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Die Anziehungskraft eines Körpers hängt von seiner Masse ab. Das bringt mit sich, dass die ungleiche Massenverteilung unseres Planeten ein ungleichförmiges Feld der Gravitation hervorbringt. Die Alpen üben beispielsweise eine höhere Anziehungskraft aus als die ungarische Tiefebene. Überfliegt ein Satellit eine Region mit erhöhter Schwerkraft, wird er leicht angezogen und dadurch beschleunigt. Wenn er die massereiche Region hinter sich lässt verlangsamt er sich.
Räumliche und zeitliche Masseverlagerungen - wie beispielsweise durch den Verlust von Eismasse oder glutflüssige Gesteinsmassen im Inneren - manifestieren sich wiederum in räumlichen und zeitlichen Schwere-Schwankungen. So machen sich Eismassenveränderung in Grönland und der Antarktis auch im Schwerefeld der Erde deutlich bemerkbar.
Dieses Phänomen nutzen Geodäsie-Fachleute, um weitere geodynamische und klimatologische Prozesse zu beobachten. Mithilfe satellitengestützter Aufzeichnungen können sie Schwankungen des Erdschwerefeldes dokumentieren.
Bessere Klimamodelle
Aus den daraus berechneten Schwerefeldmodellen können sie unter anderem den Anstieg des Meeresspiegels oder das Abschmelzen der Gletscher verfolgen, regionale Grundwasservorkommen untersuchen oder die Ozeanströmungen analysieren. Verbesserte Klimamodelle werden damit ebenso möglich wie genauere Aussagen über die Bewegung der Erdkruste, die Meeresströmungen sowie die Eismasse der Polkappen.
Ein Team des Instituts für Geodäsie der Technischen Universität (TU) Graz hat ein neues, kombiniertes Schwerefeldmodell namens «GOCO06S» erstellt. Es soll Massenänderungen auf und unter der Oberfläche unseres Planeten so genau wie bisher noch nie darstellen können. Entwickelt wurde es gemeinsam mit europäischen Partnern. Dabei hat das Konsortium Daten von nicht weniger als 1,16 Milliarden Messdaten von Missionen wie unter anderem GOCE und GRACE, die von insgesamt 19 Satelliten aufgezeichnet wurden, zusammengeführt.
Kombinierte Stärken
«Durch die Kombination der Daten können die Stärken der einzelnen Messverfahren optimal ausgenutzt werden. Damit ist es uns möglich, Änderungen im Schwerefeld in der Grössenordnung von einem Millionstel der mittleren Erdanziehungskraft zu detektieren», schilderte Torsten Mayer-Gürr von der TU Graz. Auf terrestrische Daten greifen die Forscher bewusst nicht zurück, um global eine gleichmässige Genauigkeit zu gewährleisten. Im Vergleich zum Vorgängermodell hätten sich dadurch die Ergebnisse um 25 Prozent verbessert.
Die Arbeitsgruppe beschäftigte sich unter anderem mit der Bestimmung der zeitlichen Veränderung des Erdschwerefeldes sowie mit der Auswertung von Schwerefeldmessungen. Kooperationspartner waren die Universität Bern, die TU München und Universität Bonn, sowie die Österreichische Akademie der Wissenschaften.
Das Grazer Team prozessierte dabei die Rohdaten aus den Satellitenmissionen und stellte der wissenschaftlichen Gemeinschaft die Schwerefeldlösungen zur Verfügung. «Unsere Modelle werden zum Beispiel auch in der Erforschung grosser Hochwasserereignisse verwendet», führte Mayer-Gürr aus.
Die GOCO-Initiative wurde 2009 begründet. Ziel ist es, durch die Kombination vieler verschiedener Datenquellen hoch genaue und hoch aufgelöste globale Schwerefeldmodelle zu errechnen. Bereits 2010 wurde mit dem Modell GOCO01s die weltweit erste Kombinationslösung aus den Missionen GRACE und GOCE berechnet. Dann folgten die Nachfolgemodelle GOCO02s (2011), GOCO03s (2012) und GOCO05s (2015). Die neueste Modellgeneration GOCO06s kombiniert die Daten von GRACE, GOCE sowie der kinematischen Low-Earth-Orbit Satelliten CHAMP, SWARM, TerraSAR-X, TanDEM-X und den Lasersatelliten LAGEOS1/2, Ajisai, Stella, Starlette, LARES, LARETS, Etalon1/2 und BLITS.