Globaler Wandel

Wie wir die Erde beobachten – die Geschichte der Fernerkundung

Viele Jahrtausende lang machten sich die Menschen ihr eigenes Bild der Erde. Doch sie kannten immer nur einen winzigen Ausschnitt. Dass wir den blauen Planeten aus dem fernen Weltall betrachten können, wurde erst im 20. Jahrhundert durch die Raumfahrt möglich.

Von Martina Frietsch

Ist die Erde einen Kugel oder eine Scheibe?

In prähistorischer Zeit konnten die Menschen die Erde nur so weit erkunden, wie ihre Füße sie trugen. Und aus ihrer Sicht erschien sie ihnen flach wie eine Scheibe. Doch schon im 4. Jahrhundert vor Christus kamen dem griechischen Philosophen Aristoteles Zweifel.

Er hatte beobachtet, dass bei Schiffen am Horizont immer zuerst der Rumpf verschwindet und dass die Erde bei Mondfinsternis einen runden Schatten auf den Mond wirft. Ein Jahrhundert später berechnete Eratosthenes erstmals den Umfang der Erdkugel.

Die ersten Luftbilder

Doch erst der Beginn der Luftfahrt und die Erfindung der Fotografie im 19. Jahrhundert ermöglichten den Beginn der Fernerkundung. Mitte des 19. Jahrhunderts nahm der französische Fotograf und Luftschiffer Nadar vom Heißluftballon aus erste Luftbilder von Paris auf. Andere Ballonfahrer fertigten Skizzen.

Es gab auch Versuche, mithilfe luftdruckgetriebener Raketen oder mit kleinen Fesselballons Fotos aus der Luft zu schießen. Bayern hatte Ende des 19. Jahrhunderts gar ein eigenes Brieftauben-Corps, das – mit speziellen Kleinkameras ausgerüstet – Fotos der Erde liefern sollte.

Einsatz fürs Militär

Einfacher wurde dieses Unterfangen erst im 20. Jahrhundert vom Flugzeug aus. Es entstanden einzelne Aufnahmen, eine systematische Fernerkundung war dies aber noch nicht.

Dafür entdeckte das Militär das Luftbildwesen für seine Zwecke: Im Ersten Weltkrieg wurden militärisch wichtige Geländeabschnitte vom Flugzeug aus fotografiert. Im Zweiten Weltkrieg waren Aufklärungsflüge und die systematische Fernerkundung schon nicht mehr wegzudenken.

Von den Aufnahmen und Erfahrungen des Militärs profitierten wiederum die Wissenschaft und andere zivile Anwender, wie Kartografie, Archäologie und Forstwirtschaft. Da die Luftbilder damals wie heute von Fachleuten ausgewertet werden mussten, entwickelte sich im Lauf der Jahrzehnte die Luftbildinterpretation.

Vom Foto zum Computer

Ab den 1960er-Jahren hielten dann verschiedene Techniken Einzug in die Fernerkundung. Vor allem für die Erforschung der Vegetation wurden Infrarot-Filme eingesetzt.

Infrarotaufnahmen waren im Zweiten Weltkrieg bereits durch das Militär erprobt worden: Vor der Landung in der Normandie wurden Aufnahmen von der Küste gemacht, mit denen die natürliche Vegetation von Tarnnetzen unterschieden werden konnte.

Ebenfalls in den 1960er-Jahren kamen Scanner zum Einsatz, die – entsprechend weiterentwickelt – noch heute eine große Bedeutung haben. Sie tasten einen bestimmten Bereich der Bodenoberfläche mithilfe eines Lasers ab und zeichnen die Stärke des reflektierten Signals und die Oberflächengeometrie des gescannten Bereiches auf.

Heute ist die Entwicklung so weit, dass von Satelliten aus Flächen von wenigen Quadratzentimetern abgetastet werden können und entsprechend genaue Bilder entstehen.

Auch Radarsysteme können zur Ermittlung der Oberflächenstruktur der Erde verwendet werden. Hierbei werden elektromagnetische Strahlen ausgesendet, die reflektiert und dann aufgezeichnet werden. Die Radartechnologie ist bis heute sehr teuer, hat aber den Vorteil, dass weder Wolken noch Dunkelheit die Aufnahmen beeinträchtigen.

