Wetter, Klimawandel, Ökosysteme, sogar bis tief ins Erdinnere: Wir mögen hier unten auf der Erde die Erdbeobachtungssatelliten nicht sehen, die tagtäglich ihre Bahnen um die Erde ziehen. Dafür sehen sie uns und unser Schaffen auf diesem Planeten teilweise bis auf den Zentimeter genau.
Denn während Navigationssatellitensysteme wie Galileo oder GPS uns verraten, wo auf der Erde wir uns befinden und Telekommunikationssatelliten weltweite Handygespräche oder auch Satelliteninternet ermöglichen, haben Erdbeobachtungssatelliten nur eines im Blick: die Erde selbst.
Living Planet Symposium 2022: Konferenz für Erdbeobachtung
Seit diesem Montag läuft mit dem Living Planet Symposium 2022 der europäischen Weltraumagentur ESA die weltweit größte Konferenz für Erdbeobachtung in Bonn. Tausende von Teilnehmerinnen und Teilnehmern werden erwartet, eine Woche lang dauert die Konferenz. "Taking the pulse of our planet from space" lautet das Motto – und obwohl unsere Erde als nichtlebendiges Objekt streng genommen gar keinen Puls hat, können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mithilfe von Erdbeobachtungssatelliten vom All herausfinden, was über, auf und sogar unter der Erde vor sich geht.
Erdbeobachtung zunächst in Schwarzweiß
Dabei begann die Erdbeobachtung zunächst in Schwarzweiß, mit verschwommenen Bildern von Wolken. Diese wurden mithilfe von Kameras gemacht, die an Bord von Raketen montiert waren, die unsere Erdoberfläche unter sich ließen. Als erster künstlicher Erdbeobachtungssatellit darf vielleicht der US-amerikanische Wettersatellit TIROS gelten: 1960 übermittelte er die ersten Fernsehbilder unserer Erde. Auch darauf war für heutige Verhältnisse nicht viel zu sehen: weiße Wolken, dunkler Ozean, ein wenig Landmasse, die Krümmung unseres Erdballs.
Erdbeobachtungssatelliten spielen bei der Erforschung unserer Ökosysteme eine wichtige Rolle
Inzwischen befinden sich Hunderte von Erdbeobachtungssatelliten in den Umlaufbahnen der Erde. Sie beobachten nicht mehr nur in Schwarzweiß, sondern in allen möglichen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Denn je nachdem, welchen Spektralbereich – also vereinfacht gesagt: welchen Grün-, Rot- oder Blauton – die Satelliten erfassen, können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterschiedliche Dinge über die Vorgänge auf unserem Planeten erfahren.
"Gewisse Spektralbereiche sind beispielsweise sehr empfindlich auf Pflanzen ausgerichtet, etwa auf das Chlorophyll. Wir können aus dem All heraus etwas über das Pflanzenwachstum herausfinden, wie es den Pflanzen geht, ob sie unter Wasser- oder Hitzestress stehen", sagt Gunter Schreier vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen, stellvertretender Direktor am Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum.
Der deutsche Umweltsatellit EnMAP kann die Chlorophyll-Konzentration messen, wie hier im Bosporus.
Erst kürzlich hat das DLR einen neuen Umweltsatelliten gestartet: Der Umweltsatellit EnMAP beobachtet unsere Erde aus einer durchschnittlichen Entfernung von 650 Kilometern in 242 Spektralkanälen. Dadurch soll er Aufschlüsse über verschiedene Eigenschaften des Bodens, der Vegetation und des Wassers auf der Erde liefern.
Die wichtigste Aufgabe von Erdbeobachtungssatelliten heutzutage somit ist die Erforschung von Ökosystemen. Das funktioniert nicht nur, indem die Satelliten Bilder im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums machen. Denn mithilfe von Radarmethoden – ein Satellit sendet Mikrowellen aus und empfängt die Reflektion von der Erde – können wir auf dem Ozean Wellen und das Seeeis erfassen: Wenn in der Arktis oder Antarktis aufgrund des Klimawandels das Eis schmilzt, ist das aus dem All sicht- und messbar.
Auch Spurengase in der Atmosphäre lassen sich vom Weltraum aus nachweisen. Stickstoffdioxid etwa wird bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzt und gilt als gesundheitsschädlich. Satellitenmessungen zeigten: Während der Corona-Pandemie war die Stickstoffoxid-Belastung über Deutschland geringer als sonst.
Erdbeobachtung findet auch unter der Erde statt
Nicht nur auf die Erde können Satelliten schauen – sondern sogar darunter. Spezielle Erdbeobachtungssatelliten können nämlich messen, wie stark die Schwerkraft der Erde an unterschiedlichen Punkten wirkt. Derzeit befindet sich beispielsweise das Satellitenpaar Gravity Recovery and Climate Experiment-Follow-On (GRACE-FO) in einer Erdumlaufbahn. Aus den Signalen derartiger Erdbeobachtungssatelliten lässt sich eine ganze Menge herauslesen: "Da stecken Signale aus der Erdatmosphäre drinnen. Da sind aber auch Signale drinnen, wie sich der Wasserhaushalt in bestimmten Regionen jahreszeitlich verändert", erzählt Hans-Peter Bunge, Professor für Geophysik an der LMU in München.
GRACE-FO kann sogar erfassen, wie sich unterirdische Grundwasservorkommen verändern. Hans-Peter Bunge möchte als Geophysiker mit derartigen Daten aber noch viel tiefer blicken – genauer gesagt, ist er am Erdmantel interessiert, wo sich 3,000 Kilometer unter der Erde eine ganze Menge tut. Das hat auch Auswirkungen auf die Erdoberfläche, wie er sagt: "Das Erdinnere führt dazu, dass sich gesamte Kontinente heben und senken. Ein Ort, der dafür bekannt ist, ist das südliche Afrika: Seit einigen Millionen Jahren hebt er sich stetig. Und wenn wir noch einige Zeit warten und Daten sammeln, können wir dieses Signal künftig nachweisen."
Erdbeobachtungssatelliten werden kommerziell immer wichtiger
Gunter Schreier erzählt, dass es in den letzten Jahren einen richtigen Boom von kommerzieller Erdbeobachtung gegeben hat. Längst ist nicht mehr nur die Forschung, die Politik oder das Militär an den Daten der Erdbeobachtungssatelliten interessiert. Als Beispiel nennt Schreier den derzeitigen Krieg in der Ukraine. "Denken sie an den Weizen und andere verschiedene Feldfrüchte", sagt er. "Es besteht großes Interesse, zu wissen, was da wächst, wann es wächst und in welchem Zustand es ist. Das ist nicht nur ein sicherheitspolitisches Interesse, sondern auch ein Interesse von großen Firmen, die Agrartechnik liefern und die in diesen ganzen Prozess eingebunden sind."
Somit ist sicher: Wir haben unseren Planeten so genau im Blick wie noch nie. Nun müssen wir uns mit Blick auf unsere Ökosysteme und den Klimawandel nur noch entscheiden, ob wir auch gemäß unseren gesammelten Erkenntnissen handeln.
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