Satellit für Polarregionen vermisst auch Korallenriffe | Polarjournal
Der ICESat-2 fliegt in rund 470 Kilometern Höhe über die Erde und taste mit seinen sechs Laserscannern in drei Doppelbahnen die Oberfläche ab. Dabei überfliegt die 1.3 Tonnen schwere Maschine jeden Punkt auf der Erde viermal pro Jahr. Bild: RUAG

Als 2018 der neue NASA-Satellit ICESat-2 seine ersten Vermessungsdaten als Bilder aufgenommen hatte, waren die Wissenschaftler über die Auflösung und die Genauigkeit begeistert. Seither versorgte das Hi-Tech-Gerät Glaziologen, Eisforscher und andere Wissenschaftler mit genauen Daten über die Höhenveränderungen von Meereis, Gletschern und Landerhebungen. Doch nun haben Ozeanographen weitere Fähigkeiten des Satelliten entdeckt: die Vermessung von Böden in flachen Meeresgebieten und Korallenriffen.

Die Forscher und Mitarbeiter des NASA Goddard Flight Centers staunten, als sie schon kurz nach dem Beginn der Aufzeichnungen des Satelliten im Dezember 2018 erkannten, dass er nicht nur Daten über die Erderhebungen schickte, sondern auch den Meeresboden abzeichnete. Als der Satellit den Bikini-Atoll überflog lieferte er ein sehr genaues Bild, was unter dem Meer, direkt an der Küste, lag. Schnell fanden die Wissenschaftler heraus, dass die sechs grünen Laser, die für das Abtasten verantwortlich sind, bis in bis zu 40 Meter Tiefe ihre Arbeit noch verrichteten. Die Entdeckung machten sie, als der Satellit den Bikini-Atoll, bekannt für die Kernwaffen-Tests der späten 1950er-Jahre, überflog. «Wir sahen auf den Bildern nicht nur das Atoll. Wir sahen auch diese riesige Riffsystem darunter», erinnert sich Adrian Borsa, ein Geodät am Scripps Institute für Ozeanographie.

Das rund 600 Quadratmeter grosse Atoll besteht aus einem Ring von kleinen Inseln und einem grossen Riffsystem. Da hier ausgedehnte Kernwaffentests durchgeführt worden waren, sind Daten über die Riffe aufgrund der Radioaktivität nur spärlich vorhanden. Der Satellit könnte das ändern. Bild: Wikipedia CC-BY 3.0

Für die Ozeanographen, die sich mit dem Untergrund der Meere befassen, bedeutet die Entdeckung eine grossartige Möglichkeit, bisher kaum bekannte Areale erforschen zu können. Denn neben den echten Tiefseeregionen sind auch die nur wenige Meter unter der Wasseroberfläche liegenden Meeresböden unbekanntes Gebiet, besonders um Inseln und Kontinente herum. Diese Regionen sind zu tief und zu gross für eine einfache Oberflächenmessung und zu flach für Schiffe mit Echolot und Tiefenmessern. Seeleute sprechen von einem «Weissen Band» auf den Seekarten. «Die Tatsache, dass das Kind einen Namen hat, zeigt wie verbreitet die Datenlücke ist», erklärt Christopher Parrish von der Oregon State University. Zwar hatten die Ingenieure und Entwickler von ICESat-2 gewusst, dass die verwendeten grünen Laser besser sind als die bisherigen roten Laser des Vorgängermodells. Doch wie tief sie tatsächlich gehen können, überraschte sie. «Ich würde ICESat-2 als ein zufälliges Bathometer (Tiefenmesser) bezeichnen», meint Parrish.

Die Aufnahmen zeigen, dass es für den Satelliten und seine Laser keine Rolle spielt, ob sie die Höhe von Meereis und Eisbergen in der Antarktis (links) oder die Küstenregionen mit Häuser, Palmen und Meeresboden (rechts) messen. Die Auflösung der Daten ist in jedem Fall enorm. Bilder: Joshua Stevens, GIS Lounge

Die Genauigkeit des Laserstrahls, der in insgesamt 6 Teile aufgespaltet wird, ist gewaltig. Pro Sekunde schiesst der Laser rund 10’000-mal auf die rund 470 Kilometer tiefer liegende Oberfläche und generiert mit jedem Schuss bis zu 60 reflektierte Photonen, die vom Teleskop des Satelliten wiederentdeckt werden. Damit können bis in den Millimeterbereich Höhenveränderungen gemessen werden. Diese Fähigkeit und Genauigkeit des Satelliten können für zahlreiche Möglichkeiten verwendet werden. Unter anderem können Korallenriffe vermessen und kartographiert werden und so Veränderungen sichtbar gemacht werden, meint Greg Asner, Ökologe an der Arizona State Universität. «Wir kennen die Geographie der lebenden Bereiche eines Korallenriffes nicht», sagt er. Und die Veränderungen und Gefahren, denen die wichtigen Küstenbarrieren und Lebensräume ausgesetzt sind, kommen schnell und verheerend. Da kommt ein genaues und allsehendes Auge aus dem All sehr gelegen, zu messen, kalibrieren und aufzunehmen. Doch das System hat einen Nachteil: Wellen können die Genauigkeit der Messungen reduzieren. Das meint Ved Chirayath, Fernerkundungsspezialist bei der NASA. Entsprechend entwickeln er und Kollegen bei der NASA eine Kamera, die ähnlich genau, aber mit Hilfe von astronomischen Techniken die Verzerrungen ausgleichen soll. Doch bis sie einsatzbereit ist, wird ICESatz-2 seine Runden drehen und neben den Gletschern und Meereis der Polarregionen auch seinen Blick unter die Wasseroberfläche in wärmeren Regionen richten.

Das Video zeigt, wie der ICESat-2 Satellit funktioniert und mit seinem Laser die Oberflächen abtasten kann und dabei die Höhen berechnet. Video: NASA Goddard Space Flight Center

Quelle: Paul Voosen, Science (2020) Vol. 368, Iss. 6488

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