Es dauerte noch einige Jahre, bis erstmals auch Computer für die Bildanalyse eingesetzt wurden. Zunächst wurden die Bilder für die Auswertung eingescannt. Erst mit der Weiterentwicklung der Computertechnik hielt auch in der Fernerkundung das Digitalzeitalter Einzug.

Heute liegen die Daten in elektronischer Form vor und werden per Computer ausgewertet. Der Mensch ist aber dennoch nicht überflüssig. Nach wie vor werden Bilder gesichtet und von Wissenschaftlern interpretiert.

Der Blick aus dem All

Mit der Raumfahrt begann ein neues Zeitalter – auch für die Fernerkundung. Zum ersten Mal sah die Menschheit die Erde als Ganzes. 1965 wurden von den Gemini- und Apolloraumkapseln aus Fotos der Erde aufgenommen, 1972 lieferte Landsat-1, der erste Satellit, der die Landoberfläche zu zivilen Zwecken erfasste, Daten aus 900 Kilometern Höhe. Mit Landsat-1 sollte getestet werden, inwieweit es möglich ist, vom All aus Ressourcen auf der Erde zu finden.

1990 wurden die ersten Raumstationen für die Fernerkundung ins All gebracht, 2002 der bis dahin größte europäische Umweltsatellit "ENVISAT". 2007 gelangte mit der Mission "TerraSAR-X" ein weiteres Stück Hightech in die Umlaufbahn: Der deutsche Erdbeobachtungssatellit liefert Radaraufnahmen der Erde in einer bisher nicht dagewesenen Qualität.

"TerraSAR-X" ist dort oben jedoch nicht allein: Anfang 2010 wurde der nahezu baugleiche Satellit "TanDEM-X" in die Umlaufbahn gebracht. Mit den beiden kreisen derzeit mehr als 100 Erdbeobachtungssatelliten durchs All.

Fernerkundung heute

Militärische Anwendungen hatten der Fernerkundung einst den wichtigsten Anschub gegeben und sie haben auch heute noch Bedeutung. Daneben hat sich eine ganze Reihe von Einsatzmöglichkeiten entwickelt, die inzwischen unverzichtbar sind.

Zu den wichtigsten gehört der Umweltbereich. Satellitenaufnahmen machten die Entdeckung des Ozonlochs über der Antarktis möglich. Mit ihnen werden weltweit Veränderungen der Umwelt beobachtet und dokumentiert. Satelliten sind in der Lage, Ölteppiche auf dem Meer zu entdecken und geben den Wissenschaftlern Informationen über deren Größe und die Richtung, in die das Öl treibt.

Ein wichtiges Einsatzgebiet ist auch das Katastrophenmanagement. So können beispielsweise nach Erdbeben, Überschwemmungen oder Erdrutschen schwer zugängliche Gebiete per Satellit erkundet werden. An vielen Anwendungen in diesem Bereich wird noch gearbeitet. Eines der Probleme ist derzeit noch, dass die Bilder, die die Satelliten liefern, nur zeitverzögert zur Verfügung stehen.

In Kombination mit anderen Verfahren wird die Fernerkundung auch bei der Überwachung von Deichen eingesetzt, um Schwachstellen rechtzeitig zu entdecken oder bei Überflutungen die Ausdehnung des Wassers besser darstellen zu können. Das Gleiche gilt für die Überwachung von Waldbränden oder Vulkanausbrüche.

Die heutige Technik macht es möglich, die Fernerkundung gezielt in unterschiedlichsten Wissenschaftsbereichen einzusetzen: In der Klimaforschung ebenso wie in Geo- und Meereswissenschaften, Biologie, Kartografie, Archäologie oder Geodäsie. Kleinste Veränderungen auf der Erde werden registriert, vielfach kann durch die Aufnahmen sichtbar gemacht werden, was das menschliche Auge nicht wahrnehmen kann.

Bis Ende der 1980er-Jahre waren Luftbildaufnahmen noch den Profis vorbehalten – bevor in Deutschland ein Bild an die Öffentlichkeit kam, musste es genehmigt werden. Seit 1990 gilt dies nicht mehr und so kann heute jeder vom heimischen Computer aus die Erde von oben betrachten – den blauen Planeten als Ganzes, den nächsten Urlaubsort oder die Gärten der Nachbarn.

(Erstveröffentlichung 2012, letzte Aktualisierung 28.10.2019)