Die Menschen neigen dazu, die Schwerkraft hier auf der Erde als eine einheitliche und beständige Sache zu betrachten. Dies ist auf eine Kombination von Faktoren zurückzuführen, wie die ungleichmäßige Massenverteilung in den Ozeanen, Kontinenten und im tiefen Inneren sowie auf klimabezogene Variablen wie den Wasserhaushalt der Kontinente und das Schmelzen oder Wachsen der Gletscher.
Und jetzt wurden diese Variationen erstmals in dem Bild „Potsdamer Schwerkraftkartoffel“ festgehalten - einer Visualisierung des Schwerefeldmodells der Erde, das vom Helmholtz-Zentrum des Deutschen Forschungszentrums für Geophysik (GFZ) in Potsdam erstellt wurde , Deutschland.
Und wie Sie auf dem Bild oben sehen können, hat es eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit einer Kartoffel. Auffälliger ist jedoch die Tatsache, dass durch diese Modelle das Gravitationsfeld der Erde nicht als fester Körper dargestellt wird, sondern als dynamische Oberfläche, die sich im Laufe der Zeit ändert. Dieses neue Schwerefeldmodell (mit der Bezeichnung EIGEN-6C) wurde erstellt unter Verwendung von Messungen, die von den Satelliten LAGEOS, GRACE und GOCE erhalten wurden, sowie bodengestützten Schwerkraftmessungen und Daten aus der Satellitenaltimetrie.
Im Vergleich zum Vorgängermodell von 2005 (siehe oben) hat EIGEN-6C eine vierfache Erhöhung der räumlichen Auflösung.
„Von besonderer Bedeutung ist die Einbeziehung von Messungen des Satelliten GOCE, aus denen das GFZ das Gravitationsfeld selbst berechnet hat“, sagt Dr. Christoph Foerste, der zusammen mit Dr. Frank Flechtner die Arbeitsgruppe Schwerefeld am GFZ leitet.
Die ESA-Mission GOCE (Gravity Field und Steady-State Ocean Circulation Explorer) wurde Mitte März 2009 gestartet und misst seitdem das Gravitationsfeld der Erde mithilfe der Satellitengradiometrie - der Untersuchung und Messung von Schwankungen der Erdbeschleunigung.
"Dies ermöglicht die Messung der Schwerkraft in unzugänglichen Regionen mit beispielloser Genauigkeit, beispielsweise in Zentralafrika und im Himalaya", sagte Dr. Flechtner. Darüber hinaus bieten die GOCE-Satelliten Vorteile bei der Messung der Ozeane.
In den vielen offenen Räumen, die unter dem Meer liegen, zeigt das Schwerefeld der Erde Variationen. GOCE ist in der Lage, diese sowie Abweichungen in der Meeresoberfläche besser abzubilden - ein Faktor, der als „dynamische Topographie des Ozeans“ bezeichnet wird -, der auf die Schwerkraft der Erde zurückzuführen ist, die das Oberflächengleichgewicht des Ozeans beeinflusst.
Langzeitmessdaten aus der Doppel-Satelliten-Mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) des GFZ wurden ebenfalls in das Modell aufgenommen. Durch die Überwachung klimabasierter Variablen wie das Abschmelzen großer Gletscher in den Polarregionen und die Menge des in großen Flusssystemen gespeicherten saisonalen Wassers konnte GRACE den Einfluss großräumiger zeitlicher Änderungen auf das Gravitationsfeld bestimmen.
Angesichts der zeitlichen Natur klimabezogener Prozesse - ganz zu schweigen von der Rolle des Klimawandels - sind fortlaufende Missionen erforderlich, um zu sehen, wie sie sich langfristig auf unseren Planeten auswirken. Zumal die GRACE-Mission 2015 enden soll.
Insgesamt gingen rund 800 Millionen Beobachtungen in die Berechnung des endgültigen Modells ein, das aus mehr als 75.000 Parametern besteht, die das globale Gravitationsfeld darstellen. Allein der GOCE-Satellit hat während seiner Dienstzeit (zwischen März 2009 und November 2013) 27.000 Umlaufbahnen gemacht, um Daten über die Schwankungen des Erdschwerefelds zu sammeln.
Das Endergebnis erreichte eine Zentimetergenauigkeit und kann als globale Referenz für Meeresspiegel und Höhen dienen. Über die „Schwerkraftgemeinschaft“ hinaus hat die Forschung auch das Interesse von Forschern an Luft- und Raumfahrttechnik, Atmosphärenwissenschaften und Weltraummüll geweckt.
Vor allem aber bietet es Wissenschaftlern eine Möglichkeit, die Welt abzubilden, die sich von Ansätzen unterscheidet, die auf Licht, Magnetismus und seismischen Wellen basieren, aber immer noch komplementär sind. Und es könnte für alles verwendet werden, von der Bestimmung der Geschwindigkeit von Meeresströmungen aus dem Weltraum über die Überwachung des Anstiegs des Meeresspiegels und des Schmelzens von Eisplatten bis hin zur Aufdeckung verborgener Merkmale der kontinentalen Geologie und sogar zum Blick auf die Tektonik der Konvektionskraft, die die Platte antreibt.
