II - WELKE INSTRUMENTEN WORDEN GEBRUIKT VOOR OBSERVATIE?
1- DE VERSCHILLENDE plateformeN
1.1- Satellieten & Banen
De eerste aardobservatiesatellieten werden begin jaren '70 in een baan om de aarde gebracht. Het aardoppervlak kon continu en op uniforme wijze worden onderzocht vanuit een heel nieuw gezichtspunt. Tegenwoordig maken steeds meer toepassingen gebruik van beelden die genomen worden vanuit satellieten omwille van enkele belangrijke voordelen die deze platformen bieden: ze zijn synoptisch (bieden de mogelijkheid om zeer grote gebieden in één keer te registreren), repetitief (dezelfde satelliet keert regelmatig terug boven dezelfde plaats) en homogeen (gegevens worden altijd op dezelfde manier door een sensor geregistreerd).
|
Bij de lancering moet de satelliet voldoende snelheid hebben om de juiste baan rond de aarde te bereiken en te behouden. Als zijn snelheid afneemt, zal hij in een spiraalvormige baan draaien en steeds dichter bij de aarde komen totdat hij er uiteindelijk op neerstort. Als de snelheid te hoog is gebeurt het tegenovergestelde: de satelliet spiraliseert steeds verder weg en ontsnapt uiteindelijk aan de aantrekkingskracht van de aarde. Deze techniek wordt toegepast bij het lanceren van sondes die andere ruimtelichamen in ons zonnestelsel bestuderen. Bron: How Do We Launch Things Into Space? - NASA Space Place |
Het soort traject dat satellieten afleggen rond de aarde (de baan) wordt gekozen op basis van wat we willen waarnemen en hoe we het willen waarnemen. De baan heeft verschillende kenmerken waaronder de afstand tot de aarde, de omlooptijd en de inclinatie (glooiingshoek van de baan t.o.v. het evenaarsvlak).
Belangrijkste baankenmerken van de Landsat 7 satelliet. Bron: USGS (2019), Landsat 7 Data Users Handbook.
Op basis van deze kenmerken kunnen we volgende banen onderscheiden:
Geostationaire baan
Een geostationaire baan zorgt ervoor dat de satelliet zich altijd boven hetzelfde punt op aarde bevindt en bijgevolg stil lijkt te staan. Dit gebeurt in het evenaarsvlak op een afstand van ongeveer 35 890 km van de aarde. De baan heeft dus een inclinatiehoek van 0° en het grondspoor (eng.: ground track) van de satelliet volgt de lijn van de evenaar. De omlooptijd is gelijk aan één dag (23 uur, 56 minuten en 4 seconden).
Een geostationaire satelliet doet er dus even lang over om één baan rond de aarde te volbrengen als de aarde nodig heeft om rond haar as te draaien. Daardoor blijft de relatieve positie boven de evenaar steeds dezelfde.
Omwille van de relatief grote afstand kunnen geostationaire satellieten een heel groot gebied op aarde in één keer waarnemen.
Slechts drie dergelijke satellieten op gelijke afstand van mekaar volstaan om quasi de hele aarde continue waar te nemen. Meteorologische en telecommunicatiesatellieten zijn meestal geostationair. Voorbeelden zijn het European Data Relay System (EDRS) dat satellieten in een geostationaire baan gebruikt om informatie tussen andere satellieten en grondstations continu te kunnen doorzenden en de bekende Meteosat weersatellieten.
Polaire baan
Een satelliet in een polaire baan passeert bij elke omwenteling de noord- en zuidpool . Dit betekent niet dat de inclinatiehoek precies 90° hoeft te zijn. In de praktijk worden banen die daar 20° tot 30° van afwijken ook nog steeds polair genoemd. Het is een vorm van een Low Earth Orbit (LEO), een baan die relatief dicht bij het aardoppervlak komt (minder dan 1000 km tot zelfs 160 km).
Aardobservatiesatellieten worden meestal in bijna-polaire banen geplaatst. Terwijl de satelliet zijn traject van pool tot pool volgt, draait de aarde van west naar oost. Over een aantal omwentelingen heen kan de satelliet dus de hele aarde in beeld brengen.
De video hieronder illustreert het verschil tussen een geostationaire baan (Meteosat derde generatie) en een polaire baan (Metop tweede generatie):
Bron: Planned launches - An overview of satellites launching during the period 2022-2039 (Eumetsat)
Zon-synchrone baan
Een zon-synchrone baan is een bijzonder geval van een polaire baan die ervoor zorgt dat de satelliet altijd op dezelfde lokale zonnetijd over een bepaald gebied gaat. Dergelijke satellieten hebben lokaal dus steeds dezelfde positie ten opzichte van de zon en ze observeren die plaats op steeds hetzelfde moment van de dag. Hierdoor kunnen de beelden beter gebruikt worden om lokale veranderingen doorheen de tijd te bestuderen. Het zou immers niet handig zijn om beelden te vergelijken die onder totaal verschillende belichtingsomstandigheden zijn gemaakt, bijvoorbeeld de ene dag ‘s middags en de andere dag bij valavond.
|
De twee Europese aardobservatiesatellieten Sentinel-2 A en B bevinden zich in dezelfde zon-synchrone, bijna polaire baan maar 180° gescheiden van mekaar. De gemiddelde baanhoogte is 786 km en de baaninclinatie bedraagt 98,62°. De omwentelingstijd is 106,6 minuten en elke plaats op de aarde wordt om de 10 dagen bezocht. Deze volledige cyclus bestaat uit 143 relatieve banen op de aarde. Bron: Sentinel Online |
Satellieten die gebruikt worden voor aardobservatie bevinden zich meestal in een zon-synchrone, bijna-polaire baan. Voor radarsatellieten, die grote energieverbruikers zijn, is deze zon-synchrone baan ook gekozen om te zorgen voor een bijna permanente belichting van de zonnepanelen.
Deze visualisatie laat zien hoe de Landsat-8-satelliet 13 keer per dag in een baan om de aarde draait op een hoogte van 705 km om bodembedekkingsgegevens te verzamelen. Met een cross-track-breedte van 185 km bestrijkt de satelliet de aarde volledig in een periode van 16 dagen met alles samen 233 omlopen. Het verstrijken van de tijd begint langzaam in het begin en versnelt tot dag-tot-dag stappen aan het einde van de visualisatie (bron: Landsat Data Continuity Mission (LDCM) Orbits). Klik hier om de banen van de 4 satellieten Landsat 8, Landsat 9, Sentinel 2a en Sentinel 2b te bekijken en te begrijpen hoe ze samenwerken om een compleet beeld van de aarde te verkrijgen (bron: Landsat with Sentinel - Global Coverage).