Ein Beitrag von Florian Stremmel. Quelle: NASA/JPL.

Nach fast 62.000 Erdumrundungen im Dienste der Ozeanographie verlor der US-amerikanisch-französische Gemeinschaftssatellit durch den Ausfall seines letzten funktionierenden Drallrades seine Manövrier- und Orientierungsfähigkeit und damit die Möglichkeit, weitere Operationen durchzuführen. 13 Jahre lang versorgte er insgesamt mehr als 600 Wissenschaftler aus 54 Ländern mit seinen Daten, wie zum Beispiel 1997 mit der Vorhersage von El Nino. Aber auch zur Ozean- und Klimaforschung, Schiffrouten-Berechnung, zum Fischereimanagement und bei der Erforschung von Meeressäugetieren wurden seine Beobachtungen verwendet. Mehr als 2100 Forschungspublikationen stützen sich auf diese Daten. Zu den wichtigsten Erkenntnissen zählt die globale Bestimmung der Strömungszirkulation der Ozeane.

Aus einer Höhe von 1336 Kilometern beobachtete TOPEX/Poseidon die Weltmeere, und konnte dabei die Tiefe des Ozeanbodens unter ihm auf bis zu 4-5 cm genau bestimmen. Seine ursprüngliche Missionsdauer war auf fünf Jahre ausgelegt, doch schließlich wurde daraus die bis heute längste Radar-Mission im Erdorbit. Im Durchschnitt lieferte der Satellit pro 10-Tages-Zyklus 98 Prozent der verlangten Informationen.

Am 10. August 1992 wurde die gemeinsame Forschungsplattform gestartet, nachdem die NASA und das französische Centre National d’Etudes Spatiales bereits 1983 beschlossen hatten, ihre sich ähnelnden Vorhaben TOPEX bzw. Poseidon zu vereinigen. In der Erdumlaufbahn angekommen, revolutionierte der Erdbeobachtungssatellit die Ozeanwissenschaft, erstmals bot sich eine weltweite Abdeckung der Meeresgrund-Topographie, des weiteren konnte die kontinuierliche Entwicklung der Ozeane verfolgt werden. Auch deren Einfluss auf das Weltklima wurde untersucht.

Doch auf diese immer wichtiger werdenden Informationen muss in Zukunft nicht verzichtet werden. Bereits im Dezember 2001 wurde mit dem Satellit

Jason eine Folgemission gestartet, welche die Arbeit von TOPEX/Poseidon fortführt. Fast drei Jahre lang arbeiteten beide Systeme sogar als Tandem. Jason kartiert alle 10 Tage präzise die Höhe der Meeresoberfläche, registriert Windgeschwindigkeiten und Wellenhöhen von 95 Prozent der eisfreien Ozeanfläche und sorgt damit für einen wichtigen Beitrag zur Wetter- und Klimavorhersage. Eine weitere Mission ist für 2008 angesetzt. Damit wird die globale Erderwärmung nicht aufgehalten, kann jedoch viel genauer analysiert und vorhergesagt werden. Eine angemessene Reaktion der Menschheit auf den Klimawandel dürfte jedoch weit schwieriger sein als die erforderliche Datenbeschaffung.

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Autor: Michael Stein, bearbeitet von Star-Light, Quelle: NASA/JPL.

Insgesamt 46.763 Erdorbits hatte TOPEX/Poseidon bis zu seinem zehnjährigen Dienstjubiläum absolviert. Am 10. August 1992 wurde der Forschungssatellit an der Spitze einer Ariane 42P-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou (Französisch-Guayana) aus gestartet und umkreist seitdem in einer Höhe von 1.336 km die Erde. Die Planungen für die Mission gehen zurück bis zum Ende der 1970er Jahre. Damals planten die französische Raumfahrtbehörde CNES mit Poseidon und die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA mit TOPEX noch jeweils separate Missionen, die dann aber 1983 zu einer gemeinsamen Mission zusammengelegt wurden.
 
