Eine Batterie und zwei Kurzwellensender, gekühlt von Ventilatoren – mehr brauchte es 1957 nicht, um die Welt in Atem zu halten. Mittlerweile bevölkern über 1000 Satelliten die Umlaufbahn. Darunter auch wahre Spezialisten, die unseren Planeten genauer als jemals zuvor erkunden - von der Lufthülle bis zu seinem flüssigen Kern.

Über 1000 aktive Satelliten umkreisen die Erde. Darunter wahre Spezialisten, die unseren Planeten genauer vermessen als jemals zuvor. In einer 10-teiligen Sendereihe in Forschung Aktuell, der täglichen Wissenschaftssendung im Deutschlandfunk, erklärt der Astronomie- und Raumfahrt-Experte Karl Urban wie stark Erdbeobachtungssatelliten in den vergangenen Jahrzehnten das Weltbild der Wissenschaft verändert haben. www.deutschlandfundfunk.de/missionerde
Twitter: #MissionErde

Über 1000 aktive Satelliten umkreisen die Erde. Darunter wahre Spezialisten, die unseren Planeten genauer vermessen als jemals zuvor. In einer 10-teiligen Sendereihe in Forschung Aktuell, der täglichen Wissenschaftssendung im Deutschlandfunk, erklärt der Astronomie- und Raumfahrt-Experte Karl Urban wie stark Erdbeobachtungssatelliten in den vergangenen Jahrzehnten das Weltbild der Wissenschaft verändert haben. www.deutschlandfundfunk.de/missionerde
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In einer 10-teiligen Sendereihe in Forschung Aktuell beschreibt der Raumfahrtexperte Karl Urban die Missionen der fliegenden Erdbeobachter und schildert, wie ihre Daten das Weltbild der Wissenschaft beeinflusst haben.

Mit Hilfe der Augen im All können Forscher heute beobachten, wie sich die Eiskappen an den Polen verändern und wo sich Waldbrände ausbreiten. Sie können verfolgen, wie sich die Pflanzenwelt wandelt, wo Dürren drohen und wer am stärksten zur Luftverschmutzung einer Region beiträgt. Die Fülle von Informationen aus dem Erdorbit verrät nicht zuletzt vor allem eines: Wie stark der Mensch selbst den blauen Planeten verändert.

Egal ob der Meteorologe im Fernsehen oder die Smartphone-App in der Hosentasche – die Wettervorhersage vertraut auf die Arbeit von Wettersatelliten. Obwohl diese zu den ersten ihrer Art zählten, geht ihre Entwicklung bis heute weiter – mit dem Ziel, den Wetterbericht noch zuverlässiger zu machen. Gut 30Wettersatelliten sind heutzutage im All aktiv: Manche haben den Überblick, denn sie fliegen auf weit entfernten geostationären Bahnen, andere fliegen tiefer - aber dafür mit mehr Blick fürs Detail.

Luft, die Atmosphäre der Erde: Das sind natürlich vorkommende Gase wie Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Und das sind auch gasförmige Schadstoffe wie Stickstoffdioxid. Die Lufthülle ist wie geschaffen für die Erkundung durch Satelliten. Sie überwachen schon heute, wie viel Treibhausgase und Schadstoffe ganze Staaten emittieren. In wenigen Jahren sollen die kreisenden Schnüffler so genau geworden sein, dass selbst die Abgase einzelner Industrieanlagen oder Fracking-Bohrungen beobachtet werden können.

Tropenstürme wie Taifun Haiyan oder Hurrikan Sandy forderten in den letzten Jahren viele Todesopfer und verursachten immense Sachschäden. Wettersatelliten und -vorhersagen werden jedoch immer weiter verfeinert, um für künftige Katastrophen besser gewappnet zu sein. Der europäische SMOS-Satellit kann dabei sogar durch dicke Wolkendecken blicken und beobachten, wie sich der Erdboden im Bereich schwerer Unwetter förmlich vollsaugt. Der ESA-Satellit für Bodenfeuchte und Salzgehalt der Meere sieht das Wasser der Erde aus einer neuen Perspektive.

Im Jahr 2000 machten die USA präzise GPS-Daten zugänglich für jedermann. Seitdem haben Positionsmessungen via Satellitennavigation die Arbeit vieler Naturwissenschaftler radikal verändert. Das Satelliten-Navigationssystem kommt heute vielen Disziplinen zugute. Zum Beispiel als präziser Taktgeber: Weil sich an Bord der Satelliten Atomuhren befinden, versorgen sie jeden GPS-Empfänger auf der Welt jederzeit mit der hochgenauen Uhrzeit. So können etwa Astronomen die vorausberechnete Bedeckung ferner Sterne durch Planeten genau im richtigen Moment beobachten.

