Was hier wie ein modernes Kunstwerk aus intensivem Violett und blassem Grün aussieht, ist in Wirklichkeit eine Satellitenaufnahme des Mount Okmok in Alaska. Noch interessanter als der Ort der Aufnahme ist allerdings die Technik dahinter: ein Radar mit synthetischer Apertur (SAR). Auch der neue Radarsatellit NISAR, der in wenigen Monaten starten soll, wird sich dieser Technologie bedienen und mit ihrer Hilfe detaillierte Karten der Oberflächenveränderungen auf unserem Planeten erstellen.
Radarstrahlung kann uns das Verborgene offenbaren – zum Beispiel entgegenkommende Schiffe bei Nacht. Dafür senden Radargeräte elektromagnetische Wellen aus, die sich dann in der Umgebung verbreiten und von der Oberfläche verschiedener Objekte reflektiert werden. Indem das Radar nun misst, wie und in welcher Zeit die Wellen zurückgeworfen werden, kann es eine Art Umgebungskarte erstellen.
SAR für höhere Auflösung
Auch Satelliten und Sonden nutzen Radartechnologie, um damit beispielsweise die Oberfläche der Erde oder anderer Himmelskörper zu kartieren. Die von den Radarwellen erzeugte Auflösung ist allerdings in der Regel zu gering, um am Ende ein klares Bild zu erhalten. Hier kommt das Radar mit synthetischer Apertur (SAR) ins Spiel. Diese Methode funktioniert wie herkömmliche Radare, kombiniert aber mehrere Messungen, die während des Überflugs gemacht werden, um die Aufnahme erheblich zu schärfen.
Mit dieser SAR-Technik hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt im Jahr 2024 beispielsweise alle WM-Stadien der Fußballweltmeisterschaft in Radarporträts abgelichtet. Auch die meisten topografischen Radarkarten der Erdoberfläche beruhen auf den Daten solcher SAR-Radarsatelliten. Durch Überflüge vor und nach einem Erdbeben kann die SAR-Technik aber auch zeigen, wie sich die Erdoberfläche verformt hat, beispielsweise nach den schweren Erdbeben in der Türkei im Februar 2023.
Ein neues Radar-Auge im All
In wenigen Monaten soll nun ein weiterer mit SAR ausgestatteter Satellit an den Start gehen: NISAR (NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar) – eine Kollaboration der NASA und der Indischen Weltraumforschungsorganisation ISRO. NISAR soll seine Radartechnik nutzen, um auf Bruchteile von Zentimetern genaue Karten der Oberflächenveränderungen auf unserem Planeten zu erstellen.
Der Satellit wird dabei fast alle festen Oberflächen der Erde zweimal alle zwölf Tage abbilden und so zum Beispiel die Verformung der Erdkruste vor und nach Naturkatastrophen wie Erdbeben beobachten, die Bewegung von Gletschern und Eisschilden überwachen sowie Veränderungen in Ökosystemen, einschließlich Waldwachstum und Entwaldung, verfolgen. „Die NISAR-Mission wird ein völlig neues Feld eröffnen, um unseren Planeten als dynamisches System zu verstehen“, sagt Charles Elachi von der NASA.
Kunstvolle Visualisierungen dank Polarisation
Eine auch vom NISAR-Satelliten genutzte Art der SAR-basierten Visualisierung ist die sogenannte Polarimetrie, die auch auf der obigen Aufnahme zum Einsatz gekommen ist. Sie misst die vertikale oder horizontale Ausrichtung der zurückkehrenden Wellen im Verhältnis zu den ausgesendeten Signalen. Wellen, die von linearen Strukturen wie Gebäuden abprallen, kehren in der Regel mit derselben Schwingungsrichtung zurück, während Wellen, die von unregelmäßigen Strukturen wie Baumkronen abprallen, in ihrer Polarisation verändert werden.
Durch die Kartierung der Unterschiede und der Stärke der zurückkehrenden Signale können Forschende dann zum Beispiel die Rauheit eines Geländes oder die Vegetationsbedeckung eines Gebiets ermitteln.
Quelle: Jet Propulsion Laboratory
