Het aardoppervlak
in drie dimensies

Bij zijn terugkeer op Amerikaanse bodem op 22 februari 2000 had de spaceshuttle Endeavour meer gegevens over het aardoppervlak verzameld dan in de dertig jaar daarvoor bij elkaar zijn gesprokkeld. Tijdens een elf dagen durende missie tastte het ruimtevaartuig met een radar ruim 80 procent van het vaste land af.

Het omzetten van de ruwe gegevens in een digitale topografische kaart kostte wetenschappers van het Jet Propulsion Laboratory meer hoofdbrekens dan gedacht: Na anderhalf jaar in plaats van de geplande twaalf maanden is vorige maand het eerste deel gepresenteerd. Het betreft een gebied van 20.500 vierkante kilometer (ongeveer de helft van de oppervlakte van Nederland) in de staat Colorado.

Begin 2003 hopen de onderzoekers de totale informatiestroom te hebben verwerkt. De Endeavour verzamelde enkele terabytes aan gegevens. Dat zijn miljoenen megabytes, de capaciteit van meer dan 13.000 compactdiscs.

De Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) is een samenwerkingsverband tussen de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA en de National Imagery and Mapping Agency (NIMA), een onderdeel van het ministerie van Defensie dat het project voor een belangrijk deel financiert. Ook de Duitse en Italiaanse ruimtevaartorganisatie werken mee.

Amerikaanse leger
Het resultaat van de missie is een uiterst gedetailleerde kaart, die niet alleen ruige bergen, steile kliffen, barre vlakten en rivieren toont, maar ook wegen, bruggen, bossen en gletsjers. Het scheidend vermogen van de radar waarmee de shuttle de aardbodem aftastte is minder dan 30 meter.

Vanuit zijn baan om de aarde was het voor de apparatuur aan boord van de Endeavour niet mogelijk om het gehele oppervlak te bestrijken. De beide polen bleven buiten beeld; het gebied boven 60 graden noorderbreedte en onder 56 graden zuiderbreedte. Dat betekent dat ongeveer viervijfde deel van de aarde in kaart is gebracht. De overige 20 procent bestaat zonder uitzondering uit dunbevolkte gebieden: de kop van Scandinavië, Siberië, een deel van Canada en heel Antarctica.

Hoewel de kaart vooral voldoet aan de wensen van het Amerikaanse leger, is de informatie ook van groot wetenschappelijk belang. Met grote precisie heeft de shuttle de gevolgen van erosie, vulkanen, aardbevingen en overstromingen in kaart gebracht. Bedrijven tasten voor relevante informatie graag in de buidel. Met de gegevens is bijvoorbeeld eenvoudig de beste plaats voor een zendmast voor mobiele telefoons te bepalen of een gedetailleerde wegenkaart samen te stellen.

De digitale versie van de wereldkaart is niet alleen vanuit de hoogte te bewonderen. Door het gezichtspunt te veranderen is het mogelijk om als een reus tussen de bergen door te wandelen of –in het geval van een vluchtsimulator– er vlak langs te vliegen.

Robotarm
Voor het verzamelen van de gegevens is de ruim 37 meter lange spaceshuttle uitgerust met een zestig meter lange robotarm, de langste mast die ooit in de ruimte is gebruikt. Aan het uiteinde van de arm is een radar bevestigd, in de openstaande bagageruimte van de shuttle zit een tweede exemplaar.

Een radar zendt radiogolven uit. Wanneer ze op hun weg ergens tegenaan botsen, kaatsen ze terug. Een antenne pikt de weerkaatste signalen op. Radiogolven planten zich voort met de snelheid van het licht. De tijd die het signaal erover doet om terug te keren, is een maat voor de afstand tot het object. Een gevoelige radar kan hoogteverschillen nauwkeurig in kaart brengen. Op aarde smeden computers de brei aan gegevens aaneen tot een haarscherpe afbeelding.

In totaal heeft de Endeavour 159 rondjes om de planeet gedraaid, op een hoogte van 233 kilometer. Per minuut bestreek het ruimtevaartuig een gebied van 100.000 vierkante kilometer. Veel plaatsen zijn diverse keren gescand. Een radar heeft nauwelijks beperkingen. Het instrument 'kijkt' door wolken heen en kan ook 's nachts meten.

Door het gebruik van twee radars is het mogelijk een driedimensionaal beeld te verkrijgen. Beide instrumenten bekijken het aardoppervlak vanuit een iets andere hoek. De twee radars zijn te vergelijken met onze ogen, die zo'n vijf centimeter uit elkaar staan. Doordat beide ogen de wereld vanuit een andere hoek bekijken, zijn de hersenen in staat afstanden te bepalen. Met één oog is het onmogelijk ruimtelijk te zien. Het beeld wekt weliswaar de schijn dat het driedimensionaal is, maar dat komt omdat de dingen die we waarnemen deels achter elkaar staan. Bij het vangen van een bal blijkt dat schijn bedriegt: afstand inschatten is nagenoeg onmogelijk.

De beide beelden die de radars samenstellen, zijn door hun onderlinge afstand iets verschillend. Viewmasters –kinderspeelgoed waarmee driedimensionale plaatjes kunnen worden bekeken– en 3D-brillen maken gebruik van hetzelfde effect. Het beeld dat elk oog ziet, verschilt iets doordat het tot stand is gekomen met twee afzonderlijke camera's waarvan de lenzen dezelfde onderlinge afstand hebben als onze ogen. Doordat elk oog een ander fotootje voor zich heeft, krijgt de afbeelding diepte.

Venus
De techniek achter de missie is niet nieuw, zegt Tom Farr, projectleider van SRTM. Het ruimtevaartuig Magellan heeft tien jaar geleden al op dezelfde manier het oppervlak van de buurplaneet Venus in kaart gebracht. Een radar was de enige optie omdat het planeetoppervlak onmogelijk te fotograferen is. Venus is omringd door een ondoordringbaar wolkendek.

Het werd hoog tijd dat ook de eigen planeet met een radar in kaart werd gebracht, aldus de projectleider. „Op dit moment bestaan er betere driedimensionale kaarten van onze buurplaneten Venus en Mars dan van onze eigen planeet.” De eerste resultaten zijn te zien op de site van SRTM, www.jpl.nasa.gov.

Shuttle Radar Topography Mission:
www.jpl.nasa.gov