Kees Floor, Zenit, april 2010.

 

Op 1 april 1960 leverde de Amerikaanse weersatelliet Tiros 1 de eerste weerfoto die ooit werd gemaakt. We beschikken nu dus over 50 jaar weerbeelden vanuit de ruimte. De mooiste en kleurrijkste daarvan zijn afkomstig van de Terra-satelliet, die inmiddels al weer tien jaar in de lucht is.

1a. Het eerste beeld van een weersatelliet. Datum: 1 april 1960. Instrument: TV-camera. Satelliet: Tiros 1. Bron: NASA.
1b. Meer beelden van de eerste dag van de Tiros 1. Datum: 1 april 1960. Instrument: TV-camera. Satelliet: Tiros 1. Bron: NASA.

 

1c. De aarde op 19 april 2000, de eerste dag dat de MODIS op de Amerikaanse satelliet Terra onafgebroken in bedrijf was. Het beeld is samengesteld uit gegevens die werden verzameld tijdens verschillende omlopen van de satelliet. Goed is te zien hoe groot de contrasten zijn tussen bewolking, oceaanwater, woestijn en bossen of oerwouden. Vooral de Sahara en de Arabische woestijn vallen op door hun lichte tinten. De draairichting van de wervels die de depressies markeren, is op het zuidelijk halfrond tegengesteld aan die op het noordelijk halfrond. Antarctica is donker; de zon staat deze tijd van het jaar namelijk boven het noordelijk halfrond. In de tropen en subtropen is de dekking niet volledig; waar data ontbreken is de achtergrond zwart. Bron: NASA/MODIS Rapid Response Team.

1d. De aarde op 16 maart 2009.Het beeld is samengesteld uit gegevens die werden verzameld tijdens verschillende omlopen van de Amerikaanse satelliet Aqua. De Sahara, de Arabische woestijn en de Australische woestijnen vallen op door hun lichte tinten. Op de noordpool is het donker; we zien er een 'zwart gat'. In de tropen en subtropen is de dekking niet volledig; waar data ontbreken is de achtergrond grijs. Bron: NASA/MODIS Rapid Response Team.

Als de televisiecamera op de eerste, toen nog ongecontroleerd rondtollende weersatelliet Tiros 1 toevallig even de aarde in het vizier kreeg, steeg in de controlekamers een luid gejuich op. De weinig gedetailleerde zwart-witbeelden (vgl. figuur 1ab) lieten in de atmosfeer en op het aardoppervlak dan ook verschijnselen zien die niet eerder op een dergelijke manier in beeld waren gebracht.
Hoewel we met weemoed aan die tijd kunnen terugdenken, missen we de wazige plaatjes van toen toch niet echt. De tv-camera's hebben plaats moeten maken voor geavanceerde stralingsmeters, die onafgebroken op de aarde zijn gericht. De beelden die beschikbaar komen, zijn niet langer zwart-wit of kunstmatig ingekleurd, maar in prachtige, natuurlijke kleuren.
Een belangrijke mijlpaal vormde de lancering in december 1999 van de Amerikaanse satelliet Terra. Hoewel dit ruimteplatform een levensduur was toegedicht van zes jaar, stuurt het nog dagelijks zijn stralingsgegevens naar de volgstations op aarde. Het bekendste instrument aan boord is de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer of kortweg MODIS. Het instrument bracht op 19 april 2000 voor het eerst vanaf ruim 700 kilometer hoogte vrijwel de hele aarde in beeld in natuurlijke kleuren (figuur 1c), zodat we nu op ongeveer tien jaar over de kleurrijke satellietbeelden kunnen beschikken.


Datum: 31 maart 2003. Satelliet: Aqua.

3 juli 2009. Satelliet: Terra.

20 maart 2009. Satelliet: Terra.

20 maart 2009. Satelliet: Aqua.
2. Beelden uit ruwe MODIS-data van de deels onbewolkte Waddeneilanden. MODIS tast het aardoppervlak af in smalle stroken, die soms deels overlappen. Dan is op de ene strook iets te zien wat op de volgende of vorige strook ook al te zien was. Het effect is bij de Waddeneilanden, die deels dubbel in beeld komen, goed zichtbaar. Bron: Bron: NASA/MODIS Rapid Response System.

