Der Satellitensensor enthüllt die nächtlichen Geheimnisse der Erde

Ein neuer Erdbeobachtungssatellitensensor, der nachts sowohl natürliche als auch künstliche sichtbare Lichtquellen beobachten kann, bietet Wissenschaftlern, Meteorologen, Feuerwehrleuten und Stadtplanern einen Schatz an hochwertigen Informationen. Der Day Night Band (DNB) -Sensor ist so empfindlich, dass er das Leuchten einer einzelnen Straßenlaterne von ihrem 800 Kilometer hohen Standpunkt aus messen kann. Bei Mondlicht kann die DNB Wolken, Schnee und Meereis fast genauso genau beobachten wie herkömmliche Tagesbeobachtungen. Selbst in mondlosen Nächten kann der Sensor Druckwellen in großer Höhe erkennen, die das schwache Leuchten der Atmosphäre modulieren.

Ich habe im Mai 2015 in „Night Watch“ einige wichtige Anwendungen dieser neuen Technologie vorgestellt Wissenschaftlicher Amerikaner. Einige zusätzliche Fähigkeiten, die menschliche Faktoren hervorheben, werden hier hervorgehoben, die weiter zeigen, wie die DNB Forschungs- und Betriebsgemeinschaften zu Land und zu Wasser unterstützt. (Details zur DNB – Teil der Visible Infrared Imaging Radiometer Suite, die auf dem Satelliten der Suomi National Polar-Orbiting Partnership fliegt – finden Sie unter http://www.mdpi.com/2072-4292/5/12/6717). Insgesamt hilft uns die DNB zu erkennen, dass die Nacht bei weitem nicht so dunkel ist, wie wir vielleicht gedacht haben – und dass wir nicht länger „im Dunkeln“ sein müssen, wenn wir in der nächtlichen Umgebung arbeiten möchten.

Tintenfischboot mischen

Bildnachweis: NASA Earth Observatory (Tintenfischboot Satellitenbild). Das Foto von Boats on Horizon wurde freundlicherweise von Wikimedia Commons zur Verfügung gestellt

Das riesige Netzwerk elektrischer Lichter bei Nacht zeigt, wie verbunden die Zivilisation mit der Erde als Organismus ist. Es kann aber auch einen ergreifenden Kommentar zum aktuellen Stand der menschlichen Spaltungen geben. Starke Veränderungen in der regionalen Beleuchtung kennzeichnen häufig Gebiete mit Armut und wirtschaftlichem Wohlstand, die vielleicht nirgends stärker hervorgehoben werden als in der Gegenüberstellung von größtenteils dunklem Nordkorea und gut beleuchtetem Südkorea (Mitte des linken Bildes).

Tintenfischbootflotten erinnern uns manchmal auch an unsere Divisionen. Die DNB kann einzelne Boote erkennen, die jeweils als Lichtpunkt gegen das dunkle Meerwasser erscheinen. Die Schiffe verwenden leistungsstarke Lampen, um Tintenfische an die Oberfläche zu ziehen, wie Motten an eine Flamme (rechts). Die Boote gruppieren sich normalerweise in Gruppen, die von einer Nacht zur nächsten Fischschwärmen folgen. Manchmal sind die Orientierungen der Cluster, die sie bilden, auf harmlose Weise an natürliche Merkmale wie die Grenzen der Meeresoberfläche gebunden helfen, produktive Gewässer zu bilden. In den Regionen Gelbes Meer und Ostchinesisches Meer können wir jedoch feststellen, dass diese Boote häufig an politische Grenzen stoßen, die Zonen gemeinsamer (vorläufiger) und exklusiver Fischereirechte für China, Korea und Japan definieren.

Laut den Einheimischen gibt es zwei mögliche Gründe für diese ungewöhnlichen Ausrichtungen: Eine hat mit Booten eines anderen Landes zu tun, die versuchen, den Gewässern mit mehr Tintenfischen so nahe wie möglich zu kommen. Aber eine andere ist rein politisch: Die Dichte der Schiffe entlang dieser Grenzen blockiert effektiv den Zugang zu den „gemeinsamen“ Gewässern und könnte eine passive Darstellung von Gewalt im Zusammenhang mit territorialen Streitigkeiten zwischen den umliegenden Nationen sein. Es ist eine Art kalter Krieg, aber auch ein nasser, da Küstenwachenschiffe Wasserwerfer einsetzen, um Fischereifahrzeuge abzuwehren. Agenturen in Südkorea, Japan und Thailand sowie in Peru, Argentinien und Großbritannien fordern jetzt regelmäßig Day Night Band-Daten an, um festzustellen, ob Boote illegal fischen.

Schiffspfade, keine Kondensstreifen

Bildnachweis: Bilder von Steven D. Miller

In weniger umkämpften Gewässern sehen wir auch nachts interessante Auswirkungen der maritimen Gemeinschaft. Wir alle wissen, wie der Auspuff von Jetlinern die Atmosphäre verändert und Wolken bildet, die als Kondensstreifen bezeichnet werden – diese dünnen, weißen Streifen über dem Himmel. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass Kondensstreifen signifikant genug sein können, um Sonnenlicht zu unterdrücken, das auf den Boden trifft. Die Abgase von Schiffen sind mit ähnlichen Effekten verbunden; Das Abwasser verändert die marine Grenzschicht – Wolken in der sehr niedrigen Atmosphäre.

