Volker Tesmer - Deutsche Geodätische Kommission

14
2. Grundlagen der geodätischen VLBI
Anregungsmechanismen ozeanischer und atmosphärischer Drehimpulsvariationen die Chandleramplitude eines
freien Kreiselmodells aufrechterhalten können.
Die Chandlerperiode ist überlagert von einer jährlichen Schwingung mit einer Amplitude von ca. 60-90 mas
(HÖPFNER 2002), was 3-4 m auf der Erdoberfläche entspricht, wodurch sich eine Schwebung mit einer Periode
von ca. 6.3 Jahren ergibt. Einschließlich anderer, durch unregelmäßige Massenverlagerungen im System Erde
ausgelöster Bewegungen der Rotationsachse, schwankt der Rotationspol um ca. ± 300 mas während eines Jahres,
was auf der Erdoberfläche 9 m entspricht (TORGE 2001, S. 35). Wie LOD und ∆UT1 unterliegen auch die Polkoordinaten
Schwankungen mit täglichen und halbtäglichen Perioden, die durch Massenverlagerungen wegen
Ozeangezeiten bedingt sind. Überlagerungen in jeweils maximaler Phase können in der Summe bis zu 1.5 mas in
x P und 1.1 mas in y P erreichen (MCCARTHY und PETIT 2003).
Obwohl der Übergang vom zälestischen in das terrestrische Referenzsystem durch eine Rotation um drei zeitabhängige,
Eulersche Winkel vollzogen werden kann, werden in der Astronomie und Geodäsie dafür in der Regel
Zeitreihen der fünf beschriebenen Erdorientierungsparameter (EOP) ∆ ψ , ∆ ε , ∆UT1, x P und y P verwendet.
Deshalb ist davon auszugehen, dass diese fünf Parameter keine voneinander völlig unabhängige Information
beinhalten. Wie z.B. in TESMER et al. (2002) an Testrechnungen nachvollzogen wurde, können die Nutationsanteile
∆ ψ und ∆ ε und gleichzeitig bestimmte Polkoordinaten x P und y P sehr gut voneinander getrennt werden,
wenn beide das Zeitintervall eines Tages repräsentieren. Nicht trennbar sind für ein 24-stündiges Zeitintervall
gültige Nutationsanteile und subtäglich aufgelöste Polkoordinaten. Diese an VLBI-Messungen nachvollzogenen
Erfahrungen entsprechen den Angaben von SCHÖDLBAUER (2000, S. 194), nach denen stationäre bzw. quasistationäre
Achsbewegungen im erdfesten Bezugssystem Bewegungen mit täglicher Periode im Inertialsystem entsprechen,
und quasistationäre Achsbewegungen im Inertialsystem tägliche Bewegungen im erdfesten Bezugssystem
bedeuten. Weitere Ausführungen des Zusammenhangs zwischen Nutationswinkeln und Polkoordinaten und
∆UT1 sind z.B. auch in MORITZ und MÜLLER (1987, S.566f) zu finden.
Ein Vorteil der Darstellungsform mit fünf Parametern ist ihre Anschaulichkeit: Präzessions- und Nutationswinkel
können direkt an die Quellenkoordinaten in einem CRF angebracht werden, die Polkoordinaten sind unmittelbar
als Rotationen für Stationskoordinaten im TRF zu verwenden. Damit ist auch eine anschauliche physikalische
Interpretation verbunden, bei der die Rotationen des CRF vor allem durch Drehmomente der Himmelskörper
unseres Sonnensystems ausgelöst werden und die Rotationen des TRF hauptsächlich durch Drehmomente von
Massen im System Erde. Exemplarisch wird auf eine Ausnahme von dieser Regel hingewiesen, die „Free Core
Nutation (FCN)“. Sie entsteht durch Wechselwirkungen zwischen dem elastischen Mantel und dem flüssigen
Kern der Erde, bei denen durch die Gezeiten (siehe dazu Abschnitt 2.1.3) angeregte Deformationen als Eigenschwingungen
des Erdkörpers in Resonanz geraten. Die dadurch ausgelösten Schwankungen der Rotation der
Erde können im terrestrischen System als unregelmäßig auftretende quasi-tägliche Polbewegungen mit Amplituden
von ca. 0.1 mas aufgefasst werden. Die Polkoordinaten x P und y P werden üblicherweise aber durch Zeitreihen
täglicher Mittelwerte dargestellt, weshalb sie für die Darstellung der FCN nicht geeignet sind. Obwohl ihre
Ursache im System Erde zu finden ist, wird die FCN deshalb durch langperiodische Schwankungen des Pols im
zälestischen System mit einer Periode von ca. 430 Tagen aufgefangen (MATHEWS 2000).
(Anmerkung: Mit den IAU Resolutionen des Jahres 2000 ergaben sich einige Änderungen der offiziellen Definition
der Parameter, mit denen die Beziehung zwischen dem raumfesten und dem erdfesten System vollzogen wird.
Mit der Resolution 1.6 wird die Definition der Präzession und Nutation leicht geändert, die Resolution 1.7 besagt,
dass der zälestische Ephemeridenpol (CEP) durch den zälestischen intermediären Pol (CIP) ersetzt wird. In diesem
Zusammenhang löst mit der Resolution 1.8 das Konzept eines zälestischen und terrestrischen Ephemeridenursprungs
das Frühlingsäquinoktium zur Definition des Erdrotationswinkels ab. Nur wenige der mit Beginn des
Jahres 2003 offiziell in Kraft getretenen Änderungen finden aber bereits tatsächlich Verwendung, weshalb hier
nicht weiter darauf eingegangen wird. Der ursprüngliche Text der Resolutionen ist unter
http://danof.obspm.fr./IAU_resolutions/Resol-UIA.htm zu finden, weiterführende Erläuterungen werden ausführlich
in CAPITAINE et al. 2002 oder kürzer in CAPITAINE 2002 gegeben.)
2.1.3 Stationskoordinaten und ihre zeitliche Variation im terrestrischen Referenzsystem
Der Ursprung eines erdfesten Referenzsystems wird üblicherweise im Geozentrum definiert, dem Massenzentrum
der gesamten Erde, also der festen Erde zusammen mit den Ozeanen, der kontinentalen Hydrosphäre, der Kry-