Die Erde - eine Kartoffel

München - So genau wie nie zuvor haben Forscher der TU München das Schwerefeld der Erde vermessen. Ihre Erkenntnisse werden die Forschung vorantreiben und Navigationsgeräte genauer machen.

Schön ist es nicht, das Bild der Erde, das aus den Daten des Satelliten „GOCE“ errechnet worden ist. Keine vollkommene Kugel schwebt da im Weltraum. Der blaue Planet ähnelt vielmehr einer von Beulen und Dellen übersäten Kartoffel.

Die Kartoffel, in der die Berge und Täler vieltausendfach überhöht abgebildet sind, stelle das sogenannte Geoid der Erde dar, erläuterte TU-Professor Roland Pail gestern bei einer Pressekonferenz: Die Meeresoberfläche, wie sie sich formen würde, wenn sie allein der Schwerkraft folgte. Weil die Masse der Erde und damit ihre Anziehungskraft ungleich verteilt sind, entstehen auf den Weltmeeren sanfte Hügel und Täler mit Höhenunterschieden bis zu 100 Metern.

Spektakuläre Bilder

Die Erde – eine Kartoffel: Spektakuläre Bilder des blauen Planeten

Das führt zu ganz praktischen Problemen, etwa, wenn man die mittlere Meereshöhe bestimmen will. Viele Länder arbeiten mit unterschiedlichen Referenzhöhen - oft, ohne es zu wissen. So habe man erst beim Bau des Ärmelkanal-Tunnels entdeckt, dass sich die Referenzhöhen um 50 Zentimeter unterschieden, berichtete Pail. Das „GOCE“-Geoidmodell legt die Referenzhöhe nun genauer als je zuvor fest und könnte, so Pail, die Basis für ein weltweit einheitliches Referenzsystem werden. Bereits die nächste Generation von Navigationsgeräten werde dank GOCE genauer sein.

Die Idee zu der Mission lieferte 1985 ein Münchner Team um den TU-Professor Reiner Rummel, der die europäische Weltraumorganisation ESA dafür begeistern konnte. 1998 wurde das Projekt genehmigt, und am 17. März 2009 startete vom russischen Weltraumbahnhof Plesetsk ein fünf Meter langer und 1100 Kilogramm schwerer Satellit, dessen Messinstrumente alles Bisherige in den Schatten stellen. „Wir können theoretisch den Massenzuwachs eines Supertankers messen, auf den eine Schneeflocke fällt“, sagte ESA-Direktor Prof. Volker Liebig - allerdings nicht aus 250 Kilometer Höhe, wie Rummel einschränkte. Doch auch aus der Umlaufbahn messe GOCE die Erdanziehung „auf ein Millionstel genau“.

Wissenschaftler vieler Disziplinen warten auf die Daten. Meeresforscher Rory Bingham von der Universität Newcastle sieht goldene Zeiten für die Erforschung der großen Meeresströmungen. Sein Ansatzpunkt: Die Meeresoberfläche, von Satelliten zentimetergenau vermessen, weicht von der Idealform des Geoids ab. Das liegt an Wellengang und Gezeiten, vor allem aber an den stabilen Strömungen wie etwa dem Golfstrom, der das Klima in Europa mitbestimmt. Die GOCE-Daten machen ihn für die Forscher sichtbar - schärfer als je zuvor. Das Ergebnis könnten neue Modelle sein, die helfen, den Klimawandel besser zu verstehen.

Auch für Geologen sind GOCE-Daten wichtig. Sie können damit, wie Roland Pail sagte, ins Erdinnere und sogar unter den Eispanzer der Antarktis blicken. Wenn an den Nahtstellen der Kontinente eine Platte unter die andere abtaucht, ändert sich dort die Dichte und damit die Gravitation. Erdbeben- und Vulkanforschern hilft die GOCE-Mission, die Vorgänge im Inneren unseres Planeten zu verstehen und womöglich Erdbeben genauer vorherzusagen. Wie das Beben in Japan das Schwerefeld der Erde verändert hat, wird GOCE genau dokumentieren. „Wir sind einen Tag nach dem Beben über Japan geflogen“, berichtete Pail.

Weil Gravitation mit wachsendem Abstand immer schwieriger zu messen ist, kreist GOCE extrem niedrig um die Erde: In 255 Kilometer Höhe, wo noch vereinzelte Luftmoleküle den Flug bremsen. Ein Ionenantrieb hält den Satelliten in Schwung, und der verbrauchte weniger Treibstoff als vorgesehen. Die auf 20 Monate angesetzte Mission, die schon 70 Millionen Messdaten geliefert hat, wurde bis Ende 2012 verlängert, und zu Rummels Freude scheint die ESA einer weiteren Verlängerung nicht abgeneigt. Die Wissenschaftler hörten’s mit Freude, denn mit jeder neuen Messung wird das Bild der Erdkartoffel ein wenig schärfer.

Peter T. Schmidt

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