Der knapp 2,5 t schwere Satellit bestimmt kontinuierlich die Meereshöhe von 95 Prozent der eisfreien Meeresflächen mit einer Genauigkeit von 4,2 cm. Seine Bahn führt ihn alle zehn Tage über dieselbe Stelle hinweg, so dass im Zeitablauf Veränderungen des Meeresspiegels und großräumige ozeanische Phänomene wie beispielsweise El Nino beobachtet werden können.
 
„TOPEX/Poseidon hat die Meeresforschung revolutioniert“, sagte Dr. Lee-Lueng Fu, TOPEX/Poseidon-Projektwissenschaftler beim Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA. „Zum ersten Mal konnte der ‚Puls‘ der Ozeane – Wirbelströmungen, saisonale Zyklen und jährlich auftretende Klimasignale – mit bis dahin unerreichter Genauigkeit kartiert werden, wodurch fundamental wichtige Informationen für den Test ozeanischer Zirkulationsmodelle gewonnen werden konnten.“ Rund 400 Forscher nutzen weltweit die Daten des Erdbeobachtungssatelliten auf verschiedenste Weise.
 
Ursprünglich war die Mission auf drei Jahre ausgelegt und beinhaltete eine Option für eine dreijährige Verlängerung. Der Nachfolgesatellit Jason wurde am 7. Dezember 2001 erfolgreich gestartet und beinhaltet neue und leistungsfähigere Versionen der TOPEX/Poseidon-Instrumente. Zurzeit befindet sich diese ebenfalls in französisch-amerikanischer Kooperation betriebene Forschungsmission noch in der wissenschaftlichen Überprüfungsphase, soll aber demnächst auf einer parallelen Umlaufbahn zu TOPEX/Poseidon mit der Datenerhebung beginnen. Die gemeinsame Mission beider Satelliten wird eine höhere Genauigkeit bei der Aufspürung großräumiger ozeanischer Phänomene ermöglichen. Zu diesem Zweck ist eine Kurskorrektur von TOPEX/Poseidon erforderlich, die am 15. August durchgeführt wurde.
 
Detaillierte Informationen über TOPEX/Poseidon und seinen Nachfolger sind im Internet auf der Seite Ocean Surface Topography (englisch) verfügbar.

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Ein Beitrag von Michael Stein, bearbeitet von Star-Light, Quelle: GSFC.

Bis zum Jahr 1997 schrumpfte die äquatoriale Ausbuchtung im Erdschwerefeld aufgrund des so genannten Post-Glacial Rebound (PGR)-Effekts, der einsetzte, als die Eisdecken nach dem Ende des letzten Eiszeit abgeschmolzen sind. Von dem enormen Gewicht der Eismassen befreit begannen sich die darunter liegenden Landmassen anzuheben. Durch die dadurch bewirkten Bewegungen der tiefer liegenden Erdschichten änderte sich dann schließlich auch die Gestalt des Gravitationsfeldes der Erde. „Die Erde verhielt sich, als ob man einen Finger in einen Schwamm stößt und anschließend zusieht, wie er langsam wieder zu seiner alten Form zurückkehrt“, so der Wissenschaftler Christopher Cox vom Goddard Space Flight Center der NASA.

Zurzeit hat die Erde eine signifikante Ausbuchtung am Äquator und eine Einbuchtung an den Polen. „Beobachtungen des Erdgravitationsfeldes zeigen das es Phänomene gibt, die den gravitativen Effekt des PGR konterkarieren. Während der PGR-Effekt die Größe der Ausbuchtung im Erdschwerefeld am Äquator verringerte, führt das aktuelle Phänomen zu einem Anwachsen dieser ‚Beule'“, so Cox. Diese Veränderungen im Gravitationsfeld der Erde können registriert werden, indem mit Laserstrahlen die Bahnen von Satelliten hochgenau verfolgt werden, um dadurch Änderungen in den Orbits festzustellen, sowie durch Messung der Änderungen in der Rotationsdauer der Erde.

