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EO1_980
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Am frühen Morgen – die letzten Tage von EO-1

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Wie die meisten wissen haben haben Satelliten generell eine begrenzte Lebensdauer. Der Weltraum ist eine rauhe Umgebung, selbst für speziell für diesen Zweck entwickelte Maschinen. Und Satelliten versagen auch gelegentlich aufgrund von Konstruktions- oder Betriebsfehlern. Der ganz generell die Lebensdauer begrenzende Faktor ist jedoch, dass den Satelliten der Treibstoff ausgeht.

Wenn ein Satellit keinen Treibstoff mehr hat bedeutet dies, dass seine Umlaufbahn immer weiter absinkt und er schließlich in der Atmosphäre verglüht. Satelliten in niedriger Umlaufbahn befinden sich immer noch in den oberen Schichten der Erdatmosphäre – welche zwar extrem dünn sind, jedoch immer noch eine gewisse Bremswirkung auf jeden Satelliten ausüben, welcher dadurch abgebremst wird und als Ergebnis in der Flughöhe absinkt. Die Internationale Raumstation zum Beispiel muss aus diesem Grund mehrmals im Jahr ihre Umlaufbahn anheben. Täte man das nicht würde die ISS innerhalb von 1-2 Jahren in der Atmosphäre verglühen.

Bei Erdbeobachtungs-Satelliten ist dies jedoch nicht, was passiert, wenn der Treibstoff ausgeht – zumindest nicht als erstes. Diese Satelliten fliegen meist deutlich höher als die ISS und selbst ohne Antrieb fliegen sie meist mindestens 30-50 Jahre weiter, manchmal deutlich länger. Wie lange hängt von der Höhe der Umlaufbahn, dem Querschnitt des Satelliten, welcher für die Bremswirkung sorgt relativ zu dessen Masse und der Sonnen-Aktivität ab (welche die Dichte der oberen Atmosphäre beeinflusst). Der Envisat-Satellit, welchen ich vor kurzem erwähnte, dürfte zum Beispiel noch etwa 150 Jahre fliegen, bevor er in der Atmosphäre verglüht.

Was bei Erdbeobachtungs-Satelliten ohne Antrieb jedoch zunächst passiert ist, dass diese die Synchronität mit der Sonne verlieren. Und dies geschieht deutlich schneller als der Höhenverlust. Die Sonnen-synchrone Umlaufbahn eines Erdbeobachtungs-Satelliten bedeutet, dass die Bahnebene mit der selben Geschwindigkeit wie die Erde rotiert, jedoch in die umgekehrte Richtung so dass die Bahnebene immer die gleiche Orientierung zur Sonne aufweist. Dies wird ermöglicht durch die Abweichung der Erde von einer perfekten Kugelform und indem man die Bahnparameter des Satelliten daran anpasst. Diese Situation ist jedoch instabil, es gibt keinen natürlichen Mechanismus, welcher die Sonnen-Synchronität des Satelliten aufrecht erhält, so dass der Satellit durch seinen Antrieb Korrekturen vornehmen muss, um diese Situation zu erhalten.

Landsat 7 wird im nächsten Jahr voraussichtlich der Treibstoff ausgehen. Hier ein Diagramm aus einer USGS-Präsentation, welches illustriert, was dann passiert.

Auf der y-Achse aufgetragen ist die mittlere lokale Zeit des Äquator-Überflugs. Wie man sieht bewegt sich diese ziemlich schnell und mit wachsender Änderungsrate zu früheren Zeitpunkten. Während des dargestellten Zeitraums wird sich dagegen die Flughöhe des Satelliten nicht um mehr als ein paar Kilometer ändern.

Es gab in der selben Umlaufbahn wie Landsat 7 einen anderen Satelliten, welchem 2011 der Treibstoff ausging: Earth Observing-1 oder EO-1. Ich habe hier schon gelegentlich Bilder von EO-1 gezeigt, seine Aufzeichnungen sind wie bei Landsat alle als offene Daten verfügbar. EO-1 war eine Technologie-Test-Platform, um neue Technologien für zukünftige Erdbeobachtungs-Satelliten zu testen. Einige davon wurden später in Landsat 8 in größerem Rahmen umgesetzt. EO-1 wurde im Jahr 2000 gestartet, etwa ein Jahr nach Landsat 7 und sollte ursprünglich nur ein Jahr in Betrieb bleiben. Er zeichnet jedoch heute nach wie vor Bilder auf, was ihn vermutlich zu dem Satelliten macht, welcher seine ursprünglich geplante Lebensdauer am drastischsten überdauert hat – man könnte sagen: ein Untoter unter den Satelliten. EO-1 war auch – mit einer Auflösung von 10m im panchromatischen Kanal – der höchstauflösende Satellit mit offenen Daten bis zum Start von Sentinel-2.

