Aktive und passive Fernerkundung

Was haben das Erdmännchen und das LITE-Teleskop im Space Shuttle gemeinsam?

Zwei Fernerkunder mit unterschiedlichen Techniken! Links ein Erdmännchen, rechts das LITE (LIDAR In-space Technology Experiment) im Space Shuttle.
Quelle: NASA Langley Research Center (rechts)

So unterschiedlich diese Szenarien zunächst auch erscheinen mögen, werden beide durch die Definition der Fernerkundung beschrieben. Dies bezeichnet alle Verfahren, welche aus großer Entfernung Informationen über ein Objekt durch Messung der von ihm ausgesandten oder an ihm reflektierten Strahlung liefern. Dies kann das sichtbare Licht sein, damit ist ‘sehen’ genau genommen bereits eine Methode der Fernerkundung.

Mit Fernerkundung kann man Objekte auf der Erdoberfläche untersuchen, aber auch den oberflächennahe Bereich von Gewässern sowie die Atmosphäre. Nicht alle Fernerkundungsverfahren nutzen das sichtbare Licht. So arbeiten beispielsweise Wärmebildkameras im für das Auge nicht sichtbaren Infrarot. Radar verwendet Mikrowellenstrahlung, die für das Auge ebenfalls nicht sichtbar ist. Informationen zum elektromagnetischen Spektrum finden sich in Kapitel 1 der Lerneinheit Spektren der Erde.

Passive (oben) und aktive (unten) Fern- erkundung im Vergleich.

Falls das von der Erde ausgesandte oder reflektierte Licht für eine Erkundung nicht ausreicht, kann man von der passiven zur aktiven Fernerkun- dung wechseln, d.h. mit Strah-lungsquellen elektromagnetische Wellen erzeugen und die Erdober- fläche ‘künstlich’ beleuchten. Um beim Beispiel ‘sehen’ zu bleiben: Man schaltet das Licht an. Dies kennen wir auch von der Fotokamera: bei ausreichendem Tageslicht nutzen wir sie passiv, bei Dunkelheit erzeugt das Blitzlicht eine ausreichende Beleuchtung und die Kamera wird aktiv verwendet.

Das Erdmännchen verwendet ein passives Erkundungsverfahren und ist dabei auf Umgebungslicht angewiesen, während das LITE einen Laser nutzt, also ein aktives Verfahren anwendet.

Was macht Laser als Lichtquelle für die Fernerkundung so besonders interessant? Hierfür lassen sich mehrere Gründe nennen:

• mit Lasern kann man Strahlung im Sichtbaren, im Ultraviolett oder Infrarot erzeugen. Objekte, die untersucht werden sollen, können meist durch bestimmte Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums analysiert werden, und für die Erzeugung intensiver Strahlung bei solchen Wellenlängen eignen sich Laser ideal.
• die von Lasern erzeugte Strahlung breitet sich - verglichen mit dem Licht etwa einer Glühlampe - räumlich sehr gerichtet aus. Daher kann man mit einem Laser auch weit entfernter Objekte intensiv bestrahlen.

Fernerkundungsinstrumente, welche Laser nutzen, werden als Lidar bezeichnet. Dieser Name wurde in Anlehnung an das - mit Radiowellen als andere Bezeichnung für Mikrowellen arbeitende - Radar gebildet, eine Abkürzung für Radio detection and ranging. Lidar nutzt hingegen den Bereich um das sichtbare Licht, diese Abkürzung steht entsprechend für Light detection and ranging.

Ein nach oben gerichteter Laserstrahl tastet die Atmosphäre ab.
Quelle: Teramobile

In dieser Lerneinheit stellen wir Ihnen vor...

• ... wie ein Lidar funktioniert, aus welchen Komponenten es besteht und wie es eingesetzt wird
• ... was ein Laser ist und welche besonderen Eigenschaften das Laserlicht auszeichnet
• ... wie das von einem Objekt durch die Bestrahlung mit dem Laser erzeugte Licht mit hoher Ausbeute gesammelt und dann in seine spektralen Anteile zerlegt und seine Intensität gemessen wird
• ... und welche Eigenschaften der Erdoberfläche, Ozeane und Atmosphäre analysiert werden können.