Die Erde und ihre Idealmaße

5. April 2011, 20:02
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Die Esa stellte das bislang präziseste Modell des Erdschwerefelds vor - Damit soll ein genauerer Blick auf die Abläufe auf der Oberfläche, aber auch im Inneren unseres Planeten möglich sein

Betrachtet man das Schwerefeld der Erde, wirkt unser Planet wie ein Punching-Ball, an dem jemand seine Wut ausgelassen hat. "Oder wie eine rotierende Kartoffel", sagt Roland Pail vom Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie von der Technischen Universität München (TUM). Der aus Österreich stammende Wissenschafter bevorzugt aber eindeutig den Fachausdruck Geoid.

Dieses Geoid ist ein gedachter Körper, der die Oberfläche eines hypothetischen, die gesamte Erde vollständig bedeckenden Weltozeans darstellt, der allein durch die Schwerkraft geformt wird - jene Kraft, die Newtons Apfel zu Boden fallen ließ. "Diese ist nicht überall gleich", erklärt Pail. "Sobald man im Erdinneren inhomogene Massenverteilungen hat, zeigt die Erde keine konstante Dichte mehr. Dementsprechend verändert sich die Schwerkraft und damit das Geoid." So machen sich in dem Modell Gebiete mit geringer Schwerkraft als "Dellen" bemerkbar, starke Anziehungskraft als "Beule".

Zweiter "Earth Explorer"

An der TUM wurde auf einem zweitägigen Workshop der Europäischen Weltraumagentur Esa Ende vergangener Woche das bisher präziseste Modell dieses globalen Schwerefelds vorgestellt. Errechnet wurde es auf Basis der Daten, die der Esa-Erdbeobachtungs-Satellit Goce (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) lieferte. Er ist seit März 2009 im All und der zweite Satellit in der Serie der "Earth Explorer" die als Teil des "Living-Planet-Programms" der Esa entwickelt wurden.

"Seit den 1990er-Jahren hat die Esa größere Erdbeobachtungsmissionen gestartet", erklärt Thomas Geist von der Agentur für Luft- und Raumfahrt (ALR), der Vertretung Österreichs in der Europäischen Weltraumorganisation. Als Teil der Forschungsförderungsgesellschaft FFG soll die ALR zudem Andockstation der heimischen Wirtschaft und Wissenschaft zur internationalen Raumfahrtszene sein. Geist erinnert an Envisat, den bekanntesten Umweltsatelliten der Esa. "Er ist nur ein Beispiel dafür, dass Erdbeobachtung vom Weltall aus einen Schwerpunkt der europäischen Raumfahrt darstellt", sagt er. Ziel sei es, die "Teilsysteme des Systems Erde" besser zu verstehen.

Allroundern wie Envisat würden nun sukzessive "Spezialisten" mit häufig nur einem hochsensiblen Messinstrument an Bord folgen. So wie Goce, der mit einem Gradiometer-Messgerät ausgestattet ist, das alle räumlichen Dimensionen erfasst.

Globale Wasserwaage

Obwohl in den letzten Jahren zahlreiche Schweremessungen auf der Erde durchgeführt wurden, bietet der Zugang zum Weltraum die Möglichkeit, präzisere Messdaten über das Schwerefeld zu erhalten. In diesem Zusammenhang erzählen die Geodäten gerne vom Bau des Tunnels unter dem Ärmelkanal: Damals hätte man mit Schrecken festgestellt, dass die angenommene Meereshöhe zwischen Großbritannien und dem Kontinent um rund einen halben Meter variierte. Das lag daran, dass Frankreich und Großbritannien den Meeresspiegel an verschiedenen Orten messen. Österreich richtet sich zum Beispiel nach dem Meeresspiegel in Triest.

Fehler wie beim Eurotunnelbau sollten mit den Daten von Goce nicht mehr passieren, die Forscher streben sozusagen eine globale Wasserwaage an und damit ein neues, weltweit gültiges Referenzsystem für Höhenmessungen. Reiner Rummel, Mitinitiator der Goce-Mission und bis vor Kurzem Professor für Astronomische und Physikalische Geodäsie an der TUM, erklärt: "Wir empfangen einen steten Strom von Gradiometerdaten von Goce und sind mit jedem neuen Zweimonatszyklus in der Lage, das von Goce erstellte Modell des Schwerefelds weiter zu verbessern." Nun sei es an der Zeit, die Goce-Daten wissenschaftlich zu untersuchen und erste Anwendungen zu entwickeln, sagt er. Die ersten ozeanografischen Ergebnisse beispielsweise hätten gezeigt, dass Goce dynamische Topografie- und Strömungsmuster der Ozeane mit sehr guter Qualität und Auflösung bereitstellt. Für Ozeanografen sind diese deshalb interessant, weil man mit ihnen die großen Meeresströmungen und deren Auswirkungen auf das Weltklima genauer untersuchen kann. Denn Golfstrom und Co sind sowohl von der Erdrotation als auch von den Schwereverhältnissen auf der Erde abhängig. "Wir können damit zum ersten Mal global, nicht nur aus numerischen Modellen, die Ozeanzirkulation erfassen", sagt Rory Bingham, Ozeanograf an der Newcastle University.

Berechnungen in Graz

Die Meeresströmungen transportieren Wärme und große Wassermassen durch die Weltmeere, erklärt er weiter. So sei es durchaus möglich, dass die Kuroshio-Strömung, die an der Ostküste Japans vorbeifließt, radioaktives Material aus Fukushima mit sich führt. Durch das Beben sei Japans Landmasse außerdem um rund 2,3 Meter verschoben worden. Welche Auswirkungen das letztendlich auf das Schwerefeld unseres Planeten hat, werden die nächsten Daten des Satelliten zeigen, sagen die Forscher.

Rummels Nachfolger als Vorsitzender des European Goce Gravitiy Consortium ist Roland Pail. Diese Gruppe von zehn europäischen Instituten aus sieben Ländern wertet die Daten aus, die der Satellit sendet. Teil dieser Gruppe ist auch das Institut für Navigation und Satellitengeodäsie der TU Graz, an dem Pail tätig war, bevor er an die TUM kam. Er leitete dort auch das Projekt Iceage, das sich, gefördert vom Austrian Space Applications Programme (ASAP), mit der Veränderung der globalen Eisflächen und Gletscher beschäftigte - ebenfalls auf Basis der Goce-Daten. (Markus Böhm aus München/DER STANDARD, Printausgabe, 06.04.2011)

 

  • Goce (unten) liefert Daten über das Schwerefeld der Erde. Da es in seinem niedrigen Orbit (rund 255 Kilometer) noch eine Restatmosphäre gibt, braucht er Flügel und ein Ionentriebwerk, um seine Position zu halten. Die niedrige Umlaufbahn wurde gewählt, um ein möglichst starkes Signal messen zu können.
    foto: esa

    Goce (unten) liefert Daten über das Schwerefeld der Erde. Da es in seinem niedrigen Orbit (rund 255 Kilometer) noch eine Restatmosphäre gibt, braucht er Flügel und ein Ionentriebwerk, um seine Position zu halten. Die niedrige Umlaufbahn wurde gewählt, um ein möglichst starkes Signal messen zu können.

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