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Erdbeobachtung:Selfie-Sticks für den Planeten

Eine neue Generation Satelliten revolutioniert die Welterkundung - und jeder kann mitmachen. Auch wenn Donald Trump die Erdbeobachtung am liebsten einstellen würde.

Mit der Raumfahrt ist es wie mit anderen Fernreisen auch. Man gibt eine Menge Geld aus, legt Hunderte Kilometer zurück, besucht exotische Orte - und am Ende geht es nur um die Selfies, die man zurückbringt.

Anders als die meisten Thailand-Urlauber gibt die Europäische Raumfahrtbehörde Esa offen zu, worauf sie aus ist. Warum sollte sie sich mit der Suche nach Leben auf fernen Planeten aufhalten, so die Idee hinter Copernicus, der derzeit aufregendsten Weltraum-Mission. Nach allem was bekannt ist, gibt es schließlich keinen spannenderen Ort im Universum als unseren eigenen Planeten. Also schießt die Esa mit viel Lärm und Rauch eine ganze Flotte Satelliten ins All, die Tag und Nacht die Erde vermessen und fotografieren.

Vier dieser planetaren Selfie-Sticks kreisen bereits am Himmel, ein fünfter startet am kommenden Dienstag, ein gutes Dutzend soll es in einigen Jahren geben. An den Daten, die sie zurück zur Erde schicken, lässt sich das Wetter ablesen; man kann Pflanzen beim Wachsen zusehen und Polkappen beim Schmelzen; Unternehmer suchen damit nach passenden Standorten für Windräder und Umweltschützer jagen illegale Holzfäller.

Alle Daten stehen frei zur Verfügung

Wie so häufig führt der Blick von außen zu einem besseren Verständnis. Die Satellitendaten ermöglichen ganz neue Erkenntnisse über einen Planeten, der eigentlich längst als vollständig erkundet und vermessen galt. Der Geograf John Hessler von der Library of Congress in Washington, DC sagt deshalb: "Wir befinden uns im großen Zeitalter der Kartografie." Tatsächlich gab es noch nie so umfangreiche, genaue und aktuelle Informationen über die Erde.

"Durch Copernicus ändert sich die Datenverfügbarkeit fundamental", sagt Klaus Greve, Professor für Fernerkundung an der Uni Bonn. Das System biete schnellere Umlaufzeiten und eine höhere räumliche Auflösung. "Das Entscheidende aber ist, dass die Esa alle Daten frei zur Verfügung stellt", sagt Greve. "Dadurch fangen viel mehr Leute an, damit kreativ etwas zu machen." Das gehe von Abschlussarbeiten von Studenten bis zu Unternehmen, die neue Geschäftsmodelle aus den Daten entwickeln. "Jeder kann heute Kartograf sein. Wir werden von Betrachtern zu Akteuren". Während Schüler früher im Erdkundeunterricht im Atlas geblättert hätten, könnten sie heute Karten selbst erstellen und darauf beliebige Daten anzeigen. Letztens habe jemand alle öffentlichen Papierkörbe in Bonn erfasst und kartiert, erzählt Greve. "Man kann nur auf den ersten Blick meinen, dass bereits alles erkundet sei."

Die ersten Satelliten zur Erderkundung starteten die US-Streitkräfte im Jahr 1959. Den Amerikanern ging es nicht um Wissenschaft, sondern um Informationen über die Feinde im Kalten Krieg. Es brauchte einige Anläufe, bis der erste Satellit die richtige Umlaufbahn erreichte und tatsächlich Fotos schoss. Damals wurden die Aufnahmen auf Filme gespeichert, diese an Fallschirmen hängend abgeworfen und von Militärflugzeugen abgefangen. 1972 startete die Nasa ihr bis heute laufendes Landsat-Programm, dessen Bilder und Daten erstmals auch Zivilisten zur Verfügung standen. "Bis dahin waren Aussagen über räumliche Strukturen davon abhängig, dass jemand hingegangen ist", sagt Greve.

Einen weiteren Meilenstein sieht der Geograf in der Einführung von Google Earth im Jahr 2005. Der Dienst kombiniert Satellitenfotos mit Luftaufnahmen aus Flugzeugen und ermöglicht es jedem Menschen mit Computer und Internetanschluss, Geodaten zu Hause anzusehen. Allerdings sind die Bilder auf Google Earth meistens mehrere Monate bis Jahre alt. Gerade das Anfertigen von hochaufgelösten Luftaufnahmen bedeutet einigen Aufwand. "Inzwischen haben wir eine neue Satellitengeneration, die fast die Aufnahmequalität von Luftaufnahmen hat", sagt Greve. Besonders wichtig ist das für ärmere Weltregionen, die sich teure Luftbilder nicht leisten können.

