Gesundheit : Im Tandem um den Globus

Zwei deutsch-amerikanische Satelliten erkunden das Schwerefeld der Erde mit höchster Präzision

Tobias Beck

Man kennt es aus dem Kino: Trickfilmkater Tom hechelt hinter der Maus Jerry her. Seit achtzehn Monaten läuft eine ähnliche Jagd im Weltall, in 500 Kilometern Höhe. „Tom“ und „Jerry“, so heißen die Satelliten von „Grace“, einem deutsch-amerikanischen Projekt, in dem die Form der Erde so genau wie nie zuvor vermessen werden soll.

Fest steht bereits, dass unser Globus keine reine Kugelform hat, sondern ganz leicht eiförmig ist, genau gesagt ein Rotationsellipsoid. Am Äquator ist der Umfang 140 Kilometer größer als an Nord- oder Südpol. Die unterschiedliche Entfernung vom Erdmittelpunkt wirkt sich auf die Schwerkraft aus. Sie wird in Milligal gemessen. Zwischen den Polen und dem Äquator beträgt der Unterschied 500 Milligal. Ein 80 Kilogramm schwerer Mensch wiegt deshalb in den Tropen 350 Gramm weniger als an Nord- und Südpol.

Im Innern der Erde herrscht ein buntes Tohuwabohu unterschiedlich dichter Materialien. Vor allem an den Übergangszonen, von der Kruste zum Mantel und weiter zum Erdkern, gibt es unregelmäßig verteilte Massen, die unterschiedlich stark an der Oberfläche ziehen. Den Effekt zeigt ein Vergleich: Bestünde die Erdoberfläche nur aus Wasser, so wären dort Beulen und Dellen von mehreren hundert Metern Höhe zu sehen.

Die Unterschiede wirken aber nicht nur an der Oberfläche. Auch an den beiden Satelliten zerren in 500 Kilometern Höhe unterschiedliche Anziehungskräfte. Kleine Abweichungen von der ellipsenförmigen Satellitenbahn sind die Folge. Das machen sich Tom und Jerry bei ihrer Jagd nach den Dellen im Erdball zunutze. 16 Mal am Tag rasen die beiden im Abstand von 220 Kilometern um die Erde und messen mit Hilfe von Mikrowellen den Abstand zwischen sich.

Da die Unterschiede in der Anziehungskraft der Erde und somit auch die Unregelmäßigkeiten in der Flugbahn nur minimal sind, muss die Messung bis auf einen Millionstel Meter exakt sein. „Wir messen das Schwerefeld der Erde mit noch nie da gewesener Genauigkeit“, erklärt Christoph Reigber, Leiter des Geoforschungszentrums in Potsdam. Gemeinsam mit der amerikanischen Weltraumagentur Nasa wurde von dort aus das Projekt ins Leben gerufen.

Millimetergenaue Karten

Aus den Abstandsdaten, die von den Satelliten vier Mal am Tag zum Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen übertragen werden, erstellen die Forscher in Potsdam und Austin in Texas per Computer millimetergenaue Schwerekarten. Diese zeigen, wo die Erde am schwächsten und stärksten zieht. „Das sind Gleichungen mit mehreren Tausend Unbekannten“, sagt Reigber.

Nachdem im Juli die erste Schwerekarte präsentiert wurde, errechnen die Computer nun jeden Monat noch genauere Karten. Sie zeigen den aktuellen Stand. Denn die Massen sind innerhalb der Erde stets in Bewegung. „Wir können Veränderungen des Grundwasserspiegels unter Europa oder im Amazonasbecken erkennen“, sagt Reigber.

Interpretiert werden die Schwerekarten jedoch von anderen. Wie beim Humangenomprojekt haben alle Forscher Zugang. Klimawissenschaftler, Eisforscher und Vulkanologen warten schon lange auf genaue Daten. Durch die Kenntnis der Schwereveränderungen lassen sich ihre Modelle genauer rechnen und die Vorhersagen überprüfen.

In den nächsten Jahren sollen Tom und Jerry noch besser werden. „Maschenbreiten bis 200 Kilometer sind möglich“, schätzt Reigber. Damit ließen sich dann auch regionale Klimamodelle speisen. In fünf Jahren wird für Tom und Jerry jedoch Schluss sein. Dann werden beide verglühen und zurück auf die Erde stürzen. Wo genau das sein wird, ist heute noch unklar.

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