GOCE
Die Erde durch die Gravitationsbrille
Redaktion / Pressemitteilung der Technischen Universität München
astronews.com
27. November 2014

Die Auswertung der Daten der vor rund einem Jahr zu Ende gegangenen Satelliten-Mission GOCE hat inzwischen zahlreiche wissenschaftliche Resultate geliefert, darunter das bislang genaueste Schwerefeldmodell der Erde. Der Blick auf die Erde durch die Gravitationsbrille erlaubt eine ganz neue Sicht auf die dynamischen Prozesse auf unserer Heimatwelt.

Der Satellit GOCE. Bild: ESA / AOES Medialab [Großansicht]

Nur vier Monate nach dem Eintreffen des letzten Datenpakets von der GOCE-Satellitenmission freuen sich die Forscher bereits über die reiche Ausbeute an wissenschaftlichen Ergebnissen. Beendet sind die Arbeiten damit nicht - die Wissenschaftler erwarten sich eine ganze Reihe weiterer interessanter Resultate, die aus den Daten der Satellitenmission Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer (GOCE) resultieren, die von der europäischen Weltraumagentur ESA durchgeführt wurde.

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 ermöglichen einen neuen und präziseren Blick auf die Dynamik unseres Planeten. Die ersten Resultate werden in dieser Woche auf einem GOCE User Workshop in Paris vorgestellt.

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 ungleichen Masseverteilung in den Ozeanen, Kontinenten und tief im Erdinneren widerspiegeln. Etwa 800 Millionen Beobachtungen flossen in die Berechnung des endgültigen Schwerefeldmodells ein. Dieses besteht aus 75.000 Schwerefeldparametern und stellt das Gravitationsfeld mit einer räumlichen Auflösung von etwa 70 Kilometern 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 zentimetergenau 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 Kilometer 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.

Der größte Teil der mehr als 100 Vorträge, die in dieser Woche auf dem 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 Technischen Universität München (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. Außerdem wird auch in die Zukunft geblickt und über die wissenschaftlichen Anforderungen für eine Gravitationsfeld-Mission der nächsten Generation gesprochen.