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Satellitendaten sind ein leistungsfähiges Werkzeug zur Überwachung unserer Erde und ihrer Veränderungen. Alles begann mit Sputnik 1 im Jahr 1957. Nur wenige Jahre später wurden Erdbeobachtungssatelliten gestartet, die unseren Planeten seitdem kontinuierlich mit verschiedenen Instrumenten an Bord überwachen und physikalische, chemische oder biologische Prozesse auf der Erde untersuchen.
In den letzten Jahrzehnten haben die Erdbeobachtungsdaten immer mehr an Bedeutung gewonnen. Dies ist auch einem Paradigmenwechsel zu verdanken, von sehr teuren Satellitenbildern hin zu einer Politik des offenen und freien Datenzugangs, von dem wir alle profitieren können. Das Erdbeobachtungsprogramm Copernicus der Europäischen Union beispielsweise, das von der Europäischen Kommission in Partnerschaft mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und anderen Institutionen koordiniert und verwaltet wird, verfolgt eine völlig offene und kostenlose Datenpolitik, die auch die Möglichkeit der kommerziellen Nutzung der Daten einschliesst.
Aufgrund der riesigen Menge an verfügbaren Daten kann die Auswahl des richtigen Satelliten und der richtigen Art von Daten eine Herausforderung darstellen. Die vielen verschiedenen Instrumente, die auf Satelliten installiert sind, beobachten unterschiedliche Aspekte der Erde. Satelliten können neben «normalen» Farbbildern zum Beispiel das Schwerkraft- oder Magnetfeld der Erde, globale Windfelder oder die Veränderung des Meeresspiegels untersuchen. Wenn ein neues Projekt oder eine neue Frage ansteht, sind folgende Fragen zu berücksichtigen:
- Welchen Prozess möchte ich beobachten?
- Welches Detail möchte ich sehen?
- Wann und wie oft möchte ich den Prozess beobachten??
Die Antworten darauf geben Aufschluss darüber, welche Sensoren in Abhängigkeit von der spektralen, räumlichen und temporalen Auflösung am besten geeignet sind. Das folgende Beispiel erläutert den Prozess der Auswahl des richtigen Satelliten und Datentyps.
Wir praktizieren bereits Fernerkundung – das heisst Erkundung ohne Berührung –, wenn wir nur mit unseren Augen sehen. Unsere Augen arbeiten dann als Sensor, um das Licht im sichtbaren Spektrum von 400—700 nm zu erfassen. Die Kamera in unserem Mobiltelefon arbeitet auf die gleiche Art und Weise, wenn sie rotes, grünes und blaues Licht aufnimmt und diese Kanäle zu einem farbigen Bild zusammenfügt. Darüber hinaus messen die Sensoren auf den Satelliten das Sonnenlicht in anderen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Jeder Satellit verfügt über Sensoren, die je nach Beobachtungsziel Licht in verschiedenen Bereichen des Spektrums erfassen. Um zum Beispiel zu beobachten, ob die Vegetation gesund ist, benötigen die Forscher auch Informationen über das nahe Infrarot, da gesunde Pflanzen diese Wellenlängen reflektieren (also das Licht zurück ins All schicken), um die Blattstruktur vor Überhitzung zu schützen. Daher erscheinen Wälder und Bäume auf Bildern, die das Infrarotlicht in Rot zeigen, rot. Anhand dieser Informationen lassen sich Produkte entwickeln, die eine gesunde Vegetation erkennen.
Welche räumliche Auflösung wir verwenden wollen, hängt von dem Prozess und den Details ab, die wir zu sehen wünschen. Die räumliche Auflösung ist definiert durch die Fläche, die ein Pixel eines Satellitenbildes auf der Erdoberfläche abdeckt, gemessen in Metern. Eine räumliche Auflösung von 1 km könnte ausreichen, um Wetterphänomene oder globale Veränderungen zu untersuchen. Wenn wir jedoch die Ausdehnung einer Stadt untersuchen wollen, benötigen wir eine höhere räumliche Auflösung, die idealerweise der Grösse eines Gebäudes entspricht – etwa 10 Meter oder sogar weniger.
Schliesslich müssen wir festlegen, wie oft ein Gebiet beobachtet werden soll. Möglicherweise möchten wir ein Phänomen stündlich beobachten, zum Beispiel die Wolken für die Wettervorhersage, oder wir möchten überprüfen, wie sich eine bestimmte Region während einer Jahreszeit verändert hat. Im ersten Fall bräuchten wir einen Satelliten, der das Zielgebiet jede Stunde misst. Im zweiten Fall könnte ein Satellit mit einer Wiederholungszeit von fünf Tagen ausreichen. Mit diesen Zeitreihen können wir dann dynamische Prozesse beobachten, beispielsweise wachsende städtische Gebiete oder sich verändernde Vegetation.
Für weitere Informationen besuchen sie NPOC – ein öffentlicher Dienst, der wissenschaftliche Beratung für alle Personen in der Schweiz anbietet, die Satellitendaten nutzen möchten.
Dr. Claudia Röösli, Geographisches Institut UZH
Dr. Valentina Tamburello, Geographisches Institut, UZH
Isabelle Salomé Helfenstein, Geographisches Institut, UZH
Koordination Erdbeobachtungsvideos: Dr. Robert Meisner, Europäische Weltraumorganisation
Leihgeber: Sputnik Satellit, Museum für Kommunikation Bern