Terra tast af
De satellietbeelden van figuur 1cd en 2 laten goed zien hoe de Terra te werk gaat. De satelliet trekt zijn baantjes op ruim 700 kilometer hoogte en brengt van daaruit het aardoppervlak en de bewolking erboven in kaart. De baan van de Terra heeft ten opzichte van de sterren een vaste stand; doordat de aarde draait, tast de satelliet na elke omloop een nieuw deel van het aardoppervlak af. In de poolstreken en op gematigde breedten vertonen de banden die gescand worden, voldoende overlap om volledige dekking te krijgen. In de tropen en subtropen zit er ruimte tussen de gescande banden; daardoor brengt de Terra niet elke plaats op aarde elke dag in beeld. Terwijl de satelliet zich voortbeweegt, scant hij naar links en rechts een smalle strook van het aardoppervlak af. Direct onder de satelliet is de resolutie het best: 250 meter. Verder naar links of naar rechts is de resolutie minder en speelt ook de bolvorm van de aarde een rol. Vooral aan de randen van het beeld is te zien dat de stroken overlap vertonen. In het oorspronkelijke, nog niet naar een kaartprojectie omgezette beeld zien we daardoor dingen dubbel, zoals delen van de Waddeneilanden op figuur 2. De figuren links en rechts zijn overigens afkomstig van de MODIS op de zustersatelliet van de Terra, de Aqua, die enkele jaren later werd gelanceerd.
Zie voor meer satellietbeelden van de MODIS op de Terra het artikel 'Sneeuw en winterkou' op pagina 117 van dit nummer. Andere toepassingen van de MODIS zijn het meten van de temperatuur van het aardoppervlak of de wolkentoppen, het volgen van het leven in de oceanen, het monitoren van de vegetatie op het land, het waarnemen van het sneeuwdek, het bepalen van de hoeveelheid bewolking en het lokaliseren van grote natuurbranden.


3. Beeld van de door de aarde gereflecteerde zonnestraling in november 2009.
Instrument: CERES. Satelliet: Terra. Bron: NASA/Earth Observatory.
4. De orkaan Jeanne in natuurlijke kleuren (links). Het beeld rechts geeft de hoogte van de wolkentoppen in kilometer. Datum: 26 september 2004. Instrument: MISR. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC/LaRC/JPL, MISR Team.

Meer dan MODIS
Naast de MODIS bevinden zich op de Terra nog vier andere instrumenten. De Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) levert beelden als de MODIS, maar dan in een hogere resolutie. Voorbeelden van ASTER-beelden die eerder in Zenit verschenen, zijn te vinden in figuur 5.
Het Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) meet de door het aardoppervlak en de bewolking teruggekaatste zonnestraling. Zo laat figuur 3 de hoeveelheid zonlicht zien die werd teruggekaatst in november 2009. Rond de noordpool is het donker; er valt geen licht in en er wordt dus ook geen licht teruggekaatst. Op Antarctica ligt sneeuw en ijs en de zon schijnt er vrijwel de hele dag, wat goed is voor veel teruggekaatst zonlicht. Ook de intertropische convergentiezone bij de evenaar is makkelijk terug te vinden doordat de daarmee samenhangende bewolking relatief veel zonlicht terugkaast.
De Multi-angle Imaging Spectro-Radiometer (MISR) kijkt onder negen verschillende hoeken naar de aarde en levert zo informatie over eigenschappen van bewolking en van deeltjes in de atmosfeer. Figuur 4 geeft een voorbeeld van op MISR-gegevens gebaseerde satellietbeelden. We zien de orkaan Jeanne uit 2004, links in natuurlijke kleuren, rechts als hoogtekaart van de wolkentoppen. De Measurements of Pollution in the Troposphere (MOPITT) tenslotte meet de concentraties koolstofmonoxide en methaan in de troposfeer.

 

Figuur 5: Eerder in Zenit verschenen Aster-beelden van - van links af - de Chileense vulkaan Chaitén, de Zeeuwse eilanden en de Mississippidelta.