Zeitung Heute : Eine Kartoffel wird vermessen

Der Tagesspiegel

Von Roland Knauer

Bald wird es Zwillinge am Himmel geben, nicht im gleichnamigen Sternbild, aber in einer Höhe von 500 Kilometern. Es sind keine natürlichen Himmelskörper, sondern technische Gebilde. Die Zwillingssatelliten heißen Grace. Der Name steht für „Gravity Recovery and Climate Experiment“ und drückt die Aufgabe aus, nämlich das Schwerefeld der Erde so exakt wie noch nie zu messen sowie klimarelevante Daten aufzunehmen. Aus dem Weltraum sollen beispielsweise die Bewegung von Gletschern und Meeresströmen, Veränderungen in Grundwasser-Reservoirs und die Eigenschaften des Erdinnern erkundet werden.

Am 16. März soll die 29 Meter hohe Rockot-Rakete vom russischen Welltraumbahnhof Plesetzk starten und das Satellitenpärchen in eine polare Umlaufbahn aussetzen. Grace ist ein Gemeinschaftsprojekt der amerikanischen Weltraumbehörde NASA und des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR). Für den Start ist ein Joint-Venture aus dem europäischen Raumfahrtkonzern Astrium und russischen Firmen verantwortlich. Die jeweils 480 Kilogramm schweren Grace-Zwillinge im Format von etwa zwei mal drei Metern wurden von den Astrium-Ingenieuren in Friedrichshafen konstruiert.

Federführend bei der Auswertung der Daten sind Wissenschaftler der Universität von Texas in Austin sowie des Geoforschungszentrums Potsdam (GFZ). Letztere haben viel Erfahrung mit der Messung des Schwerkraftfelds der Erde per Satellit. Sie stellten fest, dass dies eher einer Kartoffel ähnelt als einer Kugel. Das Kraftfeld ist demnach am Äquator 21 Kilometer dicker als zwischen Süd- und Nordpol. Verschieden dichtes Gestein, hohe Gebirge oder Tiefseegräben verformen das Schwerefeld. Fliegen nun Satelliten über einen Bereich mit stärkerem Schwerefeld, beschleunigen sie. Über einem Ort mit niedrigerer Schwerkraft sinkt dagegen das Tempo.

Um die Bahn des künstlichen Erdtrabanten millimetergenau verfolgen zu können, rüsteten die GFZ-Forscher vor zwei Jahren einen Satelliten namens „Champ“ mit dem Satellitenortungssystem GPS aus. Dann sollte die Messgenauigkeit noch um den Faktor 100 verbessert werden - die Aufgabe des Zwillingspärchens, das im Abstand von 220 Kilometern um die Erde kreist.

Wenn der erste Satellit die Unterschiede im Schwerkraftfeld erfasst, verändert dies auch seine Bahn und den Abstand zum zweiten Satelliten, der erst einige Zeit später von der Veränderung erfasst wird. Allerdings liegen solche Differenzen im Millimeter-Bereich. Zur genauen Abstandsmessung dienen Mikrowellen, die mit Lichtgeschwindigkeit zwischen beiden Satelliten hin- und herlaufen. Aus der Laufzeit lässt sich der Abstand bis auf wenige Tausendstel Millimeter genau berechnen. Auf diese Art kann Grace den rund 12 000 Kilometer großen Durchmesser der Erde bis auf wenige Millimeter genau messen, während Champ nur bis auf vierzig Zentimeter exakt ist.

Die Astrium-Ingenieure bauten auch eine Reihe von Instrumenten in die Satelliten ein. Der „SuperStar Akzelerometer" etwa misst die Einflüsse der Atmosphäre, sowie von Sonne und Mond, die die Messung des Erdschwerefelds stören.

Es wird auch registriert, über welchem Punkt des Globus das Schwerefeld gemessen wurde. Da die Grace-Zwillinge nach dreißig Tagen wieder über die gleichen Stellen fliegen, lässt sich feststellen, wie sich das Schwerefeld in der Zwischenzeit verändert hat. Stellt man eine Abnahme fest, muss sich auch die Masse unter diesem Punkt verringert haben.

Das kann zum Beispiel daran liegen, dass ein Gletscher dünner geworden ist oder dass größere Mengen Wasser aus einem See oder Meeresarm verdunstet sind. Beide Vorgänge, die für Klimaforscher sehr interessant sind, ließen sich bisher nicht besonders genau beobachten. So ist allenfalls von einem Bruchteil der Gletscher der Erde bekannt, ob sie schmelzen oder vordringen. Ohne dieses Wissen kann das Klima jedoch nicht zuverlässig prognostiziert werden. Ebenso wichtig für die Klimaentwicklung sind Schwankungen des Meeresspiegels und der Strömungen in den Ozeanen, die Grace exakt registrieren kann.

Verändert sich dagegen das Schwerefeld über dem Land, muss im Inneren der Erde etwas geschehen sein. Das kann sinkendes Grundwasser sein, das den Globus an dieser Stelle leichter macht. Durch Vergleich mit der Schwerkraft in anderen Regionen können Geophysiker obendrein Rückschlüsse auf die Dichte der jeweiligen Gesteine im Erdinneren ziehen, was kaum mit einer anderen Messmethode möglich ist. Langfristig hoffen die Forscher also, die Vorgänge im Erdinnern besser zu verstehen.

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