Erdbeben lassen nicht nur den Boden schwingen, selbst die Luft fängt an zu zittern. Mit tief fliegenden Satelliten ist das messbar und hilft Geologen dabei, Erdbeben und Tsunamis besser zu verstehen.Beim Tohoku-Beben vor Japan im März 2011 – einem der stärksten aller Zeiten – bewegte sich der Untergrund bis zu 50 Meter seitwärts und sieben Meter nach oben. Auf einer Länge von über 300 Kilometern vor der japanischen Küste schabten Gesteinsblöcke aneinander. Sogar die Erdachse verschob sich um einige Zentimeter. Zeitgleich hob sich die Wasseroberfläche so schnell, dass erstmals ein Satellit direkt davon Wind bekam: Der europäische GOCE, dessen Mission vor einigen Wochen zu Ende ging.

Große Brände zu löschen, erfordert einen guten Überblick. Die Infrarotstrahlung, die sie aussenden, erleichtert diese Aufgabe. Denn sie gelangt ins Weltall und kann von Satelliten erfasst werden. Für die Feuererkennung aus der Umlaufbahn ist heute ein halbes Dutzend Satelliten im Einsatz. Sie lokalisieren Hitzequellen sehr präzise und helfen der Feuerwehr vor Ort, ihren Einsatz optimal zu planen. Angefangen hat alles in den 1970er Jahren, mit einem Sensor an Bord eines US-Umweltsatelliten, der die Lufttemperatur über dem Meer bestimmen sollte. Mehr war gar nicht geplant.

Die eisigen Pole der Erde sind unwirtlich und schwer zu erreichen, daher sind Satelliten ein wichtiges Arbeitsgerät der Polarforscher. Vor über 30 Jahren begann der US-amerikanische Nimbus-7 damit, das Eis zu überwachen. Inzwischen gibt es Spezialsatelliten, die sich mit Eis beschäftigen. Sie nutzen allesamt eine besondere Eigenschaft von gefrorenem Wasser: Es ist weiß – und reflektiert deshalb einfallende Strahlung besonders gut. Ihre Messungen belegen, dass sogar der so träge erscheinende Eisschild der Ostantarktis kontinuierlich in Bewegung ist.

Derzeit arbeiten über 60 zivile Erdbeobachtungssatelliten im Orbit. Wenn im Notfall irgendwo auf der Welt nur einer von ihnen gebraucht wurde, gab es vor einiger Zeit aber noch ein Problem: Dessen Kontrolle lag meist in der Hand einer bürokratischen Behörde, nämlich bei einer staatlichen Raumfahrtagentur. Mit schnellen Antworten war deshalb kaum zu rechnen. 2000 erklärten Raumfahrtagenturen sich in einer Charta bereit, ihre Satelliten auch jenen zur Verfügung zu stellen, die sie gerade dringend brauchen. Mittlerweile werden Satelliten bei Notfällen sofort aktiv und verschaffen Rettern schnell einen Überblick.

Ins Innere der Erde zu schauen, ist schwierig. Deshalb gibt die exakte Struktur des Erdkerns bis heute Rätsel auf. Satellitengestützte Magnetfeldmessungen aus der Umlaufbahn können das Verständnis verbessern. Die ersten Versuche in den 1960er Jahren waren aber längst nicht genau genug, um mehr über das Erdinnere zu erfahren. Rund 20 Jahre später konnte ein US-amerikanischer Satellit erstmals nicht nur die Stärke, sondern auch die Richtung des komplexen Magnetfeldes vermessen. Erst vor 15 Jahren starteten zwei neue Satelliten: der dänische Oersted und der deutsche CHAMP. Sie waren die ersten langfristigen Missionen, um das tiefe Erdinnere zu erkunden.

Biologen haben bis vor wenigen Jahren kaum mit Satellitendaten gearbeitet. Heute beobachten sie mit ihrer Hilfe nicht nur, wie sich Ökosysteme verändern - sie sehen sogar, wie sich Pflanzenarten ausbreiten. Von Satelliten oder Flugzeugen aus können Kameras ein Waldgebiet zwar nur grob untersuchen, weil ihre Auflösung selten gut genug ist, um einzelne Bäume zu unterscheiden - aber sie geben dafür einen Überblick über ein sehr großes Gebiet. Die nächste Generation von Satelliten soll dann sogar den Zustand der Pflanzen aus dem All erkennen können.