Die Wissenschaftler nehmen an, dass Massenbewegungen von hohen Breitengraden hin zum Äquator die zuletzt beobachteten Änderungen des Erdschwerefeldes verursacht haben. Solche großräumigen Veränderungen können durch den Klimawechsel verursacht sein, ebenso gut ist es aber auch möglich, dass sie Teil von normalen langperiodischen Klimavariationen sind. „Die drei Gebiete, die große Veränderungen im Gravitationsfeld der Erde verursachen können, sind die Ozeane, Polar- und Gletschereis sowie die Atmosphäre“, sagte Cox. Er und sein Kollege Dr. Benjamin Chao haben die Atmosphäre als Verursacher ausgeschlossen. Stattdessen nehmen sie an, dass sich eine signifikante Menge an Eis oder Wasser von den höheren Breitengraden zum Äquator bewegt hat, wobei die Ozeane die Träger dieser Bewegung sein könnten.

Das in den letzten Jahren geschmolzene Polar- und Gletschereis reicht nicht aus, um die beobachteten Veränderungen im Gravitationsfeld der Erde zu erklären. Seit 1997 hätte jedes Jahr ein Eisblock mit einer Kantenlänge von zehn Kilometern und einer Höhe von fünf Kilometern schmelzen und sich in die Ozeane ergießen müssen, damit schmelzendes Eis als Ursache in Frage kommt. Vom amerikanisch-französischen Meeresbeobachtungssatelliten TOPEX/Poseidon ist jedoch kein Anstieg des durchschnittlichen globalen Meeresspiegels gemessen worden, wie er mit einem solchen Vorgang einhergehen müsste.

Da also sowohl Vorgänge in der Atmosphäre wie auch Polar- und Gletschereisschmelzen als Ursachen ausscheiden, müssen riesige Massen innerhalb der Ozeane umverteilt worden sein, um das Gravitationsfeld der Erde in dem beobachteten Maß zu verändern. An dieser Stelle kommt die Theorie ozeanischer Strömungssysteme zum Einsatz. Diese Systeme können in relativ kurzer Zeit enorme Wassermassen bewegen, wie sie für die in den letzten fünf Jahren gemessenen Veränderungen notwendig wären. Die Messungen von TOPEX/Poseidon zeigen einen Anstieg des Meeresspiegels dort, wo auch die äquatoriale gravitative „Ausbuchtung“ gewachsen ist. Obwohl die Daten gut miteinander korrespondieren können endgültige Aussagen zur Ursache dieses Phänomens erst dann getroffen werden, wenn genauere Daten über die globale Temperatur und den Salzgehalt der Ozeane zur Verfügung stehen.

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: NASA JPL.

Der Pazifik wird ständig vom französisch-amerikanischen Satelliten Topex/Poseidon auf auf Symptome, die auf El Niño hindeuten, untersucht. In den Jahren 1997-1998 war El Niño besonders stark aktiv.

Die aktuellen Daten zeigen, das der äquatornahe Pazifikbereich etwa ein Grad Celsius über der Temperatur der letzten Monate warm ist. Trotzdem scheint der Ozean mehr und mehr von immer größeren Phasen dominiert zu werden, die El Niño und das Schwesterphänomen El Niña abzuschwächen scheinen.

„Abgesehen von einigen Erwärmungen im Äquatorbereich sieht der Juni 2002 sehr ähnlich aus wie der Juni 2001.“ sagt der Ozeanograph Dr. William Patzert vom NASA Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien. „Wir sind weiter in einem anhaltenen El Niño-Muster.
Die Ozean-Erwärmung in den letzten Monaten kann mit der Entspannung der Winde in dem Bereich erklärt werden, die vom NASA Quick Scatterometer (QiukScat-Satellit) aufgezeichnet wurden. Der Satellit misst die Windgeschwindigkeit über dem Ozean sowie die -richtung. Diese Winde blasen für gewöhnlich von Amerika in Richtung Asiens und begünstigen so auch einen Strom warmen Wassers in Richtung Osten zu tragen.
„In den ersten beiden Juni-Wochen waren diese Winde ungewöhnlich ruhig.“ sagt Dr. Timothy Liu, QuikScat-Projektmanager. „Aber in der letzten Woche sind sie mit normaler Stärke zurückgekehrt. Wenn sie länger wegbleiben oder stärker werden, hätten wir vielleicht den Ausbruch von El Niño beobachten können.“

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