Lehrerinfos zum Kit 2: Die Erde von oben
Satellitenbilder entstehen aus der Kartenprojektion von Messwerten;
Das Gradnetz der Erde verstehen

Das Themenset Nr. 2 behandelt die geografischen Aspekte des Globus

Das Themenset bietet folgende Möglichkeiten:

• Erkennen und geografisches Einordnen der Weltmeere und Kontinente;
• Erlernen des grundlegenden geografischen Vokabulars (Pole, Wendekreise, Äquator);
• Die Bedeutung des Georeferenzierens von Messwerten im geografischen Koordinatensystem

Der Planet Erde

Der Blick von Meteosat auf eine Erdhalbkugel zeigt das Problem des „Blicks von oben“ auf die Erde besonders deutlich: Nur Afrika am Golf von Guinea erscheint maßstäblich richtig, alle Randbereiche des Satellitenbildes sind stark verzerrt. Wie wird aus den Messwerten von Meteosat eine stimmige Bildkarte für Europa? Dazu müssen die Messwerte in das geografische Koordinatensystem zugeordnet werden. Damit entstehen aus Messwertreihen „ebene“ georeferenzierte Satellitenbilder. Die verwendete Kartenprojektion bestimmt das Aussehen des Satellitenbildes. Im Studium gab es dazu weitere Informationen: flächentreu, winkeltreu, abstandstreu, da könnte man als Lehrer tief einsteigen.

Das Gradnetz der Erde bildet die Grundlage für das Georeferenzieren der Messwerte. Auch bei der folgenden Auswertung von multispektralen Messwertkarten spielt die Lage im Gradnetz eine zentrale Rolle, strahlt doch die Sonne sehr unterschiedlich stark auf ein Stück Boden ein: Jahreszeit, Tageszeit, Breitenlage, Hangneigung, Atmosphäre sind wohl die wichtigsten Variablen.

Aus diesem Grunde ist die Besprechung der Drehbewegungen der Erde als Ursache für die Jahreszeiten und für die Existenz der Vegetations- und Klimazonen von grundlegender Bedeutung. Die Eigenschaften der gedachten Linien Äquator, Wendekreis, Polarkreis und Pol, das Entstehen von Polarnacht und Mitternachtssonne, sowie die Bedeutung der Längengrade insbes. für die Zeitzonen gehört zum geografischen Grundwissen. Ein Tellurium ist hier zur Erklärung recht hilfreich. Dazu kommt dann das Erkennen und Wiedererkennen der Kontinente und Meere als weiteres geografisches Basiswissen. Über Google-Earth lassen sich alle genannten Teilaspekte vertiefen. Gleichzeitig lässt sich die Bedeutung der Navigationssatelliten GPS und Galileo ansprechen.

Deckblatt

Aufnahme Deckblatt: Meteosat: Sonnenaufgang über Afrika

Meteosat ist als geostationärer Satellit in 36 000 km Höhe über dem Äquator positioniert. Dies hat zwar die Nachteile, dass die räumliche Auflösung der Messwerte recht grob ist und dass die Verzerrung am Rand des Blickfeldes erheblich ist, doch der Vorteil überwiegt trotzdem: Fast die ganze zugewandte Erdhälfte kann in einem „Blick“ erkundet werden, und das alle halbe Stunde einmal.

Die sonnensynchronen Erdbeobachtungssatelliten befinden sich meist ca. 800 km über der Erde in einer polaren Umlaufbahn und stellen somit momentan nur Teilansichten bereit, die anschließend wie ein Mosaik zusammengesetzt werden müssen, um ein Gesamtbild der Erde zu erhalten.

Mittelteil

Bild Nr. 1: Zwei Aufnahmen der Erde aus der geostationären Umlaufbahn

Auf der linken Seite sind zwei Aufnahmen aus der geostationären Umlaufbahn zu sehen, die eine stammt von dem amerikanischen Satelliten GOES-8 (Geostationary Operational Environmental Satellite – Position 75° West), die andere von dem japanischen Satelliten GMS (Geostationary Meteorological Satellite – Position 140° Ost).

Diese beiden Ansichten ermöglichen eine ständige und umfassende Erdbeobachtung für ihren Blickbereich. Sie zeigen vor allem auch große Teile der Weltmeere. Da viele Wetterphänomene auf dem Meer entstehen, ist ihre Beobachtung besonders hilfreich für die Wettervorhersage. Insgesamt sind neun Wettersatelliten in der geostationären Umlaufbahn um die Erde stationiert: GOES W und GOES E (USA), Meteosat-9 (in Reserve -8)  und Meteosat-7 (früher -5) (Europa), GOMS (Russland), Insat (Indien) FY-1 und FY-2 (China) und GMS (Japan).

