ASTER

ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) ist eines der fünf wissenschaftlichen Instrumente an Bord des am 18. Dezember 1999 von der NASA gestarteten Erdbeobachtungssatelliten Terra. Das in Japan gebaute und vom japanischen Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie mitbetriebene Instrument umrundet mit Terra ca. alle 100 Minuten die Erde in einem nahpolaren, sonnensynchronen Orbit (Äquatorüberquerung jeweils um 10:30 Uhr und 22:30 Uhr Ortszeit)[1] in einer Höhe von 705 km.

SRTM-basiertes 3D-Modell des Ätna mit ASTER-basierter Falschfarben-Oberflächendarstellung (Kanalkombination 2-3-1)

Das 406 Kilogramm[1] schwere Multispektralinstrument ASTER nahm bis 2008 mit seinen drei Subsystemen auf 15 separaten Kanälen hochauflösende Bilder in jeweils verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums auf, vom sichtbaren Licht bis ins kurzwellige mittlere („thermische“) Infrarot. Die Bodenauflösung beträgt 15 bis 90 Meter pro Bildpunkt. Aus den aufgenommenen Daten können unter anderem Oberflächentemperatur, Reflektivität und Emissivität sowie ein Digitales Höhenmodell des jeweils aufgenommenen Teils der Erdoberfläche abgeleitet werden. Da eines der Subsysteme 2008 ausfiel, liefern heute nur noch 9 Kanäle brauchbare Daten.

Subsysteme und Kanalbelegung

Das Instrument ASTER besteht aus drei Subsystemen. Dies sind

das Aufnahmesystem für sichtbares Licht und den Nahinfrarotbereich (visible and near-infrared, VNIR)
das Aufnahmesystem für kurzwellige Infrarotstrahlung (short wave infrared, SWIR) und
das Aufnahmesystem für längerwellige („thermische“) Infrarotstrahlung (thermal infrared, TIR).

„Thermische“ Infrarotstrahlung umfasst jenen Spektralbereich der von Menschen gemeinhin als (unsichtbare) „Wärmestrahlung“ wahrgenommen wird.

Das VNIR-Instrument verfügt über zwei Optiken, eine „Nadir-Optik“, die üblicherweise Aufnahmen lotrecht zur Erdoberfläche macht und eine „Backward-Optik“, die um 27,7° zum Heck des Satelliten hin ausgerichtet ist. Beide Optiken können für Aufnahmen der Erdoberfläche, die sich nicht direkt unterhalb der Flugbahn des Satelliten befindet (engl. cross-track pointing), zusammen um jeweils 24° nach links und rechts geschwenkt werden. Während die Nadir-Optik sowohl Bilder im Bereich des sichtbaren Lichts als auch im Nahinfrarotbereich aufnimmt (Kanäle 1, 2 und 3N), werden mittels der Backward-Optik nur Nahinfrarotaufnahmen (Kanal 3B) gemacht. Die um ca. 1 Minute zeitversetzt aufgenommenen Bilder der beiden 3er Kanäle ergeben ein Stereobildpaar, das zur Berechnung eines digitalen Höhenmodells (engl. digital elevation model, DEM) herangezogen werden kann.

Statt der für Echtfarbaufnahmen nötigen drei Kanäle für sichtbares Licht (Rot, Grün und Blau) verfügt das VNIR-Subsystem von ASTER nur über zwei solcher Kanäle, einen für den Rot- und einen für den Grünbereich. Daher handelt es sich bei ASTER-Aufnahmen stets um Falschfarbenbilder.

Das SWIR-Subsystem wurde nach einem Defekt der Kühlung, der ab 2007 Auswirkungen auf die Aufnahmen auf den Kanälen 5 bis 9 zeitigte, nach erfolglosen Reparaturbemühungen im Januar 2009 von der NASA offiziell für unbrauchbar erklärt.[2] Nichtsdestoweniger übertraf schon die achtjährige Lebensdauer des SWIR-Subsystems die ursprünglich für das gesamte ASTER-Instrument auf fünf Jahre[3] angesetzten Erwartungen.

