Column - On the Subject

Wie stark schmelzen die Gletscher Grönlands? Um wie viel steigt der Meeresspiegel? Diese Fragen lassen sich mithilfe von Daten aus der Forschungsmission GRACE und deren Nachfolger GRACE-FO beantworten. Die Fortsetzungs-Mission ist Ende Mai erfolgreich gestartet, der leitende Wissenschaftler am GFZ erzählt von diesem aufregenden Moment.

Ein Editorial von Prof. Dr. Frank Flechtner, Deutsches GeoForschungsZentrum 

Es ist unglaublich schwer zu beschreiben, was für eine Erleichterung man spürt, wenn der Raketenstart geklappt hat. Ich würde sagen, das war der schönste Moment meiner wissenschaftlichen Karriere. Gemeinsam mit meinem Team und auch mit Kolleginnen und Kollegen der NASA, des Jet Propulsion Laboratory, von Airbus, SpaceTech und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt haben wir sieben Jahre auf die GRACE-Follow-On-Mission hingearbeitet. Wir konnten dabei auf die Erfahrungen von Christoph Reigber, dem ehemaligen Direktor des GFZ-Departments Geodäsie, und von vielen anderen zurückgreifen, die die Ursprungsmission GRACE konzipiert und realisiert hatten. Sie gilt als eine der erfolgreichsten Erdbeobachtungsmissionen der US-Raumfahrtgeschichte. Und das GFZ war von Anfang an maßgeblich daran beteiligt. 

Das Prinzip von GRACE und GRACE-FO ist rasch erklärt: Zwei Satelliten umkreisen die Erde in rund 500 Kilometern Höhe und fliegen in einem Abstand von etwa 220 Kilometern hintereinander her. Befindet sich nun unter der Flugbahn eine große Masse, sagen wir: der Mount Everest, dann zieht diese Masse den ersten der herannahenden Satelliten mehr an als den hinterherfliegenden. Der Abstand vergrößert sich. Ist der erste über die Masse hinweggeflogen, zieht sie ihn wiederum an, diesmal aber nach „hinten“: sie bremst ihn also minimal ab. Zur selben Zeit wird der zweite Satellit von der Masse angezogen, also beschleunigt. Die Folge: der Abstand verringert sich. Wir können also aus den Abstandsänderungen der Satelliten Rückschlüsse auf die jeweils überflogene Masse ziehen. Unsere Messungen per Mikrowellensensor erfolgen mit höchster Präzision auf weniger als eine Zehntelhaaresbreite genau. 

Das Ergebnis sind dann Landkarten, die das Schwerefeld der Erde anzeigen. Wenn man sie zigtausendfach überhöht darstellt, dann sieht unser Globus aus wie eine Kartoffel. Die „Potsdamer Kartoffel“ ist mittlerweile zu einem Markenzeichen des Deutschen GeoForschungsZentrums geworden. 

Aber was hat man davon, jeden Monat so eine Schwerefeldkarte zu erzeugen? Wir können aus dem Weltall Änderungen der Masse erkennen. Die Fülle an Erkenntnissen aus den 15 Jahren GRACE hat uns bereits überrascht, und ich erhoffe mir noch viele weitere neue Erkenntnisse. Nur ein paar Beispiele: Wir haben den Eismassenverlust Grönlands erstmals nachvollziehbar erfasst. Er beträgt mehr als 270 Milliarden Tonnen pro Jahr. Wir haben erkannt, dass in Kalifornien oder auch Spanien Grundwasserspeicher ausgebeutet werden – Masse, in dem Fall Wasser, verschwindet aus dem Untergrund. Wir können Ozeanströmungen verfolgen und wir können den Anteil des Meeresspiegelanstiegs, der auf Massenzufluss basiert, quantifizieren. Das war vor GRACE nicht möglich. Da gab es nur Schätzungen. Doch dies ist wichtig zu wissen, um zu unterscheiden, wie sehr das Meer wegen der thermischen Ausdehnung des Wassers ansteigt (rund 1 Millimeter pro Jahr) und wie sehr wegen des Massenzuwachses durch Schmelzwasser (rund 2 Millimeter pro Jahr). 

GRACE-FO soll diese wertvollen Messreihen fortsetzen, damit wir den Folgen des Klimawandels auf der Spur bleiben können. Wir wollen auch noch genauere Analysen vornehmen und wir testen an Bord der Satelliten ein neuartiges Entfernungsmessgerät, das Laser-Ranging-Interferometer (LRI). Durch die im Vergleich zu den Mikrowellen nochmals kürzeren Wellenlängen des Laserlichts werden wir noch präziser messen können. Das LRI, entwickelt vom Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik – Albert-Einstein-Institut in Hannover, ist außerdem ein Testgerät für einen Gravitationswellendetektor im Weltall, bestehend aus drei Satelliten, der sogenannten Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Die sollen aber in mehr als zwei Millionen Kilometer Abstand voneinander im All stationiert sein und eventuell durchlaufende Gravitationswellen erfassen. Erst kürzlich hat das LRI sein „first light“ gesehen und seine Funktionalität bewiesen. Wenn das so weiter geht, werden mein Team und ich sowie all die anderen beteiligten Forschenden noch viele glückliche Momente erleben. 

Zum Autor
Prof. Dr. Frank Flechtner ist Leiter der Sektion Globales Geomonitoring und Schwerefeld am Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ)  und dort wissenschaftlicher Leiter der Satellitenmission GRACE Follow-On. Auf dem GFZ-YouTube-Kanal finden Sie sowohl eine Aufzeichnung des Launch-Events als auch der Pressekonferenz sowie kurze Interviews mit beteiligten Forschenden.