Landsat 8 beobachtet monatlich den Vollmond

An jedem Vollmond wendet Landsat 8 der Erde seine Rückseite zu. Wenn seine Umlaufbahn den Satelliten auf die Nachtseite des Planeten führt, blickt Landsat 8 zum Mond. Er scannt die entfernte Mondoberfläche mehrere Male und dreht sich dann wieder zurück, um seine Aufgabe fortzuführen: die Sammlung von Informationen über die Erdoberfläche unter ihm.

Diese monatlichen Mondbeobachtungen sind der Schlüssel, um zu gewährleisten, dass das landabbildende Instrument an Bord von Landsat 8 beständig Licht registriert. Für die Messung brauchen die Ingenieure eine gleichbleibende Lichtquelle. Und obwohl es auf der Erde einige Gebiete gibt, die eine relativ stabile Lichtmenge reflektieren, zum Beispiel die Saharawüste oder andere trockene Orte, schlägt nichts auf unserem Planeten den Mond, der keine Atmosphäre besitzt und eine unveränderliche Oberfläche hat.

„Für Landsat 8 brauchten wir wirklich Etwas, worauf wir vertrauen können“, sagte Brian Markham, der Leiter des Kalibrierungsteams von Landsat 8, der von der NASA konstruiert und gestartet wurde und jetzt vom U.S. Geological Survey (USGS) betrieben wird. „Wir haben auf der Erde Orte, die wir für die Kalibrierung beobachten. Aber die Präzision, mit der man Dinge auf der Erde verfolgen kann, ist wegen der Atmosphäre nicht so gut wie auf dem Mond.“

Der Operational Land Imager (OLI) an Bord von Landsat 8 sammelt Informationen über das sichtbare, das nahinfrarote und das kurzwellig infrarote Licht, das von der Erdoberfläche reflektiert wird. Jede Wellenlänge liefert Informationen über die Erdoberfläche. OLI besitzt 14 Detektormodule, von denen jedes hunderte einzelner Detektoren besitzt, welche unterschiedliche Spektralbänder aufzeichnen. Das Kalibrierungsteam am Goddard Space Flight Center und an der EROS-Einrichtung des U.S. Geological Survey in South Dakota hat die Aufgabe sicherzustellen, dass jeder dieser Detektoren im Lauf der Zeit beständig Licht registriert.

An Bord des Satelliten stellen Lampen Licht zur Verfügung, um die OLI-Detektoren zu kalibrieren, aber die Lampen sind nicht perfekt. Bei Landsat 7 begannen sich die Lampen abzuschwächen, bevor es die Detektoren taten. Eine andere Möglichkeit, solare Diffusoren, welche indirektes Sonnenlicht verwenden, können ebenso dunkler werden.

„Alles andere, was wir zur Stabilitätsüberwachung unserer Instrumente ausprobiert haben, war oft nicht so gut wie die Instrumente selbst“, sagte Markham. Aber der Mond ist ein stetiges, nicht zu helles Licht am Himmel. „Solange wir wissen, welche Helligkeitsbedingungen am Mond vorherrschen, können wir die Leistungsfähigkeit unserer Instrumente anpassen, weil wir seiner Beständigkeit vertrauen.“

Die Entwickler von Landsat 8 entwarfen diesen neuesten Satelliten, um den Mond als Grundkalibrierung zu fotografieren. Falls die OLI-Detektoren im Rahmen dieser Mondtests darauf hinweisen sollten, dass der Mond etwas dunkler oder heller wird, dann werden die Wissenschaftler am Goddard Space Flight Center wissen, dass das Instrument nicht mehr richtig funktioniert. Mit diesen Daten können sie die Algorithmen anpassen, welche die Informationen über die Erdoberfläche während der regulären Erdbeobachtungsorbits berechnen.

Dieses Video verdeutlicht die Vorgehensweise bei einer Mondkalibrierung der Detektoren von Landsat 8. (NASA / Goddard Space Flight Center)

Es sei eine recht komplizierte Operation, den Mond monatlich zu scannen, sagte Susan Good, eine Flugdynamik-Ingenieurin am Goddard Space Flight Center, die mit Landsat 8 arbeitet. „Es gibt 14 Detektormodule“, sagte Good. „Jedes von ihnen muss dieselbe Bahn entlang des Mondes scannen, so dass mit jedem Sensor exakt dieselben Daten gesammelt werden.“

Die Flugdynamik-Software bestimmt präzise, wohin der Satellit während einer Mondkalibrierung zeigen muss. Der Zeitablauf ist für den Zeitpunkt kurz nach Vollmond gesetzt. Dann, wenn Landsat 8 Antarktika überfliegt und in Richtung Norden in den Erdschatten eintritt, dreht sich der Satellit in die genaue Position, um den ersten Scan der Mondoberfläche zu beginnen.

Er führt kurze und präzise Scans durch, um sieben oder acht Mondbeobachtungen zu machen – jede davon so ausgerichtet, dass ein anderer Detektor auf den Mond zentriert ist. Das benötigt etwa 18 Minuten; in dieser Zeit hat der Satellit fast die Arktis erreicht. Dann dreht er sich zurück in Richtung Erde und schließt seine Beobachtungen der Tagseite ab. Danach schwenkt Landsat 8 wieder auf den Mond und vervollständigt weitere Beobachtungen, um die restlichen Detektoren zu prüfen. Nach zwei Erdumkreisungen ist die Mondkalibrierung beendet.

Im ersten Betriebsjahr von Landsat 8 zeigt die Mondkalibierung, dass die Detektoren innerhalb eines Bruchteils von einem Prozent stabil sind. Falls die Mondkalibrierungen und andere Tests zeigen sollten, dass die Detektoren nicht mehr korrekt funktionieren, können die Forscher jene Berechnungen anpassen, welche die Landsat-Rohdaten in Informationen über die Helligkeit der Erdoberfläche umwandeln, was ihre Genauigkeit aufrechterhält.

Bezogen auf die regelmäßigen Prüfungen der Leistungsfähigkeit von Landsat 8 scherzte Good, dass sie den Vollmond niemals wieder so wie vorher sehen wird. „Ich denke ‚Oh, wir haben eine Mondkalibrierung'“, sagte sie. „Ich weiß immer, was Landsat 8 bei Vollmond macht.“

Quelle: http://www.nasa.gov/content/goddard/landsat-looks-to-the-moon/

(THK)