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Die ERS-2-Mission


Für diesen Monat plant die Europäische Raumfahrtagentur (ESA) den Start von ERS-2, dem Nachfolgemodell des seit 1991 betriebenen Radarsatelliten ERS-1. Beide umrunden die Erde auf einer polnahen Bahn und verfügen über einen aktiven Mikrowellen-Sensor nach dem Prinzip des Synthetik-Apertur-Radars (SAR; Spektrum der Wissenschaft, Januar 1995, Seite 86), der wetter- und tageszeitunabhängig aus einer durchschnittlichen Höhe von 785 Kilometern 10000 Quadratkilometer große Gebiete der Erdoberfläche mit einer Auflösung von 12,50×12,50 Metern aufnimmt.

Dabei erkennt er Oberflächenstrukturen anhand ihrer unterschiedlichen Rauhigkeit und ihres Reflexionsvermögens für Radarstrahlung. So lassen sich etwa über den Ozeanen Windgeschwindigkeit und -richtung sowie Höhe, Länge und Ausbreitungsrichtung der Wellen bestimmen; ebenso kann man Verschmutzungen durch Ölfilme feststellen.

Als zweites aktives Instrument vermißt ein Radaraltimeter sehr präzise den Abstand des Satelliten von Meeres- und Eisoberflächen und kann dadurch das Relief des Meeresbodens ermitteln (Bild auf Seite 32).

Die beiden Fernerkundungssatelliten sollen eine künftige kontinuierliche Erdbeobachtung vorbereiten. Der gleichzeitige Betrieb war freilich zunächst nicht vorgesehen – weil ein Totalausfall die Mission des ersten Radarsatelliten Sea-sat bereits 106 Tage nach dessen Start beendet hatte, kalkulierte man für ERS-1 lediglich eine Betriebsdauer von zwei Jahren ein (Spektrum der Wissenschaft, Mai 1991, Seite 16).

Inzwischen ist die Sonde allerdings schon etwa doppelt so lange aktiv und hat in dieser Zeit eine Fülle ausgezeichneter Daten geliefert. Da sie noch immer voll funktionstüchtig ist, plant man eine Verlängerung der Betriebsdauer bis 1996. Dies ermöglicht eine Tandem-Mission, bei der beide Satelliten an gegenüberliegenden Positionen auf der gleichen Bahn umlaufen: Sobald der eine am Horizont untertaucht, kommt der andere dahinter hervor. Dies würde nicht nur die Zahl der Beobachtungen verdoppeln, sondern auch die in den letzten Jahren entwickelte Radar-Interferometrie zum Sichtbarmachen von kurzfristigen Veränderungen auf der Erdoberfläche (etwa durch Erdbeben) oder zum Erzeugen dreidimensionaler Darstellungen verbessern.

Wie Aufnahmen im sichtbaren Licht können nämlich auch Radarbilder eines Gebietes unter verschiedenen Blickwinkeln zu Höhenmodellen verarbeitet werden. Während allerdings bei optischen Sensoren in rund 800 Kilometern Höhe der horizontale Abstand zwischen den Aufnahmepunkten mehrere hundert Kilometer betragen muß, darf er bei der Radarinterferometrie lediglich zwischen 50 und 1000 Metern liegen; das heißt, für die zweite Messung muß sich der Satellit fast wieder an derselben Stelle befinden; zugleich sollte der zeitliche Abstand zwischen den beiden Aufnahmen möglichst kurz sein, weil Veränderungen etwa der Vegetation von einem Bild zum anderen Anlaß zu Fehlinterpretationen geben können. Je nach Betriebsmodus betragen die Bahnwiederholungsperioden von ERS-1 drei, 35 oder 168 Tage. Durch Kombination zweier Instrumentenkapseln ließen sich diese Zeiträume wesentlich verkürzen.

Aber auch um Veränderungen der Erdoberfläche mittels Überlagerung zweier Aufnahmen zu entdecken, wäre es vorteilhaft, die Überfliegungsperiode flexibler als bisher den jeweiligen Erfordernissen anpassen zu können: Die Auswirkungen von Erdbeben zeigen sich bereits nach Minuten bis Tagen, Vegetationsänderungen dagegen erst nach Wochen bis Monaten.

ERS-2 ist zudem mit einem neuen Instrument ausgerüstet: dem Global Ozone Monitoring Experiment (GOME), das im Absorptionsspektrum des von der Atmosphäre zum Satelliten gestreuten Sonnenlichts die Intensität der Banden für Ozon mißt und so die Konzentration dieses Spurengases in der Atmosphäre bestimmt. Indem gleichzeitig ein Spektrum der Sonne selbst als Referenz herangezogen wird, machen sich Schwankungen in der Intensität der Sonnenstrahlung und in der Detektorempfindlichkeit weniger bemerkbar; dadurch steigt die Genauigkeit gegenüber Absolutmessungen um das Drei- bis Fünffache.

Außerdem können die bisher eingesetzten Satelliten Ozon-Absorptionsbanden nur im Ultravioletten nachweisen. Weil Strahlung dieser Wellenlängen im Winter aufgrund der tiefstehenden Sonne nicht bis in Polnähe vordringt, läßt sich die Bildung des Ozonlochs derzeit lediglich mit Stratosphärenballons schnappschußartig beobachten. GOME mißt hingegen in einem größeren Spektralbereich und soll alle drei Tage eine komplette Ozon-Weltkarte erstellen.

(K.-D. L..)


Aus: Spektrum der Wissenschaft 4 / 1995, Seite 30
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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