Die Menschen neigen dazu, die Schwerkraft hier auf der Erde als eine einheitliche und konsistente Sache zu betrachten. Wenn Sie sich zu jeder Jahreszeit an einem beliebigen Ort auf der Erde aufhalten, werden Sie den gleichen Abwärtszug eines einzelnen G spüren. Tatsächlich unterliegt das Gravitationsfeld der Erde jedoch Schwankungen, die im Laufe der Zeit auftreten. Dies ist auf eine Kombination von Faktoren zurückzuführen, wie beispielsweise die ungleichmäßige Massenverteilung in den Ozeanen, Kontinenten und dem tiefen Landesinneren, sowie klimabedingten Variablen wie dem Wasserhaushalt der Kontinente und dem Schmelzen oder Wachsen von Gletschern.
Und jetzt wurden diese Variationen zum ersten Mal in dem Bild festgehalten, das als „Potsdamer Schwerkraftkartoffel“ bekannt ist – eine Visualisierung des Schwerefeldmodells der Erde, das vom Helmholtz-Zentrum Potsdam des Deutschen Forschungszentrums für Geophysik (GFZ) erstellt wurde , Deuschland.
Und wie Sie auf dem Bild oben sehen können, hat es eine auffallende Ähnlichkeit mit einer Kartoffel. Auffälliger ist jedoch die Tatsache, dass das Schwerefeld der Erde durch diese Modelle nicht als fester Körper, sondern als dynamische Fläche dargestellt wird, die sich im Laufe der Zeit ändert. Dieses neue Schwerefeldmodell (das als EIGEN-6C bezeichnet wird) wurde erstellt unter Verwendung von Messungen, die von den Satelliten LAGEOS, GRACE und GOCE erhalten wurden, sowie bodengestützten Schwerkraftmessungen und Daten aus der Satellitenaltimetrie.
Das Modell von 2005, das auf Daten der CHAMP- und GRACE-Satelliten sowie Oberflächendaten basierte, war weniger verfeinert als das neueste. Bildnachweis: GFZ
Verglichen mit dem 2005 erhaltenen Vorgängermodell (siehe oben) weist EIGEN-6C eine vierfach höhere räumliche Auflösung auf.
„Besonders wichtig ist die Einbeziehung von Messungen des Satelliten GOCE, aus denen das GFZ eine eigene Gravitationsfeldberechnung durchgeführt hat“, sagt Dr. Christoph Foerste, der gemeinsam mit Dr. Frank Flechtner die Arbeitsgruppe Schwerefeld am GFZ leitet.
Die ESA-Mission GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) wurde Mitte März 2009 gestartet und vermisst seitdem das Schwerefeld der Erde mittels Satelliten-Gradiometrie – der Untersuchung und Messung von Variationen der Erdbeschleunigung.
„Dies ermöglicht die Messung der Schwerkraft in unzugänglichen Regionen mit nie dagewesener Genauigkeit, beispielsweise in Zentralafrika und im Himalaya“, sagt Dr. Flechtner. Darüber hinaus bieten die GOCE-Satelliten Vorteile bei der Vermessung der Ozeane.
Innerhalb der vielen offenen Räume, die unter dem Meer liegen, zeigt das Schwerefeld der Erde Variationen. GOCE ist in der Lage, diese sowie Abweichungen der Meeresoberfläche – ein Faktor, der als „dynamische Ozeantopographie“ bekannt ist – besser zu kartieren, der auf die Schwerkraft der Erde zurückzuführen ist, die das Oberflächengleichgewicht des Ozeans beeinflusst.
Zwillingssatelliten GRACE mit dem aus CHAMP-Daten berechneten Schwerefeld der Erde (vertikal verstärkt). Bildnachweis: GFZ
In das Modell flossen auch Langzeitmessdaten der Zwillingssatellitenmission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) des GFZ ein. Durch die Überwachung klimabasierter Variablen wie dem Abschmelzen großer Gletscher in den Polarregionen und der saisonalen Wasserspeicherung in großen Flusssystemen konnte GRACE den Einfluss großräumiger zeitlicher Veränderungen auf das Gravitationsfeld bestimmen.
Angesichts der zeitlichen Natur klimabedingter Prozesse – ganz zu schweigen von der Rolle des Klimawandels – sind laufende Missionen erforderlich, um zu sehen, wie sie sich langfristig auf unseren Planeten auswirken. Zumal die GRACE-Mission 2015 enden soll.
Insgesamt flossen rund 800 Millionen Beobachtungen in die Berechnung des endgültigen Modells ein, das aus mehr als 75.000 Parametern besteht, die das globale Gravitationsfeld repräsentieren. Allein der Satellit GOCE hat während seiner Dienstzeit (von März 2009 bis November 2013) 27.000 Umlaufbahnen zurückgelegt, um Daten über die Variationen des Erdgravitationsfeldes zu sammeln.
Das Endergebnis erreicht eine Zentimetergenauigkeit und kann als globale Referenz für Meeresspiegel und -höhen dienen. Über die „Gravitationsgemeinschaft“ hinaus hat die Forschung auch das Interesse von Forschern in Luft- und Raumfahrttechnik, Atmosphärenwissenschaften und Weltraummüll geweckt.
Vor allem aber bietet es Wissenschaftlern eine Möglichkeit, die Welt abzubilden, die sich von Ansätzen auf der Grundlage von Licht, Magnetismus und seismischen Wellen unterscheidet, aber dennoch komplementär ist. Und es könnte für alles verwendet werden, von der Bestimmung der Geschwindigkeit von Meeresströmungen aus dem Weltraum, der Überwachung des Anstiegs des Meeresspiegels und des Schmelzens von Eisschilden, bis hin zur Aufdeckung verborgener Merkmale der kontinentalen Geologie und sogar für einen Blick auf die Konvektionskraft, die die Plattentektonik antreibt.
Weiterlesen: GFZ