Ein Beitrag von Simon Plasger. Quelle: NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Die beiden Mondsonden Ebb (GRAIL-A) und Flow (GRAIL-B), welche den Mond am 31. Dezember 2011 bzw. am 1. Januar 2012 erreicht haben und bis Anfang März ihren Orbit angepasst haben, beginnen nun mit der Kartierung des Gravitationsfelds des Mondes. Dazu messen sie ständig ihren eigenen Abstand.

Für ihre Messungen befinden sich die beiden etwa waschmaschinengroßen Sonden in einem nahezu kreisrunden Orbit von 55 km Höhe. Die Bahnneigung liegt dabei bei etwa 90°. Um das Gravitationsfeld des Mondes zu kartieren, wird ständig der Abstand zwischen beiden Sonden gemessen. Wenn ein Gebiet überflogen wird, dessen Gravitation niedriger oder höher ist als die der restlichen Mondoberfläche, so wird zuerst die eine Sonde abgebremst bzw. beschleunigt und dann die andere. Dadurch variiert der Abstand.

Während dieser Messphase wird die Höhe der beiden Sonden zwischen 16 und 51 Kilometern über der Mondoberfläche schwanken. Sie werden sich dabei bis auf 65 Kilometer annähern und einen maximalen Abstand von 225 Kilometern haben.

Die beiden GRAIL-Sonden waren am 10. September gestartet worden und hatten sich zunächst innerhalb von zweieinhalb Monaten dem Mond angenähert. Danach folgte eine weitere, ebenfalls zweieinhalb Monate dauernde Orbitanpassungsphase. Neben dem Instrument für das Messen des Abstands befindet sich auch eine Kamera namens MoonKAM an Bord, die im Rahmen einer Schulinitiative der NASA von Schülern ausgewählte Flächen des Mondes aufnimmt.

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Quelle: DLR.

Um 15.21 Uhr (MEZ) ist am 17. März 2009 der neue Umweltsatellit GOCE (Gravity field and steady-state-Ocean Circulation Explorer) vom russischen Weltraumbahnhof Plesetsk erfolgreich in den Erdorbit gestartet. Die Trägerrakete vom Typ Rockot brachte den Satelliten in eine annähernd polare Umlaufbahn mit einer Neigung von 96,5 Grad in 260 Kilometer Höhe. Von hier aus wird GOCE 20 Monate lang das Schwerefeld der Erde in bislang nicht erreichter Präzision vermessen. Die erwarteten Ergebnisse werden insbesondere für die Ozeanographie, Geophysik und Erforschung des Meeresspiegels wichtig sein.

GOCE ist der erste einer Reihe von hoch spezialisierten Satelliten, mit denen die ESA gesicherte Daten über die in der Atmosphäre, in den Ozeanen und auf dem Festland ablaufenden Vorgänge liefern und somit neue Erkenntnisse globaler Umweltveränderungen ermöglichen wird.

GOCE wird den Umweltforschern ein globales, homogenes und detailgenaues Bild vom Schwerefeld der Erde ermöglichen und dabei erstmals die Oberflächenzirkulation der Weltmeere ableiten. Meeresspiegeländerungen in Australien und Südamerika werden dadurch vergleichbar mit solchen in der Nordsee und im Mittelmeer. Hierbei erhoffen sich die Ozeanografen beispielsweise eine Antwort auf die Frage, ob für den Wärmetransport innerhalb des globalen Strömungssystems die Wirkung vieler, kleiner Wirbel die gleiche ist wie die weniger, großer Wirbel. Ebenfalls wird es mit den GOCE-Daten gelingen, aus GPS-Messungen direkt zentimetergenaue Meereshöhen zu erhalten.

Für die Geophysik bedeutet die GOCE-Gradiometrie ein Blick ins Erdinnere. Hier können wesentliche Beiträge zum Verständnis der kontinentalen und ozeanischen Erdkruste erwartet werden. Weitere Anwendungsbereiche sind die Bestimmung der Topografie des Meeresbodens und der Dicke des Eises auf den Polarmeeren sowie die Rekonstruktion der Dichte der großen Eisschilde.

Gerold Reichle aus dem Vorstand des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) beschreibt die Bedeutung der Mission: „Vor dem Hintergrund unübersehbarer Klimaänderungen und deren gravierender Bedeutung für unseren Lebensraum unterstreicht GOCE das große Engagement der deutschen und europäischen Raumfahrt für eine nachhaltige Klimaforschung. Die Raumfahrt hat nicht nur wesentlich zur Aufdeckung des Globalen Wandels beigetragen, sie liefert auch die wichtigsten Instrumente, um seine Auswirkungen zu erkunden. Dies hilft Politik und Gesellschaft, die notwendigen Beschlüsse zum Schutz unserer Lebensgrundlagen zu treffen.“

Der Satellit wird das Schwerefeld der Erde mit einer räumlichen Auflösung von 100 Kilometern vermessen und Schwereanomalien mit einer Genauigkeit von einem Millionstel der Erdschwerkraft (10^-6 g) erfassen. Das Geoid, so wird das physikalische Modell der Erdfigur genannt, wird mit einer Genauigkeit von ein bis zwei Zentimetern ermittelt werden. Mit diesem Ziel stellt GOCE das Maximum des gegenwärtig technisch Machbaren dar.

Die Schwerkraftsignale werden umso stärker, je geringer der Abstand eines Satelliten von der Erde ist. GOCEs Umlaufbahn ist mit einer Höhe von etwa 260 Kilometern daher die niedrigste Bahn, auf der ein wissenschaftlicher Satellit je flog. Die Reibungskräfte der Restatmosphäre, die in dieser Flughöhe zu einem schnellen Abtauchen des Satelliten führen würden, kompensiert ein Ionentriebwerk, das so genannte Drag-free-System. Über die Lageregelung wird die gewünschte Orientierung der Instrumente bezüglich der Erde erreicht.

An Bord von GOCE wird ein GPS-Empfänger eingesetzt, der die Position des Satelliten kontinuierlich zentimetergenau bestimmt. Auf diese Weise werden vor allem die großskaligen Strukturen im Erd-Schwerefeld erfasst. Darüber hinaus ist erstmalig auf einem Satelliten auch ein Gravitationsgradiometer installiert, das auf dem Prinzip der differenziellen Beschleunigungsmessung beruht. Bestückt mit drei Paaren dieser Beschleunigungsmesser repräsentiert dieses Instrument den neuesten Stand der Technik.

Raumcon

• GOCE mit Rockot

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