Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: ESA.

Aus 800 Kilometern Höhe ist für den größten europäischen Umweltsatelliten Envisat das möglich zu sehen, was nicht einmal ein Mensch einzeln mit bloßem Auge erkennen kann: Phytoplankton.

Jedoch sucht Envisat nicht nach einzelnen sondern nach großen Schärmen des Mikroorganismus‘, der die Weltmeere bevölkert. Das Instrument Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) des Satelliten ist ein Sensor, der im vergangenen Sommer im Nordatlantik vor der Kanadischen Küste nach dem Phytoplankton Ausschau hielt und atemberaubende Bilder machte.

Der im Bild hellblaue Bereich ist ein über 300 mal 200 Kilometer großer Bereich, der von Phytoplankton bevölkert wird. Dies sind kleine Wasser-Organismen, die die Grundlage der Nahrungskette der Meere bilden. Sie bilden eine Schlüsselrolle im globalen Ökosystem.

Diese Bereiche, in denen sich Phytoplankton in so großen Mengen aufhält, dass es den Ozean färbt und von Satelliten entdeckt werden kann, können erst seit wenigen Jahrzehnten ausgiebigst aus dem All analysiert werden. Das Instrument MERIS eröffnet dabei ganz neue Möglichkeiten, Phytoplankton-Kulturen und andere ozeanische Prozesse zu erforschen.

Der Beitrag ENVISAT: Plankton wird aus 800 Kilometern Höhe erforscht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.

Instrumente zur Beobachtung der Ozeane
ENVISAT wird etwa alle 35 Tage einmal die gesamte Oberfläche unseres Planeten überfliegen, und zwei Drittel dieser Zeit wird er sich dabei über Ozeanen und Meeren befinden. Alleine schon wegen ihrer schieren Größe haben die Weltmeere einen enormen Einfluss auf unser Klima, weswegen natürlich auch ENVISAT mit verschiedenen Beobachtungsinstrumenten einen genauen Blick auf die Ozeane werfen wird.
 
Das auch für die Atmosphärenbeobachtung verwendete Beobachtungsinstrument MERIS („Medium Resolution Imaging Spectrometer“) misst die Strahlung in fünfzehn verschiedenen Frequenzbändern im sichtbaren und so genannten „Nahen Infraroten“ Wellenbereich. Es wird beim Flug von ENVISAT über die Ozeane dafür genutzt, um die Farbe der Meere zu registrieren.
 
Das AATSR („Advanced Along Track Scanning Radiometer“) misst die Oberflächentemperatur der Ozeane mit einer Genauigkeit von 0,3° C. Dieser Parameter ist ein wichtiger Schlüssel bei der Beantwortung der Frage, ob und in welchem Maße eine globale Erwärmung stattfindet.
Die beiden genannten Instrumente zusammen werden wichtige Daten beispielsweise für Studien über Plankton und die Bewegungen von Fischschwärmen liefern können.
 
RA-2 („Radar Altimeter“) und ASAR („Advanced Synthetic Aperture Radar“) sind zwei Radargeräte unterschiedlicher Funktionsweise, die unter anderem Wellenhöhen und -richtungen sowie Windbewegungen messen können. RA-2 ist sogar in der Lage, Unterwasserwellen durch die von ihnen verursachten geringen Auswirkungen an der Wasseroberfläche zu entdecken. Der MWR („Microwave Radiometer“) berichtigt dabei eventuelle Verfälschungen der Messergebnisse von RA-2 durch die Luftfeuchtigkeit.
 
Instrumente zur Beobachtung der Erdoberfläche
Das gerade schon erwähnte Radarinstrument ASAR spielt auch bei der Beobachtung der Erdoberfläche eine wichtige Rolle. So kann es beispielsweise die Landnutzung und Wachstumsformen erkennen und die Beschaffenheit der Erdoberfläche messen.
 
MERIS ist ebenfalls für die Beobachtung der Landflächen unseres Planeten zuständig, da es die verschiedenen Wachstumsphasen von Pflanzen erkennen kann.
 
Das AATSR kann mit seiner Fähigkeit, Temperaturen hoch aufgelöst zu bestimmen, beispielsweise Wald- und Buschbrände erkennen und Pflanzenbewuchs registrieren.
 
DORIS („Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite“) schließlich erlaubt es, die Satellitenposition auf ca. 5 cm genau zu vermessen. Durch diese Information können die mit Hilfe von RA-2 und ASAR ermittelten Daten zur Meereshöhe und Oberflächenprofile verbessert werden.
 
Ausblick
Die ersten Monate nach dem Start werden dazu genutzt werden, um die Instrumente von ENVISAT zu kalibrieren und zu eichen. Dazu werden ihre Ergebnisse mit denen anderer Erdbeobachtungssatelliten verglichen, ebenso werden zu diesem Zweck Vergleichsdaten von Schiffen, Flugzeugen und festen Messpunkten am Boden herangezogen.
 
Danach beginnt die Phase der Datenerhebung und -auswertung, die mindestens fünf Jahre lang andauern soll. Natürlich hoffen die beteiligten Wissenschaftler – alleine über 700 in Europa – auf eine möglichst lange Lebensdauer, denn die meisten Daten erhalten ihren Wert erst im Zeitverlauf, wenn Entwicklungen und Veränderungen erkennbar werden. Der begrenzende Faktor für die Lebensdauer von ENVISAT dürfte der Treibstoffvorrat für die Lagekontrolltriebwerke sein.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.

