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Poleposition

MetOp im polaren Orbit

Vor der Einführung von MetOp waren alle europäischen Wettersatelliten der Meteosat-Reihe auf einer geostationären Umlaufbahn in rund 36.000 km Höhe über dem Äquator positioniert und umrundeten unseren Planeten mit Erdrotationsgeschwindigkeit, sodass sie sich vom Boden aus gesehen immer an derselben Stelle zu befinden schienen.

Geostationäre Umlaufbahnen bringen viele Vorteile mit sich: Aus dieser Höhe hat ein Satellit einen sehr großen Teil der Erdoberfläche im Blick und kann stets dasselbe geografische Gebiet sondieren. Diese Position ist hervorragend geeignet, um kontinuierlich die atmosphärischen Bedingungen sowie die Entwicklung des Wettergeschehens zu beobachten und mithilfe der gewonnenen Daten Kurzzeitwetterprognosen zu erstellen. Es gibt jedoch auch Nachteile. So kann ein geostationärer Satellit immer nur ein und dieselbe Seite der Erde sehen, und aufgrund seiner Lage über dem Äquator befinden sich einige Gebiete außerhalb seines Blickfelds. Im Sichtbereich liegen ausschließlich die Breiten zwischen etwa 81° Nord und Süd, hingegen sind insbesondere die Regionen um den Nord- und Südpol von einer geostationären Umlaufbahn aus nicht zu erfassen. Eine ganzheitliche Überwachung des Weltklimas ist jedoch ohne die Erforschung und Beobachtung der Pole nicht möglich, denn diese sind die eigentlichen Klimakammern der Erde: Die Eisdecke, Temperatur, Niederschläge und Winde an den Polen beeinflussen den gesamten Planeten, vor allem die Regionen in hohen geografischen Breiten wie Europa und ein Großteil von Nordamerika. Zur Erstellung von Wetterberichten und insbesondere zur „Fütterung“ der äußerst komplexen numerischen Wettervorhersagemodelle, die Meteorologen für kurzfristige Prognosen heranziehen, sind detailliertere Daten erforderlich, als von geostationären Satelliten allein bereitgestellt werden können.

Von MetOp-A aufgenommene Bilder (© Eumetsat)

Von MetOp-A aufgenommene Bilder (© Eumetsat)

Präzise gepolt

Satelliten wie MetOp, die auf einer niedrigeren polaren Umlaufbahn (rund 800 km im Gegensatz zu 36.000 km im geostationären Orbit) fliegen, liefern notwendige zusätzliche Daten. Da sie in dieser geringeren Höhe viel näher am Untersuchungsobjekt dran sind als ihre geostationären Kollegen, sind sie in der Lage, wesentlich detailliertere Messungen vorzunehmen, wenngleich das erfasste Gebiet kleiner ist. Darüber hinaus können im erdnahen Orbit Mikrowellenradiometer eingesetzt werden, die relativ große Antennen benötigen, um eine ausreichend feine Bodenauflösung zu erreichen. Der Vorteil von Mikrowellenradiometern besteht darin, dass sie die Wolkendecke durchdringen und Niederschläge und Temperatur in verschiedenen Schichten der Atmosphäre sowie Oberflächen­parameter wie Winde über dem Meer messen können.

Sun-synchronous orbit

Und ganz entscheidend: Sie sind in der Lage, den gesamten Globus zu erfassen, weil ihre Umlaufbahn im Gegensatz zu geostationären Satelliten nicht dem Äquator folgt, sondern diesen auf dem Weg um die Pole schneidet. Die Erde dreht sich somit die ganze Zeit unterhalb des Satelliten, sodass dieser bei jeder Umkreisung unterschiedliche geografische Gebiete sondieren kann. MetOp umfliegt die Erde in einer mittleren Höhe von 830 km in einer quasipolaren Umlaufbahn mit einer Bahnneigung von 98,7°. Der Satellit benötigt für eine Umrundung ca. 100 Minuten, während­dessen sich die Erde um etwa 25° dreht, und passiert in 24 Stunden 14 Mal die Pole. Da sich die Satellitenbahn aufgrund der Erdrotation stetig verschiebt, erfassen die Messgeräte von MetOp jeden Punkt der Erde im Fünf-Tage-Rhythmus. Dank der großen Schwadbreite der meisten Bordinstrumente lässt sich so in nur wenigen Tagen ein komplettes Bild der Erde erstellen.

Guten Morgen, MetOp!

MetOp fliegt im sogenannten Vormittagsorbit und kreuzt den Äquator immer um 9.30 Uhr in Nord-Süd-Richtung auf der sonnenzugewandten Seite der Erde. Die Umlaufbahn des Satelliten ist so ausgelegt, dass er die einzelnen Überfluggebiete stets um die gleiche Ortszeit passiert, d. h. MetOp befindet sich stets zur selben Zeit über einem bestimmten Punkt der Erde.

Dies liegt in der sonnensynchronen Umlaufbahn von MetOp begründet, bei der die Orbitalebene des Satelliten in einem festen Winkel zur Sonne steht und die gleiche Rotationsänderung wie die Erde erfährt. Die Orbitalebene einer sonnensynchronen Umlaufbahn dreht sich also täglich ungefähr um ein Grad, um der Bewegung der Erde um die Sonne zu folgen. Anders ausgedrückt befindet sich die Sonne an einem bestimmten Punkt der Satellitenumlaufbahn aus Sicht von MetOp stets an exakt derselben Stelle – und das bedeutet, dass es immer gleich spät ist.

MetOp fliegt in einer sonnensynchronen Umlaufbahn

MetOp fliegt in einer sonnensynchronen Umlaufbahn

Dass ein bestimmter Punkt immer zur selben Ortszeit überflogen wird, hat den Vorteil, dass bei jeder dortigen Datenerfassung der Ausleuchtungswinkel auf der Erde nahezu gleich bleibt. Diese gleichmäßige Ausleuchtung ist für Wetter- und andere Fernerkundungssatelliten bei der langfristigen Beobachtung des Klimageschehens in einem bestimmten Gebiet überaus günstig.

Die Umlaufbahn von MetOp wurde auf eine Zusammenarbeit mit seinem im Nachmittagsorbit fliegenden Partnersatelliten der US-amerikanischen Wetter- und Ozeanografiebehörde NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) ausgerichtet, der den Äquator auf einer ergänzenden erdnahen Umlaufbahn um 14.30 Uhr Ortszeit auf der sonnenzugewandten Seite der Erde passiert. Durch Kombination beider Orbits wird die Ausleuchtzone für die Messungen maximiert. Europa und die USA haben ein Kooperationsabkommen (Initial Joint Polar-Orbiting Satellite System, IJPS) geschlossen und statten ihre Satelliten mit einer Reihe gemeinsamer Instrumente aus. Alle Daten der MetOp- und NOAA-Wettersatelliten werden kontinuierlich ausgetauscht und in nur 2 Stunden und 15 Minuten nach ihrer Erfassung Hunderten Nutzern auf der ganzen Welt bereitgestellt.

MetOp und der NOAA-Satellit: Eine Kombination von komplementäre Orbits

MetOp und der NOAA-Satellit: Eine Kombination von komplementäre Orbits

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