Da EO-1 seit mehr als fünf Jahren keinen Treibstoff mehr hat liegt die Zeit des Äquator-Überflugs nun sehr früh am Morgen, was recht einzigartige Aufnahme-Bedingungen erzeugt, welche ansonsten nicht verfügbar sind. Hier ein Beispiel vom Mount Everest und dem Rongbuk-Gletscher:

EO-1

Landsat 8

Das EO-1-Bild links ist einen Tag früher aufgenommen aber auch mehr als zwei Stunden früher am Tag (etwa 02:19 UTC im Vergleich zu 04:42 UTC bei Landsat). Dieses Zeitfenster bietet recht schöne Beleuchtungs-Bedingungen. Wie Fotografen wissen, ist die Beleuchtung in der Mitte des Tages oft recht langweilig, während es in den Morgen- und Abendstunden eine größere Chance für interessante Foto-Gelegenheiten gibt. Auch ist das Relief unter solchen Bedingungen deutlich besser zu erkennen. Hier ein paar weitere Beispiele, alle von der zweite Hälfte des Jahres 2016.

Sierra Nevada

Appalachian Mountains

Tordrillo Mountains

Grand Canyon

Teton Range

Canyonlands

Ein Zeitfenster am frühen Morgen bedeutet auch, dass es bei hohen Breiten ein besseres zweites Zeitfenster am späten Abend gibt. In gewissem Maß existiert dies auch bei Landsat, allerdings deutlich stärker eingeschränkt und nur bei sehr hohen Breiten. Hier zwei Beispiele von EO-1 von diesem Jahr (von Kamtschatka und Island).

Kamtschatka

Island

Das EO-1 ALI-Instrument, von dessen Daten alle Bilder hier abgeleitet sind, hat eine Menge Dinge eingeführt, die wir jetzt in Landsat 8 finden – wie zum Beispiel den kurzwelligen blauen Kanal und einen panchromatischen Kanal, welcher nicht ins nahe Infrarot reicht. Das Rausch-Verhalten des Sensors ist nicht so gut wie bei Landsat 8 – keine Überraschung bei mehr als zehn Jahren Altersunterschied. Insbesondere gibt es eine recht deutliche Streifenstruktur im Rauschen, welche auch in einigen Bildern hier sichtbar ist. Jedoch ist dies immer noch deutlich besser als bei Landsat 7. Die spektrale Charakteristik (welche in meinem Satelliten-Vergleichs-Schaubild zu finden ist) ist dagegen aufgrund der breiteren Rot- und Grün-Kanäle deutlich besser für Echtfarben-Visualisierungen geeignet als sowohl Landsat 8 und Sentinel-2. Man könnte eigentlich sagen, dass EO-1 in dieser Hinsicht den bisherigen Gipfel der Erdbeobachtungs-Systeme mit offenen Daten darstellt. Ich hoffe, dass Landsat 10 hinsichtlich der Kanal-Definitionen im sichtbaren Bereich an EO-1 anknüpfen wird, bis jetzt sind hierfür jedoch keine besonderen Prioritäten erkennbar. Es lässt sich etwas schwer erklären, aber die Arbeit mit den EO-1-ALI-Farben macht generell einfach Freude, während die Einstellung der Farben bei Landsat 8 und Sentinel-2 für ein konsistentes, realistisch und ansprechendes Ergebnis oft deutlich schwieriger ist.

Hawaii

Kilimanjaro

Campo de Hielo Norte

Coropuna, Peru

Die Außerbetriebnahme von EO-1 ist für Februar vorgesehen – nach fast 17 Jahren Betrieb. Obwohl der Satellit recht leicht ist (nur etwa 500kg) wird er noch mehrere Jahrzehnte mit langsam absinkender Umlaufbahn weiterfliegen – die Prognose hierfür findet sich in folgenden Diagramm aus den Plänen zur Stillegung.

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