Hurrikan Michael © NASA

Die meisten Satelliten werden zur Erdbeobachtung eingesetzt. Vor allem Himmelskörper, die der Wetterbeobachtung dienen, haben eine große Bedeutung für das Leben auf der Erde. Welchen Nutzen können wir aus den Beobachtungen aus dem All ziehen?

Wettersatelliten sind eine nicht mehr wegzudenkende Quelle für Vorhersagen, wo und wann tropische Stürme, Hurrikane, Überflutungen, Zyklone, Flutwellen und sogar Waldbrände zuschlagen. Das Wissen über diese Ereignisse trägt dazu bei, Naturkatastrophen vorherzusagen und sich darauf vorzubereiten.

Auch die landwirtschaftliche Bedeutung der Wettersatelliten ist nicht zu unterschätzen. Sie unterstützen Bauern bei der Entscheidung, wann der beste Zeitpunkt für Saat oder Ernte gekommen ist oder wann Hagel und Schnee drohen. Frost- oder nässeempfindliche Pflanzen können mit der Hilfe aus dem All rechtzeitig in Sicherheit gebracht werden, wenn ein Wetterumschwung droht. Akkurate Wettervorhersagen sind auch wichtig für die Planung von Großprojekten wie dem Bau von Brücken, Autobahnen und Dämmen.

Die erste Serie von Wettersatelliten, die die Wolkendecke der Erde untersuchten und den Wert von Satelliten für meteorologische Zwecke demonstrierten, waren die Television Infrared Observation Satelliten (TIROS). Der erste dieser Reihe wurde bereits 1960 gestartet und enthüllte viele neue Erkenntnisse über die Wolkenbedeckung der Erde.

Die NASA startete 1964 das Nimbus-Programm, benannt nach einer Wolkenformation. Diese Satelliten, ausgerüstet mit normalen und Infrarotkameras, sollten das erste weltumspannende, meteorologische Satellitensystem bilden. Nimbus 7 beispielsweise hatte ein Ozonspektrometer an Bord und spielte eine wesentliche Rolle bei der Untersuchung der globalen Ozonverteilung und dem Ozonloch über der Antarktis.

Die neuesten Wettersatelliten gehören zum GOES-Programm (Geostationary Operational Environmental Satellite). Der letzte aus dieser Reihe, GOES-I, stellt den Anfang einer neuen Generation von Wettersatelliten dar. Diese Satelliten sind es, die uns täglich weltweit mit den vertrauten Wetterkarten im Fernsehen versorgen. Sie schießen hochauflösende Bilder im sichtbaren wie im infraroten Bereich und können zusätzlich Temperatur- sowie Feuchtigkeitsprofile der Erde erstellen.

Schneebedeckung in den USA © NASA

Unzählige andere Satelliten mit anderen Aufgaben als Wetterbeobachtung umkreisen ebenfalls die Erde. So gibt es das Heer der GPS-Satelliten, das der satellitengestützten Navigation dient. Mit ihrer Hilfe kann der Standort auf der Erde bis auf wenige Meter exakt bestimmt werden. Das Global Positioning System (GPS) besteht aus einem Netzwerk von 24 Satelliten, die auf verschiedenen Orbitalbahnen die Erde umlaufen. Da die Orbits der Satelliten zwischen 60 Grad nördlicher und 60 Grad südlicher Breite liegen, erreichen ihre Signale jeden Punkt der Erde. Außerdem ist ihre Funktion vom Wetter unabhängig. Jeder Satellit sendet Informationen über Satellitennummer, Position und Uhrzeit zur Erdoberfläche.

Zur Positionsbestimmung vergleicht der GPS-Empfänger die Zeit, zu der das Signal gesendet wurde, mit der Empfangszeit. Die Entfernung zum Satelliten wird aus der Zeitdifferenz berechnet. Verrechnet der Empfänger die Daten von drei verschiedenen Himmelskörpern, kann die geographische Länge und Breite, die sogenannte 2D-Position, bestimmt werden. Mit den Daten von vier oder mehr Satelliten berechnet ein GPS-Gerät zusätzlich auch noch die Höhe über dem Erdboden.

Theoretisch kann mit dem GPS-System der Standort bis auf den Zentimeter genau bestimmt werden. In der Praxis beträgt die Genauigkeit aber nur 20 bis 100 Meter. Das liegt daran, dass das System eine militärische Entwicklung ist und das US-Verteidigungsministerium die Genauigkeit für zivile Nutzer künstlich verschlechtert, um die größtmögliche Genauigkeit alleine nutzen zu können.

Das GPS-System dient alleine in Deutschland ungefähr 600.000 Autofahrern als wertvolle Hilfe, in fremden Großstädten den richtigen Weg zu finden. Ein Bordcomputer empfängt die Daten der Satelliten und errechnet daraus den Standort des Wagens. Indem er ihn mit gespeicherten Stadtplänen und Landkarten vergleicht, kann er dem Fahrer jederzeit den richtigen Kurs angeben, mittlerweile sogar mit Sprachausgabe.