Ronde en rechthoekige satellietbeelden op witte
of zwarte ondergrond.
Waarom
geven de Amerikaanse NOAA weersatellieten rechthoekige plaatjes en zijn de foto’s
van de Europese METEOSAT rond? En waarom levert EUMETSAT de METEOSAT- zichtbaarlichtbeelden
aan op een zwarte achtergrond en de infraroodbeelden op een witte? Bijgaande figuren
kunnen helpen deze vragen, gebruikt tijdens cursussen satellietmeteorologie op
het KNMI, te beantwoorden. Of ze als onjuist van de hand te wijzen.
Rechthoekig
en rond.
De
kwestie van de ronde en rechthoekige beelden, - deskundigen hebben me verzekerd
dat ‘beelden’ de voorkeur verdient boven ‘foto’s’, ‘opnamen’ en
‘plaatjes’ -, lijkt op een eerste gezicht een kwestie van verschillen tussen
Europese en Amerikaanse standaards; de Amerikanen werken per slot van rekening
ook nog steeds met inches kwik, landmijlen en graden Fahrenheit. Deze verklaring
kan echter direct worden ontzenuwd met behulp van de hierbij geplaatste figuren:
het blijkt dat weersatellietorganisatie NOAA niet alleen rechthoekige (niet afgebeeld),
maar ook ronde beelden kan leveren, afkomstig van haar geostationaire GOES-satellieten
(figuren 1 en 2). Het
verschil lijkt dus eerder te zitten in de door de satelliet gevolgde banen: polaire
satellieten leveren kennelijk rechthoekige beelden, geostationaire ronde. Helaas
zullen we tot 2005 moeten wachten voor we deze bewering experimenteel kunnen staven;
pas dan komen de Europeanen met een eigen polaire satelliet, de METOP-1. Voorlopig
gaan we er maar van uit dat ook de METOP rechthoekige beelden gaat leveren.
Overigens
is het beeld van de aarde dat een ruimtevaarder vanuit een weersatelliet zou zien,
altijd rond, ongeacht het type weersatelliet. De ronde vorm van de aarde is niet
afhankelijk van de waarnemingshoogte; alleen de diameter van het ronde stuk aardoppervlak
dat in beeld is, verschilt. Zo ziet de METEOSAT vanaf bijna 36000 km. hoogte een
gebied met een doorsnede van ongeveer 6300 km (over het aardoppervlak gemeten
iets meer dan 18000 km.), - van de 81e breedtegraad in het noorden
tot de 81e breedtegraad in het zuiden (Floor 1984). Het gebied dat
polaíre satellieten vanaf ruim 800 km hoogte bestrijken is veel kleiner en heeft
een doorsnede van 2940 km. (langs het aardoppervlak dik 6110 km.). Op
het moment dat een polaire satelliet de evenaar passeert, kan onze denkbeeldige
astronaut niet verder kijken dan de 27e breedtegraad noorderbreedte
en zuiderbreedte. Zelfs bij een hoogte nul blijft de aarde rond; vroeger dacht
men niet voor niets dat de aarde een platte pannenkoek was en ook een pannenkoek
is rond. De diameter van de pannenkoek is bij een ooghoogte van 1 m.
bijna 4 km. en bij een ooghoogte van 25 m. krap 20 km. (Minnaert 1972).
De
geostationaire satellieten scannen de aarde netjes van zuid naar noord af en brengen
zo het gehele, ronde gebied van de aarde dat in beeld is, in kaart. Polaire satellieten
brengen alleen een smalle, ruim 1 km. brede zone in kaart; de strook loopt door
het middelpunt van het cirkelvormige gebied dat waarneembaar
is. Het satellietbeeld bestaat uit opeenvolgende stroken loodrecht op de
baan van de satelliet (of beter: loodrecht op de projectie van de satellietbaan
op het aardoppervlak) en wordt zo rechthoekig. De boven- en onderkanten van de
rechthoek zijn de stroken die worden gescand als de satelliet net boven de horizon
is verschenen of op het punt staat daar weer onder te verdwijnen; de zijkanten
worden bepaald door de grenzen van het gebied dat kan worden waargenomen of door
de instelling van de satellietontvangstapparatuur.
Doordat de resolutie aan de zijranden snel terugloopt, wordt het buitenste
gedeelte van het bereik gewoonlijk niet in het beeld opgenomen.
Blijft
over het probleem van de zwarte achtergrond bij VIS-beelden en de witte bij IR-beelden.
De figuren laten zien dat het ook dit keer niet om een uitsluitend Europese conventie
gaat: de Amerikanen blijken hun VIS-beelden (figuur 1 [links]
en figuur 2) namelijk eveneens te voorzien
van een zwarte achtergrond en de IR-beelden (figuur 1 [rechts]) van een witte.
