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Hochpräzise Schwerefeldkarte: Esa-Satellit zeichnet das Antlitz der Erde neu

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ESA/ HPF/ DLR

So hat man die Welt noch nie gesehen: Der europäische Satellit "Goce" hat das Schwerefeld unserer Erde in ungekannter Präzision vermessen. Das spektakuläre Ergebnis soll auch dabei helfen, die Ausbreitung radioaktiver Belastung aus Fukushima besser zu berechnen.

Es ist ein faszinierendes Gedankenexperiment: Wie sähe unsere Erde aus, wenn sie - sagen wir - aus Knetmasse bestehen würde, wenn Berge und Ozeanbecken eingeebnet wären? Sie würde an eine Art unregelmäßig geformte Kartoffel erinnern. Das liegt daran, dass das Schwerefeld des Planeten variiert - vor allem weil das Gestein im Erdmantel unterschiedlich dicht ist.

Im Indischen Ozean gibt es ein riesiges Gebiet mit niedrigerer Anziehung. Schiffe fahren hier durch ein Tal im Ozean, ohne dass dies zu spüren ist. Und im Atlantik südlich von Island existiert ein Areal mit besonders hoher Anziehung, eine Art riesiger Berg. Im Alltag ist er wegen seiner Ausdehnung ebenfalls nicht sichtbar. Aus dem All lassen sich die Phänomene freilich gut vermessen - weil Satelliten von Regionen mit unterschiedlich ausgeprägtem Schwerefeld verschieden stark angezogen werden.

Der europäische Satellit "Goce" hat nun eine Messung mit bisher ungekannter Präzision abgeliefert. Das Ergebnis hat die Europäische Weltraumbehörde (Esa) am Donnerstag an der Technischen Universität München vorgestellt. "Es ist noch nie so genau gemessen worden", sagt Volker Liebig, Esa-Direktor für Erdbeobachtung, im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Goce" hat Unterschiede des Schwerefelds mindestens zweieinhalbmal so genau gemessen wie die deutsch-amerikanische "Grace"-Mission, deren Daten Forscher bisher verwendet haben.

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7  Bilder
Satellit "Goce": Erdkarte mit Beulen und Dellen
Im Inneren des Satelliten werden sechs jeweils 300 Gramm schwere Gewichte aus einer Platin-Rhodium-Legierung mit Hilfe von elektrischen Feldern in der Schwebe gehalten. Selbst kleinere Schwankungen im Schwerefeld der Erde sorgen dafür, dass die einzelnen Testmassen unterschiedlich stark beschleunigt werden.

Aus den einzelnen Messdaten haben die Forscher ein sogenanntes Geoid zusammengefügt. Es zeigt eindrücklich die eingedellte Form der Knetmassen-Erde. Das Bild kommt dadurch zustande, dass Unterschiede im Schwerefeld zur besseren Übersicht etwa 10.000fach überhöht wurden. Eine erste Version der Karte hatten Esa-Forscher im vergangenen Sommer auf einem Workshop im norwegischen Bergen vorgestellt. Sie basierte auf den Daten von 60 Beobachtungstagen. "Jetzt sind wir ein wesentliches Stück weiter", sagt Reiner Rummel von der Technischen Universität München. Für die aktuelle Darstellung sind sechsmal so viele Messungen zusammengefasst worden wie für die Karte vom vergangenen Jahr.

"Wir hatten eine Zeit lang wirklich Sorgen"

Das neue, frei verfügbare Geoid soll Forschern in Zukunft als Referenzmodell dienen. Mit seiner Hilfe wollen sie zum Beispiel die Veränderungen von Ozeanströmungen untersuchen. Die türmen nämlich die Wassermassen in den Weltmeeren um 20 bis 40 Zentimeter auf. "Rund 30 Prozent des Wärmeausgleichs unseres Planeten findet in den Weltmeeren statt", sagt Forscher Rummel. "Wir wollen diese Wärmeausgleichsmaschine besser verstehen."

Die neuen "Goce"-Daten werden nun in Computermodelle zur Ozeanzirkulation integriert. Aktuell interessieren sich Ozeanografen auch ganz besonders für das Japanische Meer. Hier geht es um die Frage, wie strahlende Partikel aus den Atommeilern in Fukushima im Meer verteilt werden.