Bild Nr. 3: Die Erdkugel

Diese Aufnahme wurde von dem auf 0° geografischer Länge über dem Golf von Guinea stationierten Satelliten Meteosat erstellt. Dieser Satellit beobachtet stets die gleiche Seite der Erde und insbesondere den afrikanischen und europäischen Kontinent. Dieses Bild wurde morgens (GMT: Greenwich Mean Time – Ortszeit von London) im Frühjahr aufgenommen, während es über dem Atlantik noch Nacht war. Wenige Stunden später wird die Sonne aufgrund der Erdumdrehung über dem Nullmeridian stehen. So kann der geostationäre Satellit um die Mittagszeit (GMT) eine Aufnahme bereitstellen, auf der die Erde vollständig von der Sonne bestrahlt wird.

Bilder Nr. 4, Bild Nr. 6: Die Nordhalbkugel im Winter und Sommer

Auf der rechten Innenseite des Themensets sind zwei Teilaufnahmen der Nordhalbkugel im Winter und Sommer abgebildet. Auf der ersten Winter-Aufnahme ist insbesondere Kanada und Grönland gut zu erkennen, auf der Sommer-Aufnahme Sibirien. Auch die entsprechend der Jahreszeit unterschiedliche Sonneneinstrahlung auf dem Nordpol ist zu sehen.

Die Pole der Erde

Bild Nr. 7: Radarbild der Antarktis

An den Polen ist es sechs Monate im Jahr dunkel und sechs Monate scheint die Sonne, theoretisch. Da die Pole meist unter einer Wolkendecke liegen, werden hier vor allem Radarinstrumente für die Datenerfassung eingesetzt. Diese geben das Relief und die Ausdehnung der Eiskappen genau wieder, wie auf diesem von dem kanadischen Satelliten Radarsat aufgenommenen Bild der Antarktis zu sehen ist.

Bild Nr. 8-9: Die Nord- und Südhalbkugel in Draufsicht

Die geostationären Satelliten ermöglichen keine Beobachtung der Pole. Dieses Manko wird jedoch von Satelliten in einer polar-nahen Umlaufbahn ausgeglichen, die zahlreiche Teilaufnahmen der Erdoberfläche bereitstellen. So ist es durch das Zusammenfügen mehrerer Bilder möglich, eine Gesamtansicht der Erde aus der Perspektive des Nord- oder Südpols zu erstellen.

Diese etwas ungewöhnlichen Darstellungen ermöglichen eine andere Wahrnehmung der Erde und heben beispielsweise die Bedeutung der Wassermassen auf der Südhalbkugel sowie die Größe der Antarktis und die geografische Nähe zwischen Sibirien und Alaska hervor.

Bild Nr. 10: Jährliche Veränderung der Eisdecke in der Antarktis

Mithilfe der von den europäischen Satelliten ERS und Envisat erfassten Daten kann die Entwicklung der Meereismassen um die Antarktis nachvollzogen werden. Diese regelmäßig durchgeführten Beobachtungen liefern wichtige Informationen für die langfristige Klimaforschung.

Die Funktionen von Erderkundungssatelliten

Bilder Nr. 11, 12 und 13: Das Satellitenbild der Erde (Envisat – MERIS)

Die hier abgebildete Aufnahme des Satelliten Envisat wurde aus verschiedenen Teilaufnahmen zusammengestellt, die im Laufe eines Monats aufgenommen wurden. Dieser Zeitraum ist nötig, um alle Gebiete mindestens einmal wolkenfrei darstellen zu können. Dabei wurden die Ozeane, über denen sich große Wolkenmassen befinden, nicht mit berücksichtigt, weshalb sie hier schwarz dargestellt sind.

Jeder Aufnahmestreifen besteht aus einer Folge von Messwerten der einzelnen Instrumente. Diese Messwerte können Punkt für Punkt und Zeile für Zeile in einer Matrix gesammelt werden. Zuletzt werden sie den geografischen Koodinaten zugeordnet. Über eine geeignete Kartenprojektion entsteht dann ein ebenes Satellitenbild, man kann auch sagen eine „Satellitenbildkarte“.

Unterrichtsideen

Level 1, Jgst. 5 und 6:

- zum Kit
- zum Thema Gradnetz
- zum Thema Jahreszeiten
- zum Thema Antarktis

Level 2, Jgst. 7 mit 9:

- zum Kit
- zum Thema Gradnetz
- zum Thema Jahreszeiten
- zum Thema Antarktis

Level 3, Jgst. 10 mit 12:

- zum Kit
- zum Thema Gradnetz
- zum Thema Jahreszeiten
- zum Thema Antarktis