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GOCE-Gravitationsmodell: Erste Erkenntnisse

erstellt von eschick zuletzt verändert: 27.11.2014 13:26

Nur vier Monate nach dem Eintreffen des letzten Datenpakets von der GOCE-Satellitenmission legen die Forscher eine reiche Ausbeute an wissenschaftlichen Erkenntnissen über das Gravitationsfeld der Erde vor. Beendet sind die Arbeiten damit nicht – die Wissenschaftler erwarten sich eine ganze Reihe weiterer Resultate.

27.000 Mal hatte GOCE die Erde umrundet und Daten gesammelt, ehe er im Herbst 2013 wie geplant in der Atmosphäre verglühte. (Bild: ESA/Projektbüro GOCE)Die Satellitenmission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), der Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer (GOCE), lieferte die bislang genauesten Messungen des Gravitationsfeldes der Erde. Das von der Technischen Universität München (TUM) koordinierte GOCE Gravity Consortium erzeugte sämtliche Datenprodukte der Mission, einschließlich des fünften und endgültigen GOCE-Schwerefeldmodells. Auf dieser Grundlage durchgeführte Arbeiten in den Fachgebieten Geophysik, Geologie, Meeresströmungen, Klimawandel und Bauwesen zeichnen ein präziseres Bild unseres dynamischen Planeten – wie das Programm des in Paris stattfindenden 5. International GOCE User Workshop zeigt.

Die Meeresströmungen und ihre Geschwindigkeiten (in cm/s) auf Basis der GOCE-Daten. (Bild: ESA/CNES/CLS)Von seinem Start im März 2009 bis zu seinem Wiedereintritt in die Atmosphäre im November 2013 umkreiste der GOCE-Satellit 27.000 mal die Erde. Er vermaß die winzigen Unterschiede im Schwerefeld, die die ungleiche Masseverteilungen 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 auf den 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.

Es geht weiter: neue Wissenschaft, künftige Missionen

Das Erdschwerefeld veränderte sich aufgrund der Eisschmelze in der Westantarktis. (Bild: DGFI/Planetary Visions)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. Der größte Teil der mehr als 100 Vorträge, die für den 5. GOCE User Workshop geplant sind, wird sich mit diesen Themen befassen, während Diskussionen technischer Art über Messungen und Modelle eine geringere Rolle spielen. "Ich werte es als Erfolg, dass sich der Schwerpunkt ganz klar auf die Seite der Anwender verlagert hat," sagt Prof. Roland Pail, Direktor des Instituts für Astronomische und Physikalische Geodäsie an der TUM.

Diese Verschiebung lässt sich auch deutlich an den von den TUM-Forschern behandelten Themen erkennen, wie zum Beispiel die auf dem GOCE-Gravitationsmodell beruhenden Berechnungen der elastischen Mächtigkeit der Kontinente, das aus dem Erdschwerefeld abgeleitete Abschmelzen von Eismassen in der Antarktis oder ein wissenschaftlicher Plan für die weltweite Vereinheitlichung nationaler Höhensysteme. Pail, der für die Bereitstellung der Datenprodukte verantwortlich war, wird über die Konsolidierung der wissenschaftlichen Anforderungen für eine Gravitationsfeld-Mission der nächsten Generation sprechen.


Quelle: Technische Universität München, November 2014