Dass die Esa die neue Karte veröffentlichen kann, hat sie vor allem der Kunst ihrer Ingenieure zu verdanken. Denn "Goce" plagten im vergangenen Spätsommer arge Technikprobleme. Die Mission stand damals beinahe vor dem Aus, weil neben dem Hauptcomputer auch der Reserveprozessor massive Aussetzer hatte. "Wir hatten eine Zeit lang wirklich Sorgen", gesteht auch Esa-Direktor Liebig ein. In wochenlanger Bastelarbeit strickten die Experten der Raumfahrtorganisation aus den beiden lädierten Bordrechnern wieder ein funktionierendes Ganzes.

"Goce" konnte wieder Daten sammeln - und hat das seitdem auch fleißig getan: "Wir haben noch Treibstoff für viele Monate", sagt Volker Liebig. Die Esa hat das Missionsende einstweilen auf Ende 2012 herausgeschoben. Das weitere Schicksal des Satelliten hängt freilich vor allem vor der Sonnenaktivität ab. In deren Folge dehnte sicht nämlich die Atmosphäre unserer Erde leicht aus. Weil "Goce" in nur 265 Kilometern Höhe fliegt, wird er dann zusätzlich abgebremst - und muss Treibstoff aus seinem Xenon-Ionentriebwerk nutzen, um wieder auf eine höhere Bahn zu gelangen.

Je nachdem wie lange er noch durchhält, hat "Goce" auch in Zukunft noch genug zu messen. So soll er sich die Polarregionen gezielter ansehen - und auch um Japan muss die gerade vorgestellte Karte möglicherweise aktualisiert werden. Das Seebeben vom 11. März hat die Hauptinsel Honshu schließlich um mehr als zwei Meter verschoben. Doch ob sich das tatsächlich auch auf den zukünftigen Bildern des Satelliten zeigt, ist noch nicht ganz klar: "Das dürfte an der Grenze des für 'Goce' Erfassbaren sein", sagt Forscher Rummel.

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1. .
Xaron74, 31.03.2011
---Zitat--- Im Indischen Ozean gibt es ein riesiges Gebiet mit niedrigerer Anziehung. Schiffe fahren hier durch ein Tal im Ozean, ohne dass dies zu spüren ist. Und im Atlantik südlich von Island existiert ein Areal mit besonders hoher Anziehung, eine Art riesiger Berg. ---Zitatende--- Sollte das nicht genau andersrum sein? Also ein Gebiet mit hoher Anziehung als Tal?
2. titel
Goinz, 31.03.2011
Zitat von Xaron74Sollte das nicht genau andersrum sein? Also ein Gebiet mit hoher Anziehung als Tal?
Genau das habe ich beim Lesen auch gedacht...
3. Stimmt schon
Isleiff 31.03.2011
Nein, so wie das im Artikel steht ist das schon richtig. In Gebieten mit hoher Anziehungskraft wird auch das Wasser des Ozeans stärker angezogen. Dieses Gebiet zieht also das Wasser aus den umliegenden Gebieten mit schwächerer Anziehungskraft ab, es entsteht also ein Wasserberg. Dort, wo das Wasser abgezogen wird (bei niedrigerer Anziehungskraft) entsteht entsprechend ein Wassertal.
4. Gravitationstal
johndoe2 31.03.2011
Zitat von Xaron74Sollte das nicht genau andersrum sein? Also ein Gebiet mit hoher Anziehung als Tal?
Vielleicht war ja statt eines Höhentals ein Gravitationstal gemeint.
5. Korrektur
ingemusch 31.03.2011
Zitat von IsleiffNein, so wie das im Artikel steht ist das schon richtig. In Gebieten mit hoher Anziehungskraft wird auch das Wasser des Ozeans stärker angezogen. Dieses Gebiet zieht also das Wasser aus den umliegenden Gebieten mit schwächerer Anziehungskraft ab, es entsteht also ein Wasserberg. Dort, wo das Wasser abgezogen wird (bei niedrigerer Anziehungskraft) entsteht entsprechend ein Wassertal.
Das ist richtig, aber die Erklaerung ist falsch :-) Die Wasseroberflaeche stellt eine Flaeche gleichen Schwerepotentials dar. Dort wo die Erdanziehungskraft groesser ist, ist also diese Flaeche weiter vom Erdmittelpunkt entfernt, dort wo sie geringer ist, ist sie naeher am Erdmittelpunkt dran.
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