Trumps Berater würden die Erdbeobachtung am liebsten einstellen

Ein Blick von außen kann bedrückend ehrlich sein. Mit ihren Sensoren halten die Satelliten auch unangenehme Wahrheiten fest. Infrarot-Spektrometer messen den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur in Folge des Klimawandels. Radargeräte stellen fest, dass sich infolgedessen der Meeresspiegel anhebt und Gletscher abschmelzen.

Berater von US-Präsident Trump wollen das traditionsreiche Erdbeobachtungsprogramm der Nasa mit derzeit 16 aktiven Satelliten deshalb einstellen. Daten, die politisch nicht erwünscht sind, sollen gar nicht erst erhoben werden. In den USA haben Hacker-Teams bereits begonnen, die umfangreichen Datensätze der Nasa-Klimaforscher von den offiziellen Webseiten zu kopieren und auf unabhängigen Servern zu sichern.

Mit Hilfe von Satelliten erstellen Freiwillige Karten von Katastrophengebieten

Zumindest einen Teil der Lücke könnte Copernicus wohl füllen, wenn Trump wirklich ernst macht. Josef Aschbacher, Direktor des Erdbeobachtungsprogramms der Esa, möchte soweit aber lieber nicht denken. "Die Arbeit der Nasa geht weit über Klimaforschung hinaus", sagt er. Sie liefere auch Daten für die Stadtplanung, für die Suche nach Öl- und Gasquellen und für die Landwirtschaft. Man arbeite mit den Amerikanern bisher sehr gut zusammen.

Neben den staatlichen Organisationen wie Esa und Nasa entdecken auch private Unternehmen die Erdbeobachtung für sich. Die Firma Planet aus San Francisco schoss am 14. Februar 88 Satelliten mit einer indischen Trägerrakete ins All, nun kreisen insgesamt 144 Geräte des Unternehmens um die Erde. Sie alle konzentrieren sich auf eine eigene Aufgabe: Sie schießen Fotos. Davon aber ziemlich viele. Zusammen schafft es die Satellitenflotte, alle 24 Stunden den gesamten Planeten einmal abzubilden, und das auch noch mit einer vergleichbar guten Auflösung von 3,7 Metern. Ausgewählte Wissenschaftler bekommen die Daten für ihre Forschungsarbeiten gratis, ansonsten verkauft Planet die Bilder an Firmen, die daraus Wissen für ihre Branche ziehen: Bauunternehmer verfolgen den Fortgang ihrer Baustellen (oder sehen nach, was die Konkurrenz so macht), Häfen und Reedereien analysieren den Schiffsverkehr. Die derzeit genauesten Bilder am Markt liefert der Satellit WorldView-4 der Firma DigitalGlobe im US-Bundesstaat Colorado: Ein Pixel entspricht dort lediglich 31 Zentimetern Erdoberfläche.

Getrieben wird die Entwicklung nicht nur durch bessere Technik oben am Himmel. Zugleich ermöglichen leistungsfähige Rechner und ausgefeilte Algorithmen neue Möglichkeiten, die Daten auszuwerten und Erkenntnisse zu gewinnen. Ein Team um Marshall Burk von der Universität Stanford hat ein Verfahren entwickelt, um aus Satellitenbildern abzulesen, wie arm oder reich einzelne Häuser und Nachbarschaften in den afrikanischen Staaten Nigeria, Tansania, Uganda, Malawi und Ruanda sind. Dazu verwenden die Wissenschaftler ein neuronales Netzwerk, das sie mit Bildern aus Gegenden trainiert haben, in denen Daten über den Wohlstand der Bevölkerung vorhanden sind. Die Software lernt dann selbst, auf welche Muster sie bei der Bildanalyse achten muss. Ihre Ergebnisse veröffentlichten Burk und seine Kollegen voriges Jahr im Magazin Science. Zuvor hatten Forscher unter anderem Mobilfunkdaten und nächtliche Beleuchtung in den Vierteln ausgewertet, erzielten damit aber weniger genaue Ergebnisse.

"Was in der Kartografie gerade passiert, wurde in einem Aufsatz mal als 'Socialising the Pixel' beschrieben", sagt Klaus Greve. Man versuche, nicht mehr nur natürliche Gegebenheiten abzubilden, sondern auch die Strukturen der menschlichen Gesellschaft. Dazu gehört auch das Humanitarian Open Street Map Team, das vom Roten Kreuz und von Ärzte ohne Grenzen getragen wird. Freiwillige verwenden Satellitenbilder, um Karten von bisher kaum erfassten Gegenden in Entwicklungsländern zu erstellen. Für Hilfsorganisationen, die an den Orten etwa nach Naturkatastrophen arbeiten, sind diese Informationen sehr wertvoll.

Niemand weiß, welche Erkenntnisse sich noch aus den riesigen Datenmengen gewinnen lassen, die Satelliten täglich zur Erde senden und die für jeden frei zugänglich im Internet stehen. Das große Zeitalter der Kartografie beginnt gerade erst.

© SZ vom 04.03.2017

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