Heute vor 15 Jahren begann eine revolutionäre Mission im Erdorbit: Die Zwillings-Satelliten des Gravity Recovery and Climate Experiments (GRACE) sollten die Wasser- und Eismassen der Erde mit einem ganz neuen Ansatz messen und überwachen – über Veränderungen des Erdschwerefelds. Heute verdanken wir ihnen ganz neue Einblicke in den Wasserkreislauf unseres Planeten und unzählige wertvolle Erkenntnisse über Klima, Ozeane und Gletscher.
Das Satelliten-Duo des Gravity Recovery and Climate Experiments (GRACE) begann am 17. März 2002 mit seiner Arbeit – und hat seither unseren Blick auf die Erde und vor allem den irdischen Wasserkreislauf grundlegend verändert. Dank GRACE wissen wir, wo die großen Gletscher und Eiskappen unseres Planeten Eis verlieren, wie die Wassermassen der Meere im Jahres- und Wochenrhythmus schwanken und wie sehr die Menschheit die großen Grundwasser-Reservoire der Erde übernutzt.
Schwerefeld als Indikator
Was viele nicht wissen: Dass wir heute diese Daten erheben können, verdanken wir einer revolutionären Idee – und GRACE. „Die völlig neue Idee bei GRACE war, dass man Messungen der Masse nutzen könnte, um Informationen über das System Erde zu gewinnen“, erklärt GRACE-Chefwissenschaftler Byron Tapley von der University of Texas (UTCSR) in Austin.
Das Prinzip dahinter: Je größer die Masse eines Objektes ist, desto größer ist auch dessen Anziehungskraft. So üben die Alpen beispielsweise eine höhere Anziehungskraft aus als die norddeutsche Tiefebene. Dadurch ähnelt das Schwerefeld der Erde eher einer zerdellten Kartoffel als einem glatten Globus. Neben der Erdkruste jedoch wirken auch die Massen von Eis und Wasser auf das Schwerefeld ein – wenn auch nur minimal.
So funktioniert GRACE
Doch GRACE kann dank feiner Sensoren und dem Zwillingsprinzip diese Veränderungen im Wasserkreislauf aus dem Orbit messen. Das Prinzip: In Gebieten leicht erhöhter Schwerkraft wird einer der Satelliten stärker angezogen und beschleunigt dadurch minimal. Dadurch entfernt er sich vom 220 Kilometer entfernt fliegenden Zwillingssatelliten und diese Abstandsänderungen werden mittels Mikrowellen registriert.
Aus diesen Daten können die Wissenschaftler monatliche Karten erstellen, die die regionalen Änderungen der Erdanziehungskraft und die dahinterstehenden Veränderungen der Massen an der Erdoberfläche zeigen. Seit nunmehr 15 Jahren dienen die GRACE-Satelliten inzwischen als Augen im All – dreimal so lange wie ursprünglich geplant.
Die Zeitreihen der GRACE-Mission haben inzwischen zahlreiche neue Erkenntnisse über das System Erde und seine Veränderungen geliefert. Neben den Entwicklungen der Ozeane, Meeresspiegel und Eismassen hat GRACE auch zur Vorhersage von Hochwassern beigetragen und sogar kartiert, wie Erdbeben die Erdkruste verändert. Diese Messungen eröffnen ganz neue Einsichten in das Geschehen unter der Erdoberfläche.
Nachfolger steht schon parat
Jetzt allerdings ist ein Ende abzusehen: Das Satelliten-Duo wird demnächst seine Treibstoffvorräte aufgebraucht haben – vermutlich noch in diesem Sommer. Doch ein Nachfolger steht schon parat: Die NASA und das Deutsche GeoForschungsZentrum (GFZ) haben eine Nachfolge-Mission entwickelt, GRACE Follow-On (GRACE-FO). Die Satelliten dieser Folgemission sollen zwischen Dezember 2017 und Februar 2018 an den Start gehen.
Die neue Mission wird das gleiche Messprinzip wie GRACE nutzen, besitzt aber außerdem ein neuartiges Laser Ranging Interferometer (LRI), um die Distanz zwischen beiden Satelliten noch genauer überwachen zu können. Dadurch sollen die resultierenden Schwerefeld-Karten noch genauer werden.
(NASA/ Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, 17.03.2017 – NPO)