Grundlagen der Fernbeobachtung
Alle Beobachtungsinstrumente an Bord von ENVISAT kann man zunächst einmal als Empfänger beschreiben, die von der Erde ausgehende Strahlung verschiedener Wellenlängen registrieren. Sie nutzen den Umstand aus, dass alle Objekte und Prozesse auf der Erde – und natürlich auch in der Erdatmosphäre – elektromagnetische Strahlung mit verschiedensten Wellenlängen und Frequenzen aussenden, absorbieren oder reflektieren. Bei diesem Vorgang werden der elektromagnetischen Strahlung „Fingerabdrücke“ in Form von spektralen Absorptions- oder Emissionslinien aufgeprägt, die für jedes Objekt und jeden Prozess charakteristisch sind. Ein Beispiel: Die Blätter von Pflanzen absorbieren („schlucken“) das gesamte sichtbare Licht mit Ausnahme des von uns als „grün“ bezeichneten Anteils – weshalb wir ihre Farbe als „grün“ wahrnehmen. Aus dem Absorptionsspektrum eines pflanzlichen Blattes lässt sich sogar erkennen, ob die Pflanze an Trockenheit leidet, da sich dann dieses Spektrum geringfügig verändert. Eine genauere Beschreibung der so genannten Spektralanalyse, mit der die spektralen „Fingerabdrücke“ registriert werden können, finden Sie in unserem Artikel zu diesem Thema.
 
Die meisten Instrumente an Bord von ENVISAT analysieren sichtbares Licht sowie das so genannte „Nahe Infrarot“ (der sich am roten Ende des sichtbaren Lichts anschließende Wellenbereich) und Mikrowellen. Die Messung der infraroten Strahlung erlaubt zum Beispiel Aussagen über die Temperatur der Erdoberfläche sowie von verschiedenen Schichten der Atmosphäre.
 
Die Beobachtungsinstrumente lassen sich in aktive und passive Instrumente unterteilen. Während die passiven Instrumente einfach die von der Erdoberfläche bzw. Atmosphäre kommende Strahlung registrieren, senden aktive Instrumente Strahlungspulse aus und registrieren anschließend die dadurch ausgelösten Reflektionen. ENVISAT hat Instrumente beider Typen an Bord.
 
Instrumente zur Atmosphärenbeobachtung
Vier der wissenschaftlichen Beobachtungsinstrumente an Bord von ENVISAT sind ausschließlich oder teilweise für die Beobachtung von Zuständen und Prozessen in unserer Atmosphäre verantwortlich.
Da ist zum einen MERIS („Medium Resolution Imaging Spectrometer“), mit dessen Hilfe unter anderem Daten über die Wolkenbildung und die Luftfeuchtigkeit der Atmosphäre gewonnen werden können. Auch das Ausmaß des von Wolken reflektierten Sonnenlichts im sichtbaren und infraroten Bereich des Wellenspektrums wird von MERIS bestimmt.
 
Das Instrument GOMOS („Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars“) nutzt das Licht von über dem Horizont aufgehenden Sternen, um durch Analyse des Lichtspektrums nach dem Durchgang durch die Erdatmosphäre Aussagen über den Gehalt von Ozon und Wasserdampf treffen zu können. Diese Messungen sind in Höhenschichten von 20 bis 200 km möglich und erlauben in Zusammenarbeit mit anderen ENVISAT-Instrumenten dreidimensionale Abbildungen der Ozonschicht.
 
Der „Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding“ (MIPAS) arbeitet im infraroten Spektralbereich und ist in der Lage, verschiedenste Spurengase zu erkennen und unterscheiden. Diese Fähigkeit ermöglicht es, sowohl die Verteilung und Konzentration von Industrieabgasen wie auch von Treibhausgasen zu ermitteln. Die Informationen über chemische und physikalische Prozesse in der Stratosphäre sind auch für Prognosen über die zukünftige Entwicklung der Ozonschicht von Bedeutung.
 
Das vierte und letzte Instrument, welches die Atmosphäre als Untersuchungsgegenstand zum Ziel hat, ist das größtenteils in Deutschland entwickelte und gebaute SCIAMACHY („Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography„). Dieser leistungsfähige Atmosphären-Sensor nimmt Messungen sowohl in einem bis zu 960 km breiten Streifen direkt unter ENVISAT wie auch in Richtung des Horizonts vor. Die annährend simultane Kombinationen dieser Beobachtungsmodi ermöglicht es, im Zeitverlauf ein dreidimensionales Bild der Atmosphäre zu erstellen. Dabei kann SCIAMACHY in Höhenschichten von bis zu 100 km verschiedenste chemische Moleküle, Aerosole und Wolken registrieren. Dadurch soll das Wissen über Austauschprozesse zwischen den verschiedenen Atmosphärenschichten erweitert werden wie auch neue Daten über die Dotierung der einzelnen Atmosphärenschichten mit Spurengasen gewonnen werden. Auch die Auswirkung natürlicher Ereignisse auf die Atmosphäre (wie Vulkanausbrüche oder Veränderungen der Sonnenaktivität) können mit Hilfe dieses Instruments studiert werden.

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