HELMHOLTZ Extrem
Die genauste Karte der Welt
Die "Nevada Test Site" war seit 1951 Schauplatz zahlreicher Atombombentests. Das Wüstenareal 100 Kilometer nordwestlich von Las Vegas ist übersät mit Explosionskratern. Bild: DLR
Die Erde in 3D – so präzise wie noch nie: Forscher haben mithilfe zweier Satelliten eine 30 Mal genauere Landkarte von der Welt erstellt. Nun ist die Karte für den ganzen Globus komplett.
Wer einen Aktivurlaub plant, nimmt vieles mit - mit Sicherheit auch eine detaillierte Wander- oder Radwegkarte mit genauen Höhenangaben. Doch das ist manchmal einfacher gesagt als getan: Denn für einige Teile der Erde existierten nur uneinheitliche oder gar lückenhafte Landkarten. Und das spüren nicht nur Aktivurlauber, sondern vor allem die Forscher, die zum Beispiel für Beobachtungen des Klimawandels auf extrem genaue Daten angewiesen sind. Doch mit diesem unbefriedigenden Zustand ist es nun vorbei.
Denn die Forscher und Ingenieure vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben bis 2014 die komplette Landoberfläche der Erde, das sind 150 Millionen Quadratkilometer, neu aufgezeichnet. Die Vermessung erfolgt mithilfe zweier Satelliten in einem Raster von 12 x 12 Meter. Erstmals können dabei Höhenunterschiede im Gelände auf zwei Meter genau aufgezeichnet werden. Zudem wurden nun – im Gegensatz zu den älteren Daten einer NASA-Mission aus dem Jahr 2000 – auch die Polkappen kartographiert. „Aus diesen Daten erzeugen wir eine global einheitliche Karte der Welt. Ihr 3D-Informationsgehalt ist mindestens 30 Mal genauer als bei aktuell verfügbaren Datensätzen und sie deckt in dieser Qualität auch Gebiete nördlich des 60. Breitengrades und die Antarktis ab“, erläutert der Projektleiter Dr. Manfred Zink vom DLR in Oberpfaffenhofen.
Die Satelliten TanDEM-X und TerraSAR-X fliegen in nördlicher Richtung über Deutschland entlang der Tag-Nacht-Grenze. Bild: DLR (CC-BY 3.0)
Die stechend scharfen Bilder aus dem Orbit kommen von zwei nahezu baugleichen Satelliten, die die Erde in rund 500 Kilometern Höhe umkreisen. Der erste der beiden Satelliten, TerraSAR-X, sammelt seit 2007 Daten im All; 2010 kam sein Zwillingsbruder TanDEM-X hinzu. Beide Satelliten fliegen nur wenige hundert Meter voneinander entfernt in einer ausgeklügelten Formation. Der Abstand zwischen ihnen wird millimetergenau vermessen. Und das ist genau der Trick dabei: Jeder Satellit betrachtet einen Punkt auf der Erdoberfläche aus einem leicht unterschiedlichen Blickwinkel. Die Satelliten schicken Radarwellen zum Boden, die an der Erdoberfläche reflektiert werden, und fangen sie wieder auf. Die Forscher können die zurückgelegten Wege auf Bruchteile einer Wellenlänge genau messen. Wenn man die so ermittelten Entfernungen und den genauen Abstand der Satelliten zueinander kennt, kann man die exakte Höhe des Geländes berechnen. Ähnlich wie der Mensch mit seinen Augen räumlich sehen kann, entsteht dadurch ein dreidimensionales Bild.
Vier Jahre hat das Satellitenpaar für die mehrfache Aufnahme der kompletten Erdoberfläche gebraucht. „TerraSAR-X und TanDEM-X haben Tag und Nacht und unabhängig von der Wolkenbedeckung Daten gesammelt“, erklärt Manfred Zink. „Bis Ende 2014 haben sich so in den Archiven mehr als 2.500 Terabyte angesammelt.“ Das entspricht 2.500 Festplatten mit einer Größe von 1.000 Gigabyte.
Doch wozu sind diese genauen Karten eigentlich noch von Nutzen? Solange die Satelliten im Orbit sind, liefern sie extrem nützliche Aufnahmen über Umweltveränderungen auf der Erde. Klimaforscher können zum Beispiel ermitteln, wie stark die Polkappen abschmelzen. Nach schweren Erdbeben können sich Geologen mithilfe der Satelliten schnell einen Überblick über geologischen Veränderungen verschaffen. Genauso nützlich sind die Daten, um Überschwemmungsgebiete und das Abfließen des Hochwassers zu beobachten. Weil diese Karten für viele wissenschaftliche Fragen unentbehrlich sind, dürfen sie Forscher aus der ganzen Welt auf Antrag nutzen. Darüber hinaus werden die Daten kommerziell verwertet, da TanDEM-X-Mission in einer öffentlich-privaten Partnerschaft (Public-Private-Partnership) realisiert wurde.
Neue Weltkarte in 3D: Globales Höhenmodell TanDEM-X fertiggestellt (DLR)
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