wenig. „Selbst tiefer fliegende Satelliten als Meteosat haben nur eine Auflösung von maximal einigen Metern pro Bildpunkt“, sagt Kreskens Kollege Holger Krag. Mit den Fotos lasse sich eine Vegetationsfläche zwar geometrisch eingrenzen und ausmessen, aber es bleibe unklar, wie dicht die Fläche bewachsen ist.

Bei Analysen der Rodung des brasilianischen Regenwalds hatte sich gezeigt, dass die rein geometrischen Vermessungen zwar die Fronten der Rodung erkennen ließen. Aber wenn, was oft passiert, einzelne Bäume aus der Mitte des Urwaldes gefällt werden, ging den Forschern das durch die Lappen. Krag: „Das ist visuell aus dem Orbit einfach nicht erkennbar.“ Die Lösung: anstatt das gesamte Lichtspektrum zu nutzen, Beschränkung auf das Wesentliche.

Die Forscher registrieren die reflektierte Sonnenstrahlung nur im sichtbaren Rotbereich des Spektrums, in dem die Pflanzen Energie für die Photosynthese aufnehmen. Diese vergleichen sie mit der reflektierten Energie im nahen Infrarot, dem Spektralbereich, der nicht der Photosynthese dient. Die Differenz zeigt, in welchem Maße Photosynthese stattfindet, also wie dicht der Bewuchs ist.

Diese Vegetationsdaten helfen auch der Medizin. Epidemiologen nutzen sie zusammen mit anderen Parametern wie Temperatur, Feuchtigkeit, Windrichtung, wenn die betreffenden Krankheitserreger von Zwischenwirten (etwa Mücken) übertragen werden. Entwickelt sich die Umwelt zu Gunsten der Plagegeister, könnte eine Epidemie bevorstehen. So werden Ausbrüche von Malaria, Schlafkrankheit oder des West-Nil-Virus beobachtet.

Auch die scheinbar eintönige Oberfläche der Meere vermittelt neue Erkenntnisse. Satelliten können bis auf weniger als zehn Zentimeter genau die durchschnittliche Meereshöhe bestimmen – die alles andere als konstant ist. „Sie variiert etwa mit der Temperatur oder den Strömungsverhältnissen“, sagt Gerold Siedler vom Kieler Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (Ifm-Geomar). Er stopfte mit Radar-Satellitendaten die Lücken der direkten Strömungsmessungen von Schiffen, Driftbojen und verankerten Messgeräten im Indischen Ozean – und entdeckte eine gewaltige Strömung, die bislang völlig unbekannt war: Die „Meereswalze“ erstreckt sich in West-Ost-Richtung zwischen Madagaskar und Australien.

Bisher nahm man an, dass für die subtropischen Regionen auf dem globalen Wassermassen-Förderband die Transporte in Süd-Nord-Richtung entscheidend sind. „Ihre Stärke entspricht etwa einem Fünftel des für das europäische Klima so wichtigen Golfstroms“, sagt Siedler. Die entdeckte Strömung ist Teil des Transportsystems durch alle Ozeane, das das Weltklima entscheidend beeinflusst.

Um solche globalen Phänomene besser zu verstehen, wurde im Februar 2005 beim dritten Erdbeobachtungsgipfel in Brüssel die Group on Earth Observation (GEO) gegründet, der 66 Staaten, die Europäische Kommission und über 40 Organisationen angehören. Das Ziel ist der Aufbau des Global Earth Observation System of Systems (GEOSS). Dies soll alle verfügbaren Erdbeobachtungseinheiten zu einem erdumspannenden Netz verbinden. „In der Erdbeobachtung gibt es anders als im Bereich hochauflösender Aufnahmen keinen Verdrängungswettbewerb“ sagt Kresken. Gerade Esa und Nasa arbeiteten Hand in Hand: „Der Orbit des europäischen Wettersatelliten Metop-A zum Beispiel wurde so gewählt, dass er optimal mit seinem amerikanischen Gegenstück von der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) zusammenarbeiten kann“, sagt Kresken.

Dennoch sehen einige Wissenschaftler die Erdbeobachtung vor einer Krise – während die Nasa den Flug zum Mars plant. Die amerikanische Nationale Akademie der Wissenschaften (NAS) veröffentlichte vergangene Woche einen „Hilferuf“: Immer mehr Satelliten hätten ihre Altersgrenze überschritten. Bis 2010 würden 40 Prozent der Erdbeobachter ausgemustert. Statt drohender Budgetkürzungen solle die Nasa neue Satellitenprogramme starten. Würden einige der Satelliten nicht rechtzeitig ersetzt, drohten Datenlücken in wichtigen Zeitreihen. El-Niño- und Hurrikan-Vorhersagen würden sich verschlechtern. Der Klimawandel ließe sich nicht mehr angemessen verfolgen.

Handelsblatt, Wissenschaft, S. 9, 25. Januar 2007

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