Wissenschaftsbild des Monats

Die ganze Erde in 3D

Dicke Furchen ziehen sich durch unser Wissenschaftsbild des Monats, als hätte jemand großzügig mit einem Spachtel in grüner, roter und gelber Ölfarbe gekratzt.

Dann wieder sind fein verästelte Strukturen sichtbar, wie Abdrücke eines strukturierten Materials in weicher Modelliermasse. Dass es sich dabei um ein Höhenmodell des Appalachen-Gebirges im Nordosten US-Amerikas handelt, erschließt sich nicht unbedingt jedem sofort. Der Ausschnitt ist Teil eines kompletten Abbildes der Erde in 3D und wurde mithilfe der beiden deutschen Radarsatelliten TandDEM-X und TerraSAR-X erstellt.

Als der Radarsatellit TanDEM-X am 21. Juni 2010 ins All startete, flog sein "Zwilling" TerraSAR-X dort bereits seit dem 15. Juni 2007 um die Erde. Gemeinsam, im engen Formationsflug, zeichnen sie seitdem die Erde auf – beide Satelliten "sehen" während des Überfluges denselben Geländeabschnitt, allerdings aus leicht unterschiedlicher Perspektive. Nach demselben Prinzip funktioniert auch beim Menschen das räumliche Sehen: mit zwei Augen, deren Perspektive leicht versetzt ist. Das am Boden reflektierte Signal der Satelliten trifft wegen der geringfügig unterschiedlichen Entfernung mit leichtem Zeitversatz bei den Satelliten ein. Dieser Entfernungsunterschied wird interferometrisch – also unter Zuhilfenahme verschiedener Messungen im Zusammenhang  mit Welleninterferenzen – millimetergenau erfasst. Um genaue Höhen zu berechnen, waren zwischen 2011 und Ende 2015 mehrfache Aufnahmen der gesamten Landoberfläche der Erde notwendig. Dabei variierte der Abstand zwischen den beiden Zwillingssatelliten zwischen 500 Metern und teilweise nur noch 120 Metern. Daraus entstand an den Rechnern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen ein digitales Höhenmodell der Erdoberfläche (DEM, digital elevation model).

Das TanDEM-X-DEM deckt sämtliche Landoberflächen der Erde mit insgesamt mehr als 148 Millionen Quadratkilometern ab. Die absolute Höhengenauigkeit beträgt dabei einen Meter. Dieses Abbild der Erde in 3D wurde im September 2016 fertiggestellt und ist ca. 30 Mal genauer als andere globale Datensätze. Die mit TanDEM-X und TerraSAR-X erstellten Höhenmodelle haben zusätzlich den Vorteil, dass sie die Erde erstmals mit einheitlicher Genauigkeit und ohne Lücken erfassen.

Das TanDEM-X-Höhenmodell wurde nun für die wissenschaftliche Nutzung freigegeben und steht als globaler Datensatz kostenlos zur Verfügung. Die digitalen Höhenmodelle können für topografische Karten verwendet werden, aber auch für die Erfassung von Landschaftsnutzungen und Vegetation, für hydrologische Informationen, wie beispielsweise Entwässerungswege oder Nässegehalte des Bodens, oder auch für die Beobachtung von polaren Eiskappen oder Gletschern.

Derzeit nehmen die beiden Satelliten im Formationsflug die Erde weiterhin auf, um Änderungen der Topografie zu erfassen, die sich zwischenzeitlich beispielsweise durch Erdbeben, bei Gletschern, in Permafrostgebieten oder bei landwirtschaftlich genutzten Gebieten und in urbanen Räumen ergeben haben.

Mehr Informationen und weitere Bilder

Bild: DLR

Franziska Roeder (Helmholtz)

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