Satellitengestütztes NISAR eröffnet neue Möglichkeiten für die Vulkanüberwachung – erste praktische Anwendungen veröffentlicht
In der Vulkanologie kommt der Fernerkundung der Feuerberge eine immer größer werdende Rolle zu. Neben Drohnen kommen vor allem Satelliten zum Einsatz, die immer weiter entwickelt werden und den Forschern neue Perspektiven erschließen. Mit dem NASA-ISRO-Satelliten NISAR steht Vulkanologen so ein neues Erdbeobachtungsinstrument zur Verfügung, das die Möglichkeiten der Radarfernerkundung deutlich erweitert. NISAR ist dabei keine neue Variante der bekannten InSAR-Methode. Vielmehr handelt es sich um einen Satelliten, der zwei leistungsfähige Synthetic-Aperture-Radar-Systeme kombiniert und damit besonders systematische Beobachtungen der Erdoberfläche ermöglicht.
Eine Besonderheit ist die Kombination von Radarwellen aus L-Band und S-Band. Das von der NASA bereitgestellte L-Band arbeitet mit einer Wellenlänge von etwa 24 Zentimetern, während das von der indischen Raumfahrtorganisation ISRO entwickelte S-Band eine Wellenlänge von 9,4 Zentimetern besitzt. Zusätzlich verfügt NISAR über eine große Beobachtungsbreite von mehr als 240 Kilometern und erreicht je nach Aufnahmemodus eine Auflösung von etwa 3 bis 10 Metern.
Ermöglicht wird diese große Beobachtungsbreite – im Fachjargon als Schwadbreite bezeichnet – durch einen extrem großen Radarreflektor mit einem Durchmesser von 12 Metern, der erst im Weltraum entfaltet wird. Die aus einem goldbeschichteten Drahtgeflecht bestehende Antenne sitzt am Ende eines etwa neun Meter langen Auslegers. Sie bildet das zentrale Element des Radarsystems: Die von den Instrumenten ausgesendeten Radarwellen werden auf den Reflektor geleitet, von diesem gebündelt und schräg zur Erdoberfläche abgestrahlt. Die von der Erde zurückgestreuten Signale werden anschließend vom Reflektor wieder auf die Empfangseinheit konzentriert.
Der Satellit überfliegt dieselben Gebiete regelmäßig und tastet die Geländeoberfläche mit seinem Radar ab: Auf- und absteigende Umlaufbahnen ermöglichen im Mittel Beobachtungen des Geländes etwa alle sechs Tage. Aus den Daten lassen sich Visualisierungen der Landoberfläche erstellen.
Für Vulkanologen ist insbesondere das L-Band interessant. Die längere Wellenlänge weist unter bestimmten Bedingungen eine geringere zeitliche Dekorrelation auf und kann dadurch auch über vulkanischem Gelände eine stabile Grundlage für interferometrische Zeitreihen liefern. Wie bei herkömmlichem InSAR lassen sich aus wiederholten Radaraufnahmen kleinste Veränderungen der Erdoberfläche bestimmen. NISAR kann damit beispielsweise Aufwölbungen und Absenkungen des Bodens erfassen, die durch aufsteigendes oder sich verlagerndes Magma entstehen. Die Mission ist ausdrücklich darauf ausgelegt, Deformationen und Veränderungen an Vulkanen systematisch zu untersuchen.
Erster NISAR-Einsatz am äthiopischen Vulkanduo Hayli Gubbi und Erta Alé
Wie vielseitig die Daten eingesetzt werden können, zeigen zwei aktuelle Beispiele von Vulkanausbrüchen, über die Vnet bereits ausführlich berichtet hat. Bei der Eruption des Hayli Gubbi, die sich 2025 im äthiopischen Afar-Gebiet ereignete, untersuchten Wissenschaftler um WenbinXu von der Central South University die Bodendeformation und beobachteten, dass im Bereich des benachbarten Erta Alé die größten Veränderungen stattfanden. NISAR-L-Band-Daten wurden mit Sentinel-1-C-Band-Daten kombiniert. Aus den unterschiedlichen Blickrichtungen konnte ein dreidimensionales Deformationsfeld berechnet werden. Die Messungen zeigten eine deutliche Absenkung und horizontale Kontraktion der Erta-Alé-Caldera. Daraus modellierten die Forscher zwei kontrahierende, flache Dykes unter dem Vulkan. NISAR machte damit einen unterirdischen magmatischen Prozess sichtbar, der sich an der Oberfläche durch großräumige Verformungen verriet. Tatsächlich ging die Eruption des Hayli Gubbi mit einem Ablaufen des Lavasees und eines unterirdischen Magmaspeichers im Erta Alé einher und könnte von diesen ausgelöst worden sein.
Wachstum des Lavastroms am Krasheninnikov dokumentiert
Ein zweites Beispiel stammt vom russischen Krasheninnikov auf der Halbinsel Kamtschatka. Der Vulkan brach ebenfalls 2025 nach einem Megabeben aus, womit seine mehr als 500jährige Ruhe beendet wurde. Dort wurde NISAR nicht primär zur Messung unterirdischer Deformation eingesetzt, sondern zur direkten Beobachtung der Eruptionsentwicklung. Seit Dezember 2025 überflog der Satellit den Vulkan mehrfach und tastete mit seinem Radar die Oberfläche des Vulkans ab. Aus 17 Aufnahmen bis August 2026 entstand eine Zeitraffersequenz, die zeigt, wie Lava zunächst eine kleinere innere Caldera auffüllt, anschließend in den größeren Krater überläuft und sich schließlich fächerförmig über die Vulkanflanke ausbreitet.
Damit zeigen beide Beispiele die Bandbreite von NISAR: Im Fall des Erta Alé lassen sich verborgene Magmenbewegungen anhand der Oberflächendeformation untersuchen, während Krasheninnikov demonstriert, wie sich die Entwicklung eines Lavastroms über Monate hinweg verfolgen lässt. Die Stärke von NISAR liegt somit weniger in einer völlig neuen Messmethode als in der Kombination aus zwei Radarfrequenzen, hoher räumlicher Auflösung, großer Flächenabdeckung und regelmäßigen Wiederholungsaufnahmen. Für die Vulkanüberwachung entsteht dadurch eine besonders wertvolle globale Zeitreihe.
(Quellen: NASA, Jet Propulsion Laboratory, Sciencedirect)