Anfang Oktober wird der Erdbeobachtungssatellit Jason-3 seinen Vorgänger offiziell ablösen. Ab dann können Wetterdienste und Forscher weltweit auf vier Zentimeter genau erkennen, wie hoch der Meeresspiegel steht.
Bild: NASA.gov
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Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen
Erdbeobachtungssatelliten helfen uns, unseren Planeten Erde besser zu verstehen. Sie können heute viel mehr, als das Wetter vorherzusagen: Hier ein Überblick.
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Die Vermessung der Meeresoberfläche
Der NASA-Satellit Jason-3 ist am 17. Januar 2016 gestartet. Im Oktober soll er die Aufgabe von seinem Vorgänger Jason-2 übernehmen. Jason-3 soll Teil eines größeren Netzwerkes von Erdbeobachtungssatelliten werden, die die Höhe des Meeresspiegels sowie Ozean- und Atmosphärenströmungen vermessen.
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Steigt das Meer - oder sinkt der Kontinent?
Pegel am Ufer können diese Frage nie einwandfrei beantworten. Aber Satelliten erkennen die Kontinentalbewegungen. Deshalb gibt es die Ozean-Oberflächen-Topographie-Mission (OSTM) der NASA mit den Satelliten Topex/Poseidon, Jason-1, -2 und bald auch -3. Sie sollen das Rätsel lösen. Diese Radar-Bilder stammen von Jason-2. Jason-3 hat zusätzlich noch ein Radiometer und ein Laser-Messgerät an Bord.
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Eine Fülle von Daten für Umweltschutz und Entwicklung
Ohne Erdbeobachtungssatelliten könnten wir unsere Welt nur halb so gut verstehen. Dieses Bild stammt von Sentinel-2, einem Erdbeobachtungssatelliten der ESA, der im Rahmen des Copernicus-Programms um die Erde fliegt. Es wurde Ende Juni kurz nach dem Start des Satelliten aufgenommen und zeigt den nördlichsten Bereich der Adria und Teile der Alpen.
Bild: Copernicus data/ESA
Kleine Kiste mit guter Kamera
Sentinel-2 arbeitet mit einer Spektralkamera, die auf unterschiedlichen Wellenlängen Bilder aufnehmen kann. So werden immer wieder andere Details deutlich - bis hin zum Zustand der Vegetation und zur Feuchtigkeit der Böden. Hier bereiten ihn Ingenieure auf seine Reise vor.
Bild: picture-alliance/dpa/P. Kneffel
Was wächst wo und wie gut
Auch dieses Bild zeigt einen Teil Norditaliens: Bei der Stadt Pavia (oben links) fließen der größere Po und der kleinere Fluss Ticino zusammen. Das Infrarot-Spektrum enthüllt dem Betrachter detailliert den Zustand der Landwirtschaft. Wissenschaftler können sogar erkennen, ob auf den Feldern Mais oder Kürbisse angebaut wurden.
Bild: Copernicus data/ESA
Beobachtung im Doppelpack
Viele Erdbeobachtungssatelliten fliegen nicht alleine um die Erde, sondern im Team. Auch die Sentinel-1 und -2 Satelliten, die ersten des später sechs Module umfassenden Copernicus-Programms der ESA, sollen dereinst als Paar die Erde umrunden. Dann können sie jeden Punkt der Erdoberfläche alle fünf Tage erfassen.
Bild: ESA/ATG medialab
Radar für die Topographie
Sentinel-1 kann zwar keine Farben erkennen, dafür sieht sein Radarblick jeden Berg und jedes Tal detailgenau. Er funktioniert ähnlich wie Jason-3, nur dass er für das Festland optimiert ist. Seine Messergebnisse können mit den optischen Daten von Sentinel-2 übereinandergelegt werden. So bekommen Forscher, Landwirte, Umweltbehörden und Industrie eine Vielzahl von Informationen - je nach Bedarf.
Bild: ESA/ATG medialab
Die Niederlande - nicht ganz flach
Das Radar-Auge des Satelliten hat hier ein Bild der niederländischen Küste aufgezeichnet. Ganz so flach, wie viele glauben, ist das Land gar nicht. Selbst Dünen, Gebäude und Deiche entgehen dem Radar-Blick von Sentinel-1 nicht.
Bild: ESA
Nicht nur die Erdoberfläche ist von Interesse
Eine ganz andere Form der Erdbeobachtung ist die Swarm-Mission der ESA. Diese drei Satelliten umrunden die Erde als Schwarm und zeichnen dabei die Veränderungen des Erdmagnetfeldes auf. Ende 2013 wurden die Satelliten in ihre Umlaufbahn befördert. Seitdem sammeln sie fleißig Daten.
Bild: Astrium/picture-alliance/dpa
Veränderungen, die man nicht sieht
Das Erdmagnetfeld ist interessant für die Forscher, weil es sich ständig verändert. Im Erdinneren bewegen sich riesige Massen heißen Magmas und mit ihnen auch der Magnetismus der Erde. Pole verschieben sich, was Auswirkungen auf Schiffahrt und Fliegerei hat.
Bild: GFZ
Erdbeobachtung mit Blick zur Sonne
Der Erdmagnetismus verändert auch unsere Beziehung zur Sonne und zum Weltall. Er schützt uns vor kosmischen und vor Sonnenstrahlen. Verschiebt sich das Erdmagnetfeld, verändert sich - besonders an den Polkappen - auch die Umlenkung von Teilchen, die etwa durch Explosionen auf der Sonne in Richtung Erde geschleudert werden. Satelliten, die zur Erde blicken, enthüllen also nicht nur Irdisches.
