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Satellitentrio SWARM erkundet das Erdmagnetfeld

Das Erdmagnetfeld - ein Fenster zum Erdkern

20.10.2010 | Potsdam: Mit drei baugleichen Satelliten wird die Erdbeobachtungsmission SWARM ab Juni 2012 das Magnetfeld unseres Planeten beobachten. Im Rahmen des „Living Planet“-Programms der Europäischen Raumfahrt-Agentur ESA wird die bisher präziseste Vermessung des geomagnetischen Feldes vorgenommen, um Vorgänge im Erdinnern und im erdnahen Weltraum zu erkunden. Das Deutsche GeoForschungsZentrum GFZ übernimmt dabei die Projektkoordination, insbesondere die wissenschaftliche und wirtschaftliche Nutzung der Datenprodukte innerhalb Deutschlands. Bei Astrium in Friedrichshafen wurde nun der erste SWARM-Satellit fertiggestellt.

„Die Mission besteht aus einem Satelliten-Trio, das auf dem Konzept des Geoforschungssatelliten CHAMP basiert“, erläutert dazu Professor Hermann Lühr, Projektkoordinator von SWARM am GeoForschungsZentrum. „Am GFZ haben wir mit CHAMP bereits überraschende Einsichten in das Erdmagnetfeld gewonnen, die uns auch vor neue Fragen stellten. SWARM soll unsere Kenntnis des Magnetfeldes erweitern. Wir erhoffen uns Auskunft über Stromsysteme in der Ionosphäre, über das Magnetfeld der Lithosphäre, die Elektronendichte im erdnahen All und über das Magnetfeld an der Grenze zwischen Erdkern und -mantel.“ Hermann Lühr kann hier auf Ergebnisse aufbauen, die am GFZ, dem Potsdamer Helmholtz-Zentrum, durch die Auswertung der CHAMP-Messdaten vorliegen.

Das Magnetfeld schwächelt

Die Erde ist einem ständigem Beschuss mit energiereichen Teilchen von der Sonne und aus dem Weltall ausgesetzt. Glücklicherweise schützt uns das Erdmagnetfeld vor dieser gefährlichen Strahlung. Während der letzten Dekaden haben Messungen des Magnetfelds jedoch gezeigt, dass das Erdmagnetfeld und damit unser natürliches Schutzschild schwächer werden. Präzise Messungen des Satelliten CHAMP offenbarten, dass die Feldstärke in bestimmten Gebieten Südamerikas und über dem Südatlantik rasch abnimmt. Die beobachtete Abnahme ist mit bis zu 12 Prozent in 30 Jahren am stärksten über dem Südatlantik ausgeprägt, gerade dort, wo sich die Schwächezone des Magnetfeldes befindet. Bereits jetzt erleiden Raumfahrzeuge in dieser Region die meisten Störungen und die Besatzung der internationalen Raumstation ISS erhält hier die höchste Strahlendosis auf ihrem Umflug. Daher ist es dringend erforderlich, die unvorhersehbare, zukünftige Entwicklung des Erdmagnetfelds genauestens zu überwachen. Diese Aufgabe kann am besten von niedrig fliegenden Satelliten bewältigt werden. Die ESA-Raumflotte mit den drei SWARM-Satelliten ist auf diese Herausforderung bestens zugeschnitten.

Magnetisierte Gesteine, elektrisierte Atmosphäre, magnetische Ozeanströmungen

Hoch auflösende Magnetfeldmessungen mit Hilfe von SWARM werden auch der Kartierung von magnetisierten Gesteinen und Sedimenten dienen. Das resultierende magnetische Bild der Erdkruste einschließlich des Ozeanbodens wird unser Verständnis der geologischen Formationen erheblich verbessern und zum Auffinden von Mineralien und Erzlagerstätten sehr nützlich sein.

Neben dem Magnetfeld erkunden die SWARM-Satelliten auch die obere, zum Teil ionisierte und elektrisch leitende Atmosphäre. Heutzutage werden Schwankungen in der Elektronendichte in diesem Höhenbereich große Aufmerksamkeit geschenkt, da sie Funkwellen streuen und Signale der GPS-Navigation stören oder ganz unterbrechen können. Das Satelliten-Trio ist in der Lage, Gebiete mit solchen flimmernden Störungen aufzuspüren und diese Informationen in kurzer Zeit an GPS-Nutzer zu übermitteln. Diese Technik kann somit einen bedeutenden Beitrag zur Sicherung des Flugverkehrs leisten.

Eine weitere, große Herausforderung ist die Beobachtung von Ozeanströmungen. Die Bewegung des elektrisch leitenden Salzwassers erzeugt ein schwaches Magnetfeld. Mit CHAMP war es am GFZ erstmals gelungen, magnetische Signale der Meeresgezeiten aufzunehmen und als solche zu identifizieren. Die SWARM-Mission mit ihren weiterentwickelten Instrumenten und ihrer speziellen Satelliten-Konstellation soll es ermöglichen, die großräumigen Meeresströmungen räumlich und zeitlich zu verfolgen. Die Dynamik der Ozeane spielt für das Klimageschehen eine wichtige Rolle. Die SWARM-Mission kann einen wesentlichen Beitrag zur Klimaforschung leisten, indem sie hilft, das Muster der globalen ozeanischen Zirkulation aufzudecken.

Professor Reinhard Hüttl, Vorstandsvorsitzender das GeoForschungsZentrums, begrüßt die Einrichtung des SWARM-Projektbüros am GFZ: „Satelliten sind ein unverzichtbares Werkzeug der Geowissenschaften. Die erfolgreichsten deutschen Raumfahrtmissionen waren Erdbeobachtungsmissionen, und in kaum einer anderen Wissenschaft ist der Weg von der Forschung bis zur Anwendung so kurz wie in der raumgestützten Erdbeobachtung.“

Abb. in druckfähiger Auflösung

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