Satelliten

Scharfsichtige Wächter im All

Die Universität Zürich entwickelt zusammen mit der ESA neue Satelliten. Diese verarbeiten mehr Daten und können die Welt mit bisher unerreichter Präzision erfassen.  

Marita Fuchs

Wenn sich Raumforscher heute damit brüsten, die Rückseite des Mondes sei besser vermessen als die Oberfläche der Erde, so ist das nur halb scherzhaft gemeint. Zwar weist unser Bild des Globus so gut wie keine dunklen Flecken mehr auf und es lässt sich von Satelliten aus heute jedes Tal und jeder Berg genau vermessen. Doch weiss man über viele Zusammenhänge, zum Beispiel dem Austausch zwischen Vegetation und Atmosphäre, noch erstaunlich wenig.

Deshalb investieren die Europäische Kommission und die Europäische Weltraumbehörde (ESA) gemeinsam in eine neue Satellitengeneration. Michael Schaepman vom Geographischen Institut der Universität Zürich ist mit dabei.

Er erarbeitet mit fünf anderen Wissenschaftlern aus ganz Europa die technischen und wissenschaftlichen Anforderungen an die neuen Erd- und Atmosphären-Beobachter. «Eine faszinierende Herausforderung», freut sich der Forscher. Und eine verantwortungsvolle dazu, denn mehrere hundert Millionen Euro Steuergelder fliessen in die Entwicklung der neuen Satelliten.

Technisch ausgefeilt: «Sentinel» auf Erderkundung. (Bild: M. Schaepman)

«Sentinel» – Wächter (engl.) heissen die neuen Erdbeobachter. Fünf Sentinels bestehend aus jeweils zwei bis drei Satelliten sind geplant. «Sentinel 2» zum Beispiel wird 2012 mit einem optischen System ins All geschickt, das mit einer räumlichen Bildauflösung von 10 x 10 Metern, die Erdoberfläche erfasst, und dies gleichzeitig in 13 spektralen Bändern.

Der Satellit zeichnet jedoch nicht wahllos alles gleichermassen auf. Gezielt kann er die feste Landoberfläche detailreich erfassen, während die Ozeane nicht erfasst werden. Zudem werden mehrere baugleiche Satelliten auf verschiedene Laufbahnen geschickt, so dass bestimmte Gegenden nach kurzer Zeit nochmals abgelichtet werden können.

«Gerade bei den Satellitendaten ist ein hoher Aufwand bei der Auf- und Vorbereitung der Rohdaten erforderlich», erklärt Schaepman. «Schliesslich messen die Satelliten etwa den Chlorophyllgehalt der Vegetation nicht direkt, sondern leiten sie aus anderen Parametern, zum Beispiel der Abschwächung einer bestimmten Wellenlänge des empfangenen Lichtes ab.»

Blickfeld von 290 Kilometern

Das interdisziplinär zusammengesetzte Sechsergremium macht sich in diesem Sommer im niederländischen Noordwijk, – dem Sitz des Europäischen Weltraumforschungs- und –Technologiezentrums (ESA ESTEC) – daran, Anforderungen für die Satelliten zu bestimmen. Und zwar für Satelliten, die mit optischen Systemen arbeiten», erklärt Schaepman, der nach einem Physik- und Informatikstudium erst später zur Geographie und damit der Fernerkundung gekommen ist.

Michael Schaepman: Neue Perspektiven für die Universität Zürich durch Mitarbeit im ESA Gremium. (Bild: PD)

Die meisten der heutigen Erdbeobachtungssatelliten umkreisen die Erde auf einer quasi-polaren Umlaufbahn in etwa neunzig Minuten. Das werden die neuen Satelliten auch tun, jedoch haben sie ein breiteres Blickfeld: 290 Kilometer Streifenbreite. Die Sentinel-2 Vorläufer konnten nur 180 Kilometer aufnehmen.

Desaster-Einsätze und langfristige Prognosen

Schaepman hat an der Universität Zürich ein interdisziplinär zusammengestelltes 36-köpfiges Team an seiner Seite. Die Gruppe hat bereits grosse Erfahrung mit der Nutzung von Satellitenbildern: Beim Erdbeben in Haiti etwa gaben sie den Helfern vom Departement für Auswärtige Angelegenheiten wertvolle Hinweise zur Befahrbarkeit von Strassen oder über die Zerstörung in den Städten. «Bei solchen so genannten Desaster-Einsätzen gilt es schnell zu arbeiten», erläutert Schaepman.

Neues Limit für die Baumgrenze

«Länger dauert die Auswertung der Daten, die der Satellit tagtäglich sammelt.» Doch diese sind nicht weniger interessant. So können die Forscher zum Beispiel grosse Flächen beobachten und Aussagen über die künftige Entwicklung der Erde machen. Bei den Wäldern zum Beispiel analysieren sie die Baumartenverteilung exakt und interpretieren, warum es in einigen Gebieten grosse Veränderungen in der Vegetation gibt oder wie schnell sich aufgrund der Klimaerwärmung die Baumgrenze verschiebt.

«Die Auswertungs-Software schreiben wir selbst», sagt Schaepman. «Aus den Daten werden Modelle für die Zukunft entwickelt, die zum Beispiel Hinweise dafür geben könnten, wie sich das Wachstum der Wälder verhalten wird.»

Der Interdisziplinarität verschrieben

Durch die Mitarbeit Schaepmans im ESA Gremium werden der Universität Zürich Möglichkeiten der Beteiligung an den Sentinel-2 Missionen ermöglicht. Diese beschränken sich dabei nicht nur auf die Fernerkunundung sondern können auch Bereiche der Informatik, Statistik, kologie, und Physik mit einbeziehen.

Die Entwicklung neuer Satelliten an der ESA Die Entwicklung der neuen Satelliten an der ESA findet im Rahmen des « Global Monitoring for Environment and Security» (GMES) Programmes statt. Es ist eine im Jahre 1998 gemeinsam von der Europäischen Kommission (dem Exekutivorgan der EU) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gegründete Initiative. Sie zielt darauf ab, auf der Grundlage von modernen Erdbeobachtungs- und Informationstechnologien ein nachhaltiges und unabhängiges europäisches Beobachtungssystem zu schaffen. Die 18 Mitgliedsstaaten der ESA sind: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Grossbritannien, Irland, Italien, Luxemburg, die Niederlande, Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden, die Schweiz, Spanien und Tschechien. An bestimmten Projekten arbeiten im Rahmen entsprechender Kooperationsverträge auch Kanada und Ungarn mit.

Marita Fuchs ist Redaktorin von UZH News

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