Die DNB erkennt diese „Schiffsspuren“ nachts leicht. Das linke Bild zeigt, wie Abwässer die Wolkenmikrophysik vor der Küste von Baja, Kalifornien, verändern. Die Rauchpartikel fungieren als Brennpunkte für die Wasserkondensation und führen zu einer großen Anzahl zusätzlicher kleiner Wolkentröpfchen, die Spuren bilden, die von oben erscheinen und ähneln Flugzeugkondensstreifen. Die Details dieser Spuren sind im rechten Bild zu sehen. Eine Spur des Schiffspfades wird gebildet. Der helle Lichtpunkt am Kopf jeder Spur ist das Licht eines Schiffes, wenn der Satellit überflog und das Bild aufnahm.

Die Fähigkeit, diese Veränderungen in Wolken zu beobachten, ist mehr als ein interessanter Kommentar zu Schiffen, die in der Nacht vorbeifahren. Wie Kondensstreifen haben die Schiffsspuren einige wichtige Auswirkungen auf das Klima. Wolken reduzieren das Sonnenlicht, das tagsüber an die Oberfläche gelangt, und halten nachts die Oberflächenwärme zurück. Durch Luftverschmutzung ausgelöste Änderungen der Eigenschaften von Wolken können das Wärmebudget der Erde verändern. Selbst geringfügige Änderungen an den Wolken können erhebliche Auswirkungen haben.

Schlaflos in Las Vegas

Bildnachweis: Dan Duriscoe, National Park Service

Die vielleicht auffälligsten Bilder der Day Night Band sind Lichter der Stadt aus der ganzen Welt. Sie erscheinen am häufigsten als gesprenkelte Flecken konzentrierter Helligkeit, obwohl der Sensor jedes Pixel trennen kann. Die Menge und Intensität der Lichter wurde mit der Wirtschaftstätigkeit und (offensichtlich genug) dem Stromverbrauch in Verbindung gebracht, und die Daten werden zunehmend in Modellen verwendet, die die Kohlendioxidemissionen verfolgen.

Auch die Lichtverschmutzung ist von wachsendem Interesse. Es beeinflusst die Migration, das Raubtier und sogar die physiologischen Funktionen nachtaktiver Wildtiere erheblich und stört die Versuche von Astronomen, den Himmel über sich zu beobachten. Forscher beginnen, DNB-Daten zu verwenden, um Planern dabei zu helfen, die Lichtverschmutzung durch Großstädte zu reduzieren. Sie beginnen mit einer Messung der Himmelsstrahlung der Lichter der Stadt, die der Sensor bei großen räumlichen und intensiven Details bestimmen kann (oberes Bild von Las Vegas). Anschließend simulieren sie anhand der Daten in Modellen eine „Lichtkuppel“ über der Stadt und bestätigen, dass sie die tatsächlichen Beobachtungen genau wiedergibt (mittleres Bild). Die Forscher können dann das Modell manipulieren, um zu simulieren, wie die Lichtverschmutzung verringert würde, wenn Gebäude und Straßen abgeschirmte Lichter verwenden würden, damit sie nicht so viel aufsteigendes Licht in die Atmosphäre erzeugen (unteres Bild). Mithilfe dieser Informationen können Planer die Auswirkungen einer bestimmten Beleuchtungsstrategie abschätzen und die Umwelt besser schützen.

Schnellere Suche und Rettung

Bildnachweis: Bild von Steven D. Miller

Da das Licht von Städten von einer Nacht zur nächsten mehr oder weniger stabil bleibt, fallen Änderungen in DNB-Bildern leicht auf. Ob es sich um einen Stromausfall handelt, der durch einen Sturm oder die Zerstörung beleuchteter Gebäude im vom Krieg zerstörten Syrien verursacht wurde, oder um die Installation von Weihnachtslichtern um Weihnachten und den Ramadan, die DNB bietet eine einzigartige Perspektive.

Manchmal spricht ein einziges, einsames Licht für eine unermessliche Tragödie. Am 24. Juli 2014 fiel der Air Algérie-Flug 5017 mit 110 Passagieren und sechs Besatzungsmitgliedern vom Radar, nachdem der Pilot eine umgeleitete Route um ein Gewitter angefordert hatte. Das Flugzeug stürzte ab und tötete alle an Bord. Der Suomi-Satellit mit der DNB überquerte das Gebiet innerhalb von Minuten nach dem Absturz. Es fing Blitze in einem starken Gewitterkomplex ein und fand nördlich des schlechten Wetters das Leuchten einer einsamen Punktlichtquelle in einer unbewohnten Weite von Süd-Zentral-Mali. Der Ort der Lichtquelle stimmte genau mit der Aufklärung der Absturzstelle am folgenden Tag überein; Die DNB hatte Feuer von den brennenden Trümmern entdeckt.

Um einen kleinen Hoffnungsschimmer aus dieser Tragödie zu ziehen, könnten wir uns eine Zukunft vorstellen, in der Sensoren für schwaches Licht wie die DNB auf geostationären Satelliten übertragen werden, die die Welt bedecken. Die Messungen würden alle paar Minuten über eine Region aktualisiert, wodurch Such- und Rettungsteams auf die Schauplätze von Katastrophen gelenkt werden könnten – in einigen Fällen möglicherweise rechtzeitig, um Leben zu retten.

Für zusätzliche Lektüre:

DNB-Übersicht: http://earthobservatory.nasa.gov/Features/IntotheBlack/

Fischerboote: http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Malvinas/

Weihnachtsbeleuchtung: https://www.nasa.gov/content/goddard/satellite-sees-holiday-lights-brighten-cities/

Air Algérie Crash: http://cimss.ssec.wisc.edu/goes/blog/archives/16262

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