Bild: picture-alliance/dpa
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Die genaue Höhe des Meeresspiegels auf jedem Flecken der Weltozeane zu kennen ist für Klimaforscher, Wetterdienste oder den Küstenschutz enorm wichtig. Allerdings stehen die Forscher bei der Berechnung der weltweiten Wassermassen vor vielen Problemen. Der Pegel wird durch so viele Faktoren beeinflusst, dass er schwer zu fassen ist.
So ändert sich der Meeresspiegel zum Beispiel durch den Stand anderer Gestirne - am stärksten durch den Mond. Er führt zu Ebbe und Flut. Aber auch Wind, Temperatur, vulkanische und tektonische Aktivitäten wie Plattenverschiebungen oder Erdbeben, Verdunstung, Regen, Schnee oder die Eisbildung an den Polkappen haben einen Einfluss auf den Meeresspiegel. Hinzu kommt, dass die Erde keine perfekte Kugel ist, sondern von ihren Gravitationsverhältnissen eher einer Kartoffel gleicht. Und auch diese Gravitationsverhältnisse können sich durch Veränderungen im Erdinnern langsam verändern.
Die Schwerekartoffel des Geoforschungszentrums Potsdam zeit, wie ungleichmäßig die Gravitation auf der Erde verteilt ist.Bild: GFZ
"Normal-Null" ist nicht normal
Zudem wirkt sich die Eigendrehung der Erde auf den Meeresspiegel aus. Die Folge: Er hat nicht überall den gleichen Abstand vom Erdmittelpunkt. Er ist zum Beispiel am Äquator mehr als 4.700 Meter höher als am 30. Grad nördlicher Breite. Das führt dazu, dass der höchste Berg der Welt vom Erdmittelpunkt gerechnet gar nicht der Mount Everest ist. Da schlägt ihn der Chimborazo in Ecuador, mit 6.384.557 Metern. Der Everest misst von der Mitte der Erde bis zum Gipfel "nur" 6.382.414 Meter.
Vom Meeresspiegel gerechnet, so wie es bei Höhenangaben üblich ist, ist der Everest mit seinen 8848 Metern natürlich höher als der 6267 Meter hohe Chimborazo.
Bei Satelliten lassen sich Faktoren wie Ablenkungen durch Gravitation, gut rechnerisch ausgleichen. Gegen Tektonik, Wetter und ähnliche irdischen Einflüssen sind sie immun. Sie laufen auf stabilen Umlaufbahnen um die Erdkugel herum und sind daher unbestechlich.
Der neueste Satellit zur Messung der Meeresoberfläche ist Jason-3 - ein gemeinsames Projekt der Weltraumbehörden der USA, NASA, und Frankreichs CNES mit Beteiligung des US Wetterdienstes NOAA und des Europäischen Wettersatellitenbetreibers Eumetsat.
Alle Zehn Tage ein komplettes Bild
Jason-3 fliegt in einer Höhe von etwa 1330 Kilometern und scannt mit einem Radar-Altimeter alle zehn Tage 95 Prozent der eisfreien Meeresoberfläche ab. Die Genauigkeit der Messungen liegt bei etwa vier Zentimetern. Das ist weniger, als schon geringe Wellenbewegungen verursachen.
Um sicherzustellen, dass die Umlaufbahn des Satelliten ganz genau bekannt ist und die Messdaten stimmen, nutzt Jason-3 gleich drei unterschiedliche Technologien zur Bestimmung der Umlaufbahn auf einen Zentimeter genau: Das Navigationssystem GPS, ein Doppler-Orbitographie und Radiopositionierungs-Instrument (DORIS) und einen Laser-Abstandsmesser.
Am 17. Januar wurde der Satellit in seine Umlaufbahn geschossen. Jetzt ist er einsatzbereit.Bild: picture-alliance/dpa/Nasa
Tropenstürme früh erkennen
Zudem erkennt der Satellit auch die Wassertemperatur. Er kann zum Beispiel aufgeheizte Wassermassen erkennen, aus denen sich Orkane, Taifune oder andere Tropenstürme entwickeln können. Und aus der Qualität der zurückgeworfenen Radar-Informationen lassen sich Rückschlüsse auf die Windgeschwindigkeit und die Wellenhöhen ableiten.
Der Satellit war am 17. Januar von der Vandenberg Airforce Base bei Lompoc in Kalifornien gestartet. Die NASA hat die Kontrolle nach der etwa halbjährigen Einrichtungsphase am 3. Juni an die NOAA übergeben. Seitdem konnte der Wetterdienst die Daten, die Jason-3 liefert, mit denen des Vorgängersatelliten Jason-2 abgleichen und kalibrieren.
Mehr lernen beim Life-Briefing
Anfang Oktober soll er seine neue Rolle als weltweite "Referenzquelle für globale Meeresoberflächen-Messung aus dem All" aufnehmen. Dann haben Wetterdienste und Forscher weltweit Zugriff auf die Daten.
Für alle die mehr über Jason-3 wissen wollen, gibt es jetzt eine interaktive Möglichkeit. Am 19. September ab 16:00 Uhr MESZ veranstaltet Eumetsat ein life-Briefing hier - und auf Twitter unter #askjason3.
