Airbus-Satelliten untersuchen Grundwasserspiegel

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Die beiden GRACE-FO-Satelliten wurden wie die beiden GRACE-Satelliten von Airbus in Immenstaad gebaut. Der Missionsbetrieb erfolgt durch das Raumfahrtkontrollzentrum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR/GSOC) im Auftrag des GFZ. Nach einem erfolgreichen Start werden die Raumfahrzeuge zunächst im Orbit schrittweise in Betrieb genommen und für den dauerhaften Einsatz vorbereitet. Für den Sommer rechnen die beteiligten Forscherinnen und Forscher mit die ersten wissenschaftlichen Daten. Die Mission ist geplant für eine Dauer von zunächst fünf Jahren, eine Verlängerung ist möglich.

Wieder steht ein wichtiger Tag an für die Airbus-Satelliten-Schmiede in Immenstaad. Gespannt schaut man derzeit nach Kalifornien, wo am nächsten Dienstag von der Vandenberg Air Force Base die Zwillingssatelliten GRACE-FO ins All geschossen werden. Airbus hat die beiden Satelliten für die deutsch-amerikanische Mission gebaut, die das Erdschwerefeld und dessen zeitliche Änderung misst. Sie werden an Bord einer Falcon-9-Rakete von SpaceX in den Orbit gebracht. Die gewonnen Daten sollen etwa Aufschluss über den Eismassenverlust in Grönland oder die Veränderungen des Grundwasserspiegels auf der Erde geben.

GRACE-FO steht für „Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On“ und ist sozusagen die Verlängerung der GRACE-Mission, in deren Rahmen von 2002 bis 2017 das Erdschwerefeld präzise kartiert wurde. Laut dem „Helmholtz-Zentrums Potsdam – Deutschen Geo Forschungs Zentrum“ (GFZ Potsdam) helfen die dabei gewonnen Daten beispielsweise dabei, „den Verlust von Eismassen oder die Übernutzung von Grundwasservorkommen zu dokumentieren“. Das GFZ Potsdam leitet die deutschen Beiträge der Mission, die Messreihe ist ein gemeinsames Vorhaben mit der US-Raumfahrtbehörde NASA. „Dank verbesserter Hard- und Software werden die erhobenen Daten noch genauer sein“, sagt Reinhard Hüttl, Wissenschaftlicher Vorstand des GFZ, kurz vor dem Start der Satelliten im Rahmen einer Pressekonferenz über die neue Messreihe. „Sie ermöglichen damit, die dynamischen Prozesse im System Erde noch besser zu beschreiben und zu verstehen.“

Genaue Messungen möglich

Die jeweils 600 Kilogramm schweren Satelliten fliegen in einem Abstand von rund 220 Kilometern in rund 500 Kilometern Höhe hintereinander und werden bei ihrem Flug – zeitlich etwas versetzt – mal stärker und mal schwächer angezogen, je nachdem, wie viel Masse sich unter ihnen befindet. Dies führt laut GFZ zu einer kleinen Änderung des Satellitenabstandes, der dank eines präzisen Mikrowellenverfahrens bis auf einige Tausendstel Millimeter genau bestimmt werden könne. Bezogen auf die Strecke Potsdam-Hannover könne eine Längenänderung erfasst werden, die dem Zehntel des Durchmessers eines menschlichen Haares entspreche. Als Ergebnis könnten damit auch geringe Massenunterschiede im System Erde erfasst werden. „Da die beiden Satelliten kontinuierlich die Erde umkreisen, können sowohl örtliche als auch zeitliche Änderungen des Schwerefeldes dokumentiert werden“, heißt es in einer Mitteilung des GFZ Potsdam.

„Primäres Missionsziel ist die Erstellung globaler monatlicher Schwerefeldkarten. Mit Hilfe dieser Daten können verschiedene Veränderungen im System Erde rekonstruiert werden“, sagte Frank Flechtner, leitender Wissenschaftler der Mission vom GFZ. So habe schon die Vorgängermission GRACE gezeigt, dass der Eismassenverlust in Grönland zwischen 2002 und 2016 rund 270 Milliarden Tonnen pro Jahr betrug, gut 20 Milliarden Tonnen mehr als zuvor angenommen. GRACE-FO werde die Entwicklung in Grönland, aber auch in der Antarktis und anderen Eisregionen, weiterhin verfolgen und aktuelle Daten liefern.

Überdies kann die Mission laut GFZ Veränderungen der Grundwasserstände in großen Becken erfassen – ohne dass Messungen vor Ort erforderlich seien. Dazu gehörten sowohl Verluste, wie sie jüngst in Kalifornien oder im Nahen Osten beobachtet wurden, als auch zunehmende Wassermassen im Untergrund. Dieser Fall sei für die Wissenschaft ebenso spannend, denn ein gut gefüllter Grundwasserleiter habe zur Folge, dass nach ergiebigen Regenfällen weniger Wasser versickert und damit die Überflutungsgefahr steigt. Die GRACE-FO-Mission soll helfen, diese Bedrohung frühzeitig zu erkennen.

Daten über Gletscherschmelze

Die Messdaten sollen weiterhin dazu dienen, den Meeresspiegelanstieg zu erforschen. Anhand von Schwerefelddaten lässt sich ermitteln, wie groß der Anteil von zusätzlichem Wasser – beispielsweise von schmelzenden Gletschern – an den steigenden Pegeln ist und welcher Anteil auf die wärmebedingte Ausdehnung des vorhandenen Meerwassers zurückzuführen ist. Weiterhin werden die Daten von GRACE-FO laut dem GFZ herangezogen, um Ozeanströmungen zu erforschen. Die Satelliten liefern außerdem kontinuierlich Daten über den Zustand der Atmosphäre, die mit einer Verzögerung von circa zwei Stunden an internationale Wetterzentren geliefert werden, um deren tägliche Vorhersagen zu verbessern.

Die beiden GRACE-FO-Satelliten wurden wie die beiden GRACE-Satelliten von Airbus in Immenstaad gebaut. Der Missionsbetrieb erfolgt durch das Raumfahrtkontrollzentrum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR/GSOC) im Auftrag des GFZ. Nach einem erfolgreichen Start werden die Raumfahrzeuge zunächst im Orbit schrittweise in Betrieb genommen und für den dauerhaften Einsatz vorbereitet. Für den Sommer rechnen die beteiligten Forscherinnen und Forscher mit die ersten wissenschaftlichen Daten. Die Mission ist geplant für eine Dauer von zunächst fünf Jahren, eine Verlängerung ist möglich.

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