Going Hyperspectral for CHIME – Die Copernicus Hyperspectral Imaging Mission for the Environment

Hyperspektraler Bildwürfel, der den Vesuv in Italien zeigt. Kredit: JPL

Mit etwas gelockerten Covid-Beschränkungen konnten sich Wissenschaftler aus Europa und den USA endlich für ein lang erwartetes Feldexperiment zusammenschließen, um sicherzustellen, dass ein neuer Copernicus-Satellit namens CHIME die bestmöglichen Datenprodukte liefert, sobald er in Betrieb ist Orbit. Diese neue Mission wird entwickelt, um die EU-Politik zur Bewirtschaftung natürlicher Ressourcen zu unterstützen und letztendlich dazu beizutragen, das globale Problem der Ernährungssicherheit anzugehen.

Die Copernicus Hyperspectral Imaging Mission, CHIME, wird ein einzigartiges Spektrometer für sichtbares bis kurzwelliges Infrarot mit sich führen, um routinemäßige hyperspektrale Beobachtungen bereitzustellen, um neue und verbesserte Dienste für ein nachhaltiges Landwirtschafts- und Biodiversitätsmanagement sowie die Charakterisierung von Bodeneigenschaften zu unterstützen. Die Mission wird Copernicus Sentinel-2 für Anwendungen wie die Kartierung der Landbedeckung ergänzen. Kredit Thales Alenia Space

Mit einem neuartigen bildgebenden Spektrometer wird die CHIME-Mission systematische hyperspektrale Bilder liefern, um Veränderungen der Landbedeckung zu kartieren und nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken zu unterstützen. Es wird auch verwendet, um verschiedene Bodeneigenschaften zu erkennen, um Maßnahmen zur Verbesserung der Bodengesundheit zu ergreifen. Darüber hinaus wird CHIME verwendet, um die Waldbewirtschaftung und Bewertungen der Biodiversität, der Nachhaltigkeit von Ökosystemen und der Umweltzerstörung zu unterstützen und See- und Küstenökosysteme einschließlich der Wasserqualität zu überwachen.

Um CHIME bestmöglich auf seine zukünftigen Aufgaben vorzubereiten, und im Rahmen einer Kooperation zwischen ESA und NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) haben sich Wissenschaftler kürzlich für die Hypersense-Experimentkampagne zusammengeschlossen, die 2020 stattfinden sollte, aber aufgrund von Covid-Beschränkungen verschoben werden musste.

Bei der von der Universität Zürich geleiteten Aktion ging es zunächst darum, ein Flugzeug und ein Messgerät des JPL aus den USA auf den Luftwaffenstützpunkt Dübendorf bei Zürich in der Schweiz zu bringen. Das Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer der nächsten Generation, AVIRIS, ähnelt den Fähigkeiten, die CHIME im Orbit haben wird.

Mit AVIRIS durchgeführte Messungen an mehr als 20 Teststandorten, die verschiedene Arten von Ökosystemen repräsentieren, helfen Wissenschaftlern und Ingenieuren, sich darauf vorzubereiten und sicherzustellen, dass CHIME seinen Dienst aufnehmen und qualitativ hochwertige diagnostische und quantitative Daten liefern kann, sobald es im Orbit und in Betrieb ist .

Landwirtschaftliche Felder in Irlbach, Deutschland, von AVIRIS. Kredit: JPL

Die meisten dieser Flüge fielen mit Bodenmessungen zusammen, um die vom Bordinstrument gesammelten Daten weiter auszuwerten.

Im Rahmen dieser Luft- und Feldkampagne wurde auch eine Kooperation mit der italienischen Weltraumbehörde ASI eingegangen, um die Teststandorte mit ihrem Satellitenbildspektrometer namens PRISMA aus dem All zu beobachten. Darüber hinaus lieferte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hyperspektrale Bilder seines Sensors DESIS, einem bildgebenden Spektrometer, das von der Internationalen Raumstation ISS auf die Erde blickt.

Die resultierenden Datensätze umfassen zeitgleiche Boden-, Luft- und Weltraumbeobachtungen für eine verbesserte diagnostische und quantitative Analyse dieser bildgebenden Spektrometer-Fingerabdruckdaten, die aus der Beobachtung des Ziels mit Hilfe angrenzender Spektralbänder zwischen dem blauen und dem kurzwelligen Infrarot (400– 2500 nm).

Michael Rast, Missionswissenschaftler der ESA für CHIME, sagte: „Die Datensätze werden uns helfen, zukünftige CHIME-Datenprodukte zu erstellen und zu bewerten, einschließlich spezifischer landwirtschaftlicher Vegetationskomponenten wie Chlorophyll und Stickstoff, und den Kohlenstoffgehalt in Böden zu quantifizieren und so die Verbesserung der landwirtschaftlichen Praktiken und des Managements zu unterstützen .“

Die Zusammenarbeit mit der NASA, in deren Rahmen diese Kampagne durchgeführt wird, umfasst auch eine abgestimmte Vorbereitung zwischen CHIME und der Mission Surface Biology Geology der NASA, die ähnliche Spektrometer-Beobachtungseigenschaften wie CHIME aufweist. Beide Missionen sollen in der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts starten.

Vorflugbesprechung der CHIME-Kampagne. Quelle: Universität Zürich

Robert O. Green, Principal Investigator von AVIRIS-NG, sagte: „Dies war eine herausfordernde Kampagne aus der Perspektive von Covid und Wetter, aber das Team beharrte und sammelte eine außergewöhnliche Gruppe von bildgebenden Spektroskopie-Datensätzen, um sowohl die CHIME als auch die Oberflächenbiologie der NASA zu unterstützen zukünftige Missionen zum Wohle unseres Planeten.“

„Da Ernährungssicherheit ein globales Problem ist, ist es von entscheidender Bedeutung, dass Raumfahrtagenturen zusammenarbeiten, damit wir unser relatives Know-how und unsere Ressourcen nutzen können, um die besten Ergebnisse zu erzielen. In diesem Fall arbeiten ESA, NASA, ASI und DLR mit hochrangigen Wissenschaftlern aus der ganzen Welt zusammen Europa, den USA, Israel und Australien – das ist absolut fabelhaft“, ergänzte Dr. Rast.