Entwicklung, Implementierung und Erprobung eines planetaren Informationssystems auf Basis von ArcGIS

Kurzfassung

Mit der Entwicklung der modernen Raumfahrt Mitte der 60er-Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts und der Eroberung des Weltraums brach eine neue Epoche der bis dato auf Beobachtungen mit dem Teleskop gestützten planetaren Forschung an. Während des Wettrennens um die technologische Führerschaft im All zur Zeit des Kalten Krieges war das erste Ziel die Entsendung von Satelliten zur Erdbeobachtung, denen aber schon bald Sonden zum Mond und den benachbarten Planeten folgten. Diese Missionen lieferten eine enorme Fülle von Informationen in Form von Bildern und Messergebnissen in unterschiedlichen Datenformaten. Diese galt und gilt es zu strukturieren, zu verwalten, zu aktualisieren und zu interpretieren. Für die Interpretation terrestrischer Daten werden geographische Informationssysteme (GIS) hinzugezogen, die jedoch für planetare Anwendungen aufgrund unterschiedlicher Voraussetzungen nicht ohne weiteres eingesetzt werden können. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit die für die Verwaltung von geographischen Daten der Erdfernerkundung kommerziell erhältliche Software ArcGIS Desktop 9.0 / 9.1 (ESRI) mit eigenen Programmen und Modulen für die Planetenforschung angepasst. Diese ermöglichen die Aufbereitung und den Import planetarer Bild- und Textinformation in die kommerzielle Software. Zusätzlich wurde eine planetare Datenbank zur Speicherung und zentralen Verwaltung der Informationen aufgebaut. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Softwarekomponenten ermöglichen die schnelle und benutzerfreundliche Aufbereitung der in der Datenbank gehaltenen Informationen und das Auslesen in Dateiformate, die für geographische Informationssysteme geeignet sind. Des Weiteren wurde eine „Werkzeugleiste“ für ArcGIS entwickelt, die das Arbeiten mit planetaren Datensätzen beträchtlich beschleunigt und vereinfacht. Sie beinhaltet auch Module zur wissenschaftlichen Interpretation der planetaren Informationen, wie beispielsweise der Berechnung der Oberflächenrauigkeit der Marsoberfläche inklusive der flächendeckenden Kalibrierung der Eingangs-Basisdaten. Exemplarisch konnte gezeigt werden, dass das Verfahren eine verbesserte Berechnung der Oberflächenrauigkeit ermöglicht, als bisher angewandte Ansätze. Zudem wurde eine auf ArcGIS basierende Prozesskette zur Berechnung von hierarchischen Flussnetzen entwickelt und erprobt. Das terrestrische Beispiel, die Analyse eines Abflusssystems auf Island, zeigte eine sehr große Übereinstimmung der errechneten Gewässernetze mit den morphologischen Gegebenheiten vor Ort. Daraus ließ sich eine hohe Genauigkeit der mit demselben Ansatz errechneten Gewässernetze auf dem Mars ableiten. Auf der Grundlage der in dieser Arbeit entwickelten Programme und Module lassen sich auch Daten zukünftiger Missionen aufbereiten und in ein solches System einbinden, um diese mit eigenen Ansätzen zu verwalten, zu aktualisieren und für neue wissenschaftliche Fragestellungen perfekt anzupassen, einzusetzen und zu präsentieren, um so neue wissenschaftliche Erkenntnisse in der Planetenforschung zu gewinnen.