Die einzelnen Kanäle sind wie folgt belegt:[4]

Subsystem	Kanal (Band)	Spektralbereich [µm]	Bodenauflösung	„Farbtiefe“
VNIR	1	0,52 – 0,60	15 m	8 bit
	2	0,63 – 0,69
	3N	0,78 – 0,86
	3B	0,78 – 0,86
SWIR	4	1,60 – 1,70	30 m	8 bit
	5	2,145 – 2,185
	6	2,185 – 2,225
	7	2,235 – 2,285
	8	2,295 – 2,365
	9	2,360 – 2,430
TIR	10	8,125 – 8,475	90 m	12 bit
	11	8,475 – 8,825
	12	8,925 – 9,275
	13	10,25 – 10,95
	14	10,95 – 11,65

Datenzugang

Screenshot der MADAS-Website mit Kartenfenster für die Bilddatensatzsuche (Mitte) und Metadaten zu einem einzelnen ASTER-Bilddatensatz (rechts)

Während die ASTER-Daten anfangs nur zu Forschungs- und Lehrzwecken kostenfrei abgegeben wurden,[5] sind sie seit April 2016 für die Allgemeinheit verfügbar.[3] Vor dem Download auf einer der einschlägigen Online-Plattformen (z. B. NASA EarthData, USGS EarthExplorer oder dem japanischen MADAS-Portal) kann lediglich eine kostenlose Registrierung nötig sein. Auf den Portalen werden verschiedene, mehr oder weniger aufbereitete Datenpakete vorgehalten.

So umfasst das Paket unter der Bezeichnung ASTER global digital elevation model (kurz ASTER GDEM oder ASTGTM), das seit August 2019 in der Version 003 vorliegt,[6][7] Raster-Höhendatensätze aus allen Regionen zwischen 83° nördlicher und 83° südlicher Breite mit einer Bodenauflösung von einer Bogensekunde (30 m) in Form von 1×1°-Kacheln im GeoTIFF-Format. Zwar sind SRTM-Daten ebenfalls Open Data und damit für beliebige Zwecke frei nutzbar, liegen aber wegen des seinerzeit weniger steilen Winkels der Umlaufbahn des Shuttles zur Äquatorebene nur aus dem Bereich zwischen den beiden 60. Breitengraden vor.

Siehe auch

WorldDEM

Literatur

Michael Abrams, Simon Hook: ASTER User Handbook. Version 2. NASA/JPL/Caltech, Bhaskar Ramachandran EROS Data Center, Pasadena (CA), Sioux Falls 2002 (PDF 3,6 MB)

Weblinks

Commons: ASTER – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

ASTER: Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer – offizielle Homepage des Instruments auf einer Subdomain des Jet Propulsion Laboratory (englisch)

Einzelnachweise

ASTER Overview (Memento vom 27. Juni 2015 im Internet Archive) Online-Präsenz des NASA Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC)
ASTER User Advisory (updated: January 14, 2009) (Memento vom 5. März 2013 im Internet Archive) Hinweis für Datennutzer auf der Online-Präsenz des NASA Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC)
Alan Buis: NASA, Japan Make ASTER Earth Data Available At No Cost. Internetpräsenz der National Aeronautics and Space Administration (nasa.gov), 1. April 2016
M. Abrams, S. Hook: ASTER User Handbook. 2012 (siehe Literatur), S. 10
ASTER Data for Affiliated Users (Memento vom 13. Februar 2013 im Internet Archive) Online-Präsenz des NASA Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC)
New Version of the ASTER GDEM. NASA EarthData, 5. August 2019, abgerufen am 2. Januar 2020
Michael Abrams: ASTER Global Water Bodies Database User Guide. Version 1. Japan’s Ministry of Economy, Trade, and Industry (METI) – National Aeronautics and Space Administration (NASA) Jet Propulsion Laboratory – California Institute of Technology, Juli 2019 (PDF 280 kB)

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[lpdaac_ASTER_overview-1] ASTER Overview (Memento vom 27. Juni 2015 im Internet Archive) Online-Präsenz des NASA Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC)

[2] ASTER User Advisory (updated: January 14, 2009) (Memento vom 5. März 2013 im Internet Archive) Hinweis für Datennutzer auf der Online-Präsenz des NASA Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC)

[Buis_2016-3] Alan Buis: NASA, Japan Make ASTER Earth Data Available At No Cost. Internetpräsenz der National Aeronautics and Space Administration (nasa.gov), 1. April 2016

[4] M. Abrams, S. Hook: ASTER User Handbook. 2012 (siehe Literatur), S. 10

[5] ASTER Data for Affiliated Users (Memento vom 13. Februar 2013 im Internet Archive) Online-Präsenz des NASA Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC)

[6] New Version of the ASTER GDEM. NASA EarthData, 5. August 2019, abgerufen am 2. Januar 2020

[7] Michael Abrams: ASTER Global Water Bodies Database User Guide. Version 1. Japan’s Ministry of Economy, Trade, and Industry (METI) – National Aeronautics and Space Administration (NASA) Jet Propulsion Laboratory – California Institute of Technology, Juli 2019 (PDF 280 kB)