Abbildung 1: Der Satellit Aqua von der NASA. Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/Aqua_(satellite)
Hallo zusammen! Heute geht es um Satelliten. Wie funktionieren sie? Und warum finden wir Polarforscher sie so cool? Und was haben sie eigentlich mit der Überschrift zu tun?
Naja, Satelliten fliegen ziemlich hoch über der Erde, etwa 700 km. Und je weiter man von etwas weg ist, desto größer wird das Sichtfeld. Deshalb sieht man vom All aus so viel mehr. Wir können beispielsweise die komplette Region nördlich des 70. Breitengrades mindestens einmal am Tag beobachten. Das entspricht etwa 1400 Millionen Fußballfeldern. Stellt euch mal vor, wieviele WM-Spiele man damit gleichzeitig angucken könnte…aber zurück zu Satelliten (ein Beispiel seht ihr in Abbildung 1).
In der Klimaforschung interessieren wir uns dafür, was in großen Regionen und über lange Zeit passiert. Wir wollen also nicht unbedingt genau wissen, was an einem Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt passiert, sondern eher, wie sich ganze Regionen über 30 Jahre und mehr entwickeln. Und genau deswegen haben wir Satelliten so lieb. Und es gibt noch einen anderen Punkt, der besonders für uns Polarforschende sehr wichtig ist: Es ist zwar wahnsinnig cool, dahin zu fahren. Unglücklicherweise ist es aber auch wahnsinnig teuer (ein Tag auf der Polarstern kostet ein paar zehntausend Euro). Da ist es sehr viel einfacher (wenn auch etwas weniger cool), im Büro zu sitzen und Satellitendaten aus dem Internet herunter zu laden.
Abbildung 2: Was ist eigentlich eine Wellenlänge?
Abbildung 3: Hier seht ihr ein Signal mit bis zu zwanzig Wellenlängen. Stellt euch jetzt mal vor, wie Strahlung mit unendlich vielen Wellenlängen aussieht…
Also, jetzt wisst ihr, warum Satelliten so praktisch sind. Aber wie funktionieren sie eigentlich? Überraschung: Es geht um Physik. Wie jeder andere Körper, eurer zum Beispiel, gibt die Erde elektormagnetische Strahlung ab.Das klingt vielleicht erstmal sehr abstrakt, aber man kann sich das eigentlich ganz gut vorstellen: Denkt an eine Welle, wie in Abbildung 2. Der Abstand zwischen zwei Punkten (die gestrichelten Linien) heißt Wellenlänge. Die elektromagnetische Strahlung setzt sich aus Wellen mit einer ganzen Bandbreite von Wellenlängen. Das nennen wir Wellenlängenspektrum (siehe Abbildung 3). Manche könnt ihr sogar sehen: Die Wellen mit Wellenlängen zwischen 380 und 750 Nanometern (etwa 0,1% einer Haaaresbreite, also seeeehr klein) nennen wir ‘sichtbare Wellen’, weil sie den Farben entsprechen, die unser Auge wahrnehmen kann.Andere Wellen könnt ihr zwar nciht sehen, dafür aber spüren: Die Wellen mit Wellenlängen zwischen 1 und 10 Mikrometern (etwa 1% einer Haaresbreite, also immer noch sehr klein) nennen wir thermische Strahlung. Sie sagen uns, wie warm oder kalt eine Oberfläche ist. In der Polarforschung benutzen wir noch eine dritte Art von Wellen. Sie heißen Mikrowellen, haben mit der Mikrowelle in eurer Küche wenig zu tun und haben Wellenlängen zwischen 1 Millimeter und 30 Zentimetern (etwa 300 Haare nebeneinander, also etwas eklig). Sie sagen uns etwas über die Eigenschaften des Meereises: Wie uneben ist die Oberfläche, wie viel Salz im Meereis ist, wie viel Schnee oben drauf liegt und noch sehr viel mehr.
Die Satelliten, genauer die Instrumente, die sie transportieren, machen nichts anderes, als diese Strahlung zu messen.
Abbildung 4: Wieder der Aqua-Satellit der NASA, hier mit den Instrumenten, die er transportiert. Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/Aqua_(satellite)
Eine schlaue Erfindung namens Bandpassfilter (keine Angst, ich gehe nicht ins Detail) lässt sie Wellen mit einer bestimmten Wellenlänge herausfiltern. Normalerweise transportiert ein Satellit mehrere Instrumente, die bei verschiedenen Wellenlängen messen (Abbildung 4). So können wir alle Informationen aus verschiedenen Wellenlängen auf einmal kriegen. Wie man das ausnutzt, um herauszufinden, wo wieviel Meereis ist, ist übrigens das Thema meiner Doktorarbeit.
Abbildung 5: Der erste jemals gestartete Satellit, der russische ‘Sputnik’. Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Sputnik_asm.jpg
Nach so viel heftiger Physik gibt es zum Abschluss etwas Geschichte: Der erste Satellit (Abbildung 4) wurde vor 61 Jahren gestartet und hat vermutlich mehr Aufmerksamkeit gekriegt als jeder seiner Nachfolger…sucht nach ‘Sputnik-Schock’ oder ‘Space race’ für Details!