Als ich kürzlich das „Green Marble“ Mosaik Version 2 vorgestellt habe, erwähnte ich, dass die Land-Darstellung darin auf MODIS-Daten basiert, während die Wasser-Darstellung auf Grundlage von Sentinel-3-OLCI-Daten produziert ist. Dafür gibt es eine Reihe von Gründen. Einer davon ist, dass es derzeit nur recht wenige Erdbeobachtungs-Satelliten gibt, welche die gesamte Oberfläche des Planeten aufnehmen. Ich habe die Aufnahme-Grenzen einzelner Satelliten bereits in der Vergangenheit diskutiert und möchte hier das Ganze einmal etwas systematischer betrachten.

Wie ich schon in der Vergangenheit mehrmals erläutert habe, nehmen die meisten Erdbeobachtungs-Satelliten ihre Bilder aus einer Sonnen-synchronen Umlaufbahn auf, was bedeutet, dass die Bahnebene des Satelliten entgegen der Rotationsrichtung der Erde um den Planeten rotiert und dadurch die Orientierung der Umlaufbahn zur Sonne konstant bleibt. Um das zu erreichen, muss der Satellit eine bestimmte Bahnneigung aufweisen – abhängig von seiner Bahnhöhe. Da die Bahnhöhen von Erdbeobachtungs-Satelliten sich in einem recht schmalem Bereich bewegen, sind auch ihre Bahnneigungen recht ähnlich. Die Bahnneigung definiert auch, wie weit nördlich und südlich der Satellit am nördlichen und südlichen Ende der Umlaufbahn fliegt. Wenn ich die Grenze der Bodenlinien der Satellitenbahnen auf einer Karte aufzeichne, erhalte ich das folgende Bild für die meist verwendeten Erdbeobachtungs-Satelliten, welche offene Daten produzieren.

Die Satelliten mit dem VIIRS-Instrument (Suomi NPP und NOAA-20) weisen mit etwa 834km die größte Bahnhöhe auf und damit liegt dir Grenze der Umlaufbahnen bei der niedrigsten Breite. Die Satelliten mit den niedrigsten Umlaufbahnen sind Landsat und die MODIS-Satelliten (Terra und Aqua) mit einer Bahnhöhe von etwas über 700km.

Die tatsächliche Aufnahme-Grenze der Satelliten bestimmt sich aus der nördlichen und südlichen Grenze der Umlaufbahnen plus der halben Sichtfeld des Satelliten. Dies führt dazu, dass, wie im Folgenden illustriert, die Sentinel-2-Satelliten Bilder etwas weiter nach Norden und Süden aufnehmen als Landsat – trotz der größeren Bahnhöhe der Satelliten. Bei Landsat haben wie aber zusätzlich die Praxis der off-Nadir-Aufnahmen, bei denen der Satellit zur Seite blickt. Die Grenze dieser Aufnahmen, wie sie routinemäßig durchgeführt werden, ist durch eine gepunktete Linie illustriert.

Die Situation wird etwas komplizierter, wenn wir zu den Satelliten mit niedriger Auflösung kommen. Beide Instrumente von Sentinel-3 nehmen ein asymmetrisches Sichtfeld auf und weisen deshalb unterschiedliche Aufnahme-Grenzen im Norden und Süden auf – Im Norden reichen die Aufnahmen bis zum Pol so dass es keine Grenze gibt während im Süden die im folgenden Bild in blau gezeigten Grenzen auftreten. Weiter südlich ist die Grenze von GCOM-C SGLI-Aufnahmen gezeigt – welche im Norden und Süden identisch ist.

Keine Aufnahmegrenzen weder im Norden noch im Süden gibt es bei MODIS und VIIRS – beide reichen bis über die Pole. Dies sind folglich die einzigen verfügbaren Datenquellen, welche derzeit regelmäßig eine tatsächlich globale Abdeckung der gesamten Erdoberfläche im sichtbaren Spektrum bieten. Was ich in den Karten mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet habe, ist die Grenze der Überlappung über den Pol hinaus – innerhalb dieser Kreise werden deshalb doppelt so viele Aufnahmen aufgenommen wie außerhalb.

Was man im Hinterkopf behalten muss ist, dass die Umlaufbahnen der Satelliten sich wie Eingangs erwähnt sehr stark ähneln und die unterschiedlichen Aufnahme-Grenzen vor allem aus den unterschiedlichen Sichtfeld-Breiten resultieren. Jedoch gilt auch, dass je breiter das Sichtfeld eines Satelliten ist desto stärker nimmt die Auflösung der Bilder in den Randbereichen ab, denn die Erdoberfläche ist dort sehr viel weiter vom Satelliten entfernt als in der Mitte. Folglich ist die Auflösung der Bilder an den Polen selbst dann, wenn der Satellit diese mit aufnimmt, deutlich geringer als bei niedrigeren Breiten, wo für jeden Punkt die besten verfügbaren Bilder immer sehr viel näher an der Bildmitte liegen.