Neues Schwerefeldmodell der Erde
Satellit GOCE lieferte die bislang genauesten Messungen des irdischen Gravitationsfelds.
Nur vier Monate nach dem Eintreffen des letzten Datenpakets von der ESA-Satellitenmission GOCE – dem „Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer“ – hat das von der TU München koordinierte GOCE Gravity Consortium das fünfte und endgültige GOCE-Schwerefeldmodell veröffentlicht. Beendet sind die Arbeiten damit nicht – die Wissenschaftler erwarten noch viele weiterer Resultate. GOCE lieferte die bislang genauesten Messungen des Gravitationsfelds der Erde. Auf dieser Grundlage durchgeführte Arbeiten in den Fachgebieten Geophysik, Geologie, Meeresströmungen, Klimawandel und Bauwesen zeichnen ein präziseres Bild unseres dynamischen Planeten.
Abb.: Geschwindigkeit des Golfstroms in Metern pro Sekunde. Mit dem GOCE-Gravitationsmodell der Erde können Wissenschaftler die Geschwindigkeit der Meeresströmungen vom Weltraum aus bestimmen. (Bild: TUM)
Von seinem Start im März 2009 bis zu seinem Wiedereintritt in die Atmosphäre im November 2013 umkreiste der Satellit 27.000 Mal die Erde. Er vermaß die winzigen Unterschiede im Schwerefeld, die die ungleiche Masseverteilung in den Ozeanen, Kontinenten und tief im Erdinneren widerspiegeln. Etwa 800 Millionen Beobachtungen flossen in die Berechnung des endgültigen Modells ein. Dieses besteht aus 75.000 Schwerefeldparametern und stellt das Gravitationsfeld mit einer räumlichen Auflösung von etwa 70 km dar. Mit jeder Modellversion nahm die Zahl der zugrundeliegenden Daten und damit die Modellgenauigkeit weiter zu. Die Variationen des Geoids – die von der Schwerkraft bestimmte physikalische Figur der Erde, die als globale Bezugsgröße des Meeresspiegels und zur Angabe von Höhen dient – können nun mit auf Zentimeter genau angegeben werden – in einem Modell, das ausschließlich auf GOCE-Daten basiert.
Das fünfte und endgültige GOCE-Schwerefeldmodell profitiert zudem von zwei besonderen Beobachtungsphasen. Nach den ersten drei Betriebsjahren wurde die Umlaufbahn des Satelliten von 255 auf 225 km abgesenkt, um die Empfindlichkeit der Schwerkraftmessungen zu erhöhen und damit noch detailliertere Strukturen des Gravitationsfelds zu erfassen. Zudem lieferten fast alle Instrumente während des kontrollierten Wiedereintritts in die Atmosphäre weiterhin Messungen. Sie riefen weit über die „Gravitationsgemeinde“ hinaus großes Interesse hervor, beispielsweise bei Wissenschaftlern, die sich mit Luft- und Raumfahrttechnik, Atmosphärenforschung und Weltraumschrott befassen.
Durch die „Gravitationsbrille“ können Forscher nun ein Bild unseres Planeten zeichnen, das die auf Licht, Magnetismus und seismischen Wellen beruhenden Darstellungen ergänzt. Wissenschaftler können die Geschwindigkeit der Meeresströmungen vom Weltraum aus bestimmen, das Ansteigen des Meeresspiegels und das Abschmelzen der Eisdecken verfolgen, verborgene Strukturen der kontinentalen Geologie aufdecken und sogar Einblick in die der Plattentektonik zugrunde liegenden Konvektionsmechanismen erhalten.
TUM / RK
