Optik, Strahlung, Fernerkundung an der Universität Hamburg

• Vorstellung: Licht breitet sich in homogenem Material  geradlinig aus. 
• An der Grenze zwischen zwei homogenen isotropen Materialien wird das Licht im Allgemeinen nach dem Reflexionsgesetz reflektiert und nach dem Brechungsgesetz gebrochen. 
• Der Strahlengang ist umkehrbar, die Lichtrichtung auf einem Lichtstrahl ist belanglos. 
• Die Lichtstrahlen durchkreuzen einander, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.

Atmospheric InfraRed Sounder

--> Instrument

• Modernes hyperspektrales Instrument wie IASI
• Teil von synergystischen Instrumenten - viele nacheinander
• Horizontale Auflösung nicht so gut, dafür über 2000 Spektrale Kanäle
• Liefert Temperaturprofil und Wasserdampfprofil
• Vertikale Auflösung kommt aus der spektralen! Wissen über Absorptionbanden
• Vertikal Profil von Spurengasen durch Vergleich von benachbarten Frequenzen

James Clerk Maxwell

1831-1879

--> Maxwell Gl. essentiell für Beschreibung der Phänomene im Elekromagnetismus 

--> Zusammenhang zwischen E und B Feld, elektrischen und magnetischen Strömen

Brechung: Änderung der Ausbreitungsrichtung einer Welle aufgrund einer räumlichen Änderung ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit

Beugung: Ablenkung von Wellen an einem Hindernis

Instrument

• Advanced Very High Resolution Radiometer --> Standard Meteorologischer Sensor für Bilder
• Auf Polarumlaufenden Satelliten
• Sowie SEVERI Instrument auf METEOSAT
• Auf allen METOP und NOAA
• Scannt fast 3000km und räumliche Auflösung 1km dafür spektrale nicht so gut
• Für vieles Kanäle geschickt kombinieren

Sichbaren: Gemessen wird das reflektierte Sonnenlicht --> Wolken erscheinen hell (hohe Albedo)

IR-Bereich: Wolken sind kälter als der Erdboden --> haben daher weniger IR Abstrahlung und müssten schwarz erscheinen --> Umdrehen der Grauskala

Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Satelliten verhalten sich wie die Kuben (dritten Potenzen) der großen Halbachse der Ellipse.

• Wellenbild --> Maxwell Gleichungen 
• Teilchenbild --> Einstein / Planck 
• Strahlenbild --> Geometrische Optik 
• Radianzbild (Energie/(Fläche, Raumwinkel, Frequenzintervall)) --> Strahlungstransfergleichung 
• Energiebilanzbild --> Strahlungsflüsse, Heating Rates, Thermodynamik

Die Satelliten bewegen sich auf elliptischen Bahnen. In einem ihrer Brennpunkte steht die Erde.

--> Dispersionsrelation ist die Beziehung zwischen der Kreisfrequenz ω und der Kreiswellenzahl k - Im einfachsten Fall proportional also keine Dispersion, wenn aber...

 𝑛 = 𝑛 (𝜈) , dann gibt es Dispersion. Man spricht dann von einem dispersiven Medium. Luft ist nicht dispersiv, Glas schon.

Ein von der Erde zum Satelliten gezogener Fahrstrahl überstreicht in gleichen Zeiten gleich große Flächen.

1 Raumdimension: Ebene Welle 

2 Raumdimensionen: Zylinderwelle 

3 Raumdimensionen: Kugelwelle