De meest voor de hand liggende verklaring lijkt dat de satellietbeheerders het
de gebruiker makkelijk hebben willen maken: de meteoroloog hoeft niet langer de
kleine lettertjes van de annotatie (onleesbaar in figuur
2) te bestuderen, maar ziet aan de achtergrond direct of hij of zij met een
zichtbaarlicht- dan wel een infraroodbeeld te doen heeft. Helaas gaat deze verklaring
niet op; als zij juist was zou men bij waterdampbeelden ongetwijfeld weer een
andere achtergrondkleur hebben bedacht, bijvoorbeeld grijs. De waterdampbeelden
van de geostationaire weersatellieten (niet afgebeeld) worden echter zowel door
Europeanen als Amerikanen ‘voorzien’ van een witte achtergrond, net als de IR-beelden.
De kleurcodering van de achtergrond zou overigens bij de komst van de Meteosat
Second Generation geostationaire satellieten niet langer vol te houden zijn en
zelfs problematisch worden; de MSG-1 levert, -
vermoedelijk vanaf 2003 -, beelden in elf kanalen!
De
verklaring van de achtergrondkleuren moet worden gezocht in een andere richting.
Zichtbaarlichtbeelden tonen gereflecteerd zonlicht. Aardoppervlak en bewolking
kunnen zonlicht reflecteren; de wereldruimte
kan dat echter niet, zodat ze zwart wordt afgebeeld. Voor infraroodbeelden geldt
een vergelijkbare redenering: aarde en wolken zenden warmtestraling uit, die aanleiding
kan geven tot donkere tinten. Uit de wereldruimte wordt geen warmtestraling ontvangen;
ze komt dus wit in beeld. Bijgaande satellietbeelden dienen om deze theorie te
ondersteunen. Als er in de hoeken van de beelden van de geostationaire satellieten
wat valt waar te nemen, dan leggen ze dit ook onverbiddelijk vast. In de getoonde
gevallen bevindt de maan zich toevallig in een van de uithoeken van de satellietbeelden.
Meteen blijkt dat het niet om een witte of zwarte achtergrond gaat, maar dat het
een beeld betreft van de wereldruimte, in de getoonde gevallen inclusief de maan.
Tegelijkertijd blijkt nu ook dat de geostationaire weersatellieten helemaal geen
ronde beelden afscheiden: de beschikbare beelden zijn min of meer vierkant. Net
als bij de beelden van de polaire satellieten ontbreekt er een stuk aan de linker-
en rechtterrand; het weggelaten deel is veel groter dan het getoonde deel en bevat
uitsluitend non-informatie uit de wereldruimte. Een volledig beeld van een geostationaire
satelliet is dus eveneens rechthoekig met een hoogte ter grootte van de diameter
van de aarde en een breedte van 20 keer de hoogte. De rondtollende METEOSAT ziet
de aardbol namelijk onder een hoek van 18 graden (Floor 1984), terwijl een volledige
omwenteling van de satelliet zoals bekend 360 graden bestrijkt.
De
beelden van de maan munten overigens niet uit in scherpte. Een beeld als van figuur
3 is, bij volle maan opgebouwd uit 75 horizontale lijnen. De boordapparatuur
stelt elke lijn automatisch zo in dat gecompenseerd wordt voor de relatieve beweging
van de weersatelliet ten opzichte van de aarde. Daardoor zijn alle andere objecten
die op de beelden opduiken en die een andere baan volgen, zoals in ons geval de
maan, vervormd.
Conclusie
Gezien
het voorgaande kunnen we naar aanleiding van de aan het begin gestelde vragen
het volgende opmerken:
-
Europese
en Amerikaanse satellietbeelden komen op een vergelijkbare manier tot stand.
-
Alle
satellietbeelden zijn rechthoekig.
-
De
‘aardbolletjes’ van de geostationaire satellieten worden niet voorzien van een
achtergrond, zoals de vraagstelling suggereert; we ‘zien’ gewoon een deel van
de wereldruimte, waar overigens niets te zien is, behalve in gevallen als op bijgaande
beelden.
Literatuur:
Floor,
K., 1984: Natuurkunde met satellietfoto's, NVON-maandblad/Faraday februari 1984
Minnaert,
M., 1972: De Natuurkunde van ’t vrije veld 3: Rust en beweging, Thieme, Zutphen
1. ‘Rond’ zichtbaarlicht- (links) en infraroodbeeld van de aarde, gemaakt door de Amerikaanse geostationaire weersatelliet GOES 8; 18 oktober 1994. De aardbol heeft op het VIS-beeld een zwarte achtergrond, op het IR-beeld een witte. Rechtsboven is de maan in beeld.
2. ‘Rond’ zichtbaarlichtbeeld
van de aarde, gemaakt door de Amerikaanse
geostationaire weersatelliet GOES-W; 27 augustus 1999. Het beeld van de aardbol
is zichtbaar tegen een zwarte achtergrond. Linksonder is de maan te zien.
3.
Zichtbaarlichtbeeld
van de maan, in beeld gebracht door METEOSAT-6,
12 oktober 2000. De vervormde maan is te zien tegen een zwarte achtergrond.