Vermessung der Erde mit CHAMP, GRACE und GOCE - Institut für ...
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<strong>Vermessung</strong> <strong>der</strong> <strong>Erde</strong> <strong>mit</strong> <strong>CHAMP</strong>, <strong>GRACE</strong> <strong>und</strong> <strong>GOCE</strong><br />
Universität<br />
Stuttgart<br />
Prof. Dr. Nico Sneeuw<br />
Dienstag, 16. Mai 2006, 17:30–19:00 17:30 19:00 Uhr<br />
Hörsaal V27.02, Pfaffenwaldring 27<br />
INSTITUT FÜR RAUMFAHRTSYSTEME<br />
www.irs.uni-stuttgart.de
<strong>Vermessung</strong> <strong>der</strong> <strong>Erde</strong><br />
<strong>mit</strong> <strong>CHAMP</strong>, <strong>GRACE</strong> <strong>und</strong> <strong>GOCE</strong><br />
Nico Sneeuw<br />
Geodätisches <strong>Institut</strong><br />
Universität Stuttgart<br />
Raumfahrt aus Leidenschaft<br />
16. Mai 2006
Die <strong>Vermessung</strong> <strong>der</strong> Welt<br />
CF Gauss<br />
(1777-1855)<br />
A von Humboldt<br />
(1769-1859)
Agenda<br />
• Was ist Geodäsie?<br />
• Schwerefeld <strong>und</strong> Geoid<br />
• Motivation<br />
• Schwerefeldquellen (Gravimetrie)<br />
• Schweremessung im All?<br />
• <strong>CHAMP</strong>, <strong>GRACE</strong> <strong>und</strong> <strong>GOCE</strong>
Geodäsie
Was ist Geodäsie?<br />
• griechisch: γη = <strong>Erde</strong>, δαιω = ich teile<br />
• Inhaltlich:<br />
– <strong>Vermessung</strong> (Bauprojekte, Land, <strong>Erde</strong>, Himmel)<br />
– Kartographie<br />
– Navigation<br />
– Eigentumbeschreibung / Katasterwesen<br />
– Planologie / Flurbereinigung<br />
• Geodäsie: "Höhere <strong>Vermessung</strong>"<br />
• Geodäsie ist, was Geodäten tun.
Was ist Geodäsie?<br />
EH Bruns (1848-1919):<br />
Bestimmung <strong>der</strong><br />
Potenzialfunktion W(x,y,z)<br />
FR Helmert (1843-1917):<br />
"Wissenschaft von <strong>der</strong><br />
Ausmessung <strong>und</strong> Abbildung<br />
<strong>der</strong> Erdoberfläche"
Was ist Geodäsie?<br />
physikalische<br />
Figur <strong>der</strong> <strong>Erde</strong><br />
Schwerefeld,<br />
Geoid<br />
geometrische<br />
Figur <strong>der</strong> <strong>Erde</strong><br />
Digitale Geländemodelle,<br />
Tektonik<br />
Referenzsysteme<br />
(Raumkoordinaten, Zeit)<br />
Orientierung<br />
<strong>der</strong> <strong>Erde</strong> im Raum<br />
Präzession, Nutation,<br />
Erdrotation
Geoid <strong>und</strong> Schwerefeld
Das Geoid<br />
• Gauss-Listing:<br />
"Niveaufläche des Erdschwerefeldes<br />
auf <strong>mit</strong>tlere Meereshöhe"<br />
• Schwerefeldvektoren senkrecht zu Niveauflächen
Das Geoid<br />
<strong>mit</strong>tlere Meereshöhe?<br />
Niveaufläche?
Das Geoid<br />
Mittlere Meereshöhe aus Satellitenaltimetrie<br />
Envisat<br />
H [m]
Das Geoid (Potatoid)
Motivation
Motivation<br />
• Schöngeistige Salongeodäsie? (AVN 1/2006)<br />
• Schwerefeldforschung: interdisziplinär
Meeresspiegel<br />
Aus Satellitenaltimetrie<br />
Topex/Poseidon
Meeresspiegel <strong>und</strong> Klima
Meeresspiegel <strong>und</strong> Klima<br />
The Day after Tomorrow
Meeresspiegel <strong>und</strong> Klima
Gravimetrie
Schwere<br />
Erdabplattung,<br />
Erdrotation<br />
Topographie,<br />
Bathymetrie<br />
interne<br />
Massenverteilung<br />
große<br />
Wasserspeicher<br />
Gezeiten<br />
Bauwerke
Schwerefeldquellen<br />
terrestrische Gravimetrie: inhomogen
Schwerefeldquellen<br />
Satellitenaltimetrie: Ozeanoberfläche
Schwerefeldquellen<br />
5 Jahrzehnte von "klassischen" Satellitenbeobachtungen<br />
SH degree<br />
0<br />
20<br />
40<br />
60<br />
EGM96s significant digits<br />
-60 -40 -20 0 20 40 60<br />
S lm < SH or<strong>der</strong> > C lm<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0
Schwere aus dem All
Schwerefeldbestimmung aus dem All<br />
Wie?<br />
Ulrich Walter, D2 SpaceLab<br />
Freifall<br />
Newton, Principia VII, Book III
High-low satellite-to-satellite tracking
Low-low satellite-to-satellite tracking
Satellite Gravity Gradiometry (SGG)
<strong>CHAMP</strong>, <strong>GRACE</strong>, <strong>GOCE</strong>
<strong>CHAMP</strong><br />
• 2001-2007<br />
• Hauptinstrument: GPS-Empfänger (~2 cm)<br />
• Polar, h~450-250 km
<strong>CHAMP</strong> Höhenverlauf (in 2002)
<strong>CHAMP</strong> Bodenmuster (14-tägige)
<strong>GRACE</strong><br />
• 2002-2009?<br />
• Hauptinstrument: K-Band range-rate (~1µm/s)<br />
• Polar, h~400 km ↓
<strong>GOCE</strong><br />
• Start 2007<br />
• Hauptinstrument: Gradiometer<br />
(besser als 1 mE/√Hz)<br />
• Sonnensynchron, h ~ 270 km, drag-free
Familienbild<br />
<strong>CHAMP</strong><br />
<strong>GRACE</strong><br />
<strong>GOCE</strong>
Auflösung<br />
L<br />
=<br />
50<br />
λ / 2 = 400 km<br />
∆T<br />
= 1 month<br />
L = 100<br />
λ / 2 = 200 km<br />
∆T<br />
= 1 month<br />
L<br />
=<br />
300<br />
λ / 2 = 70 km<br />
∆T<br />
= N/A
<strong>CHAMP</strong><br />
<strong>CHAMP</strong>-basiertes Geoid Model
<strong>GRACE</strong>: zeitliche Variation<br />
Tapley et al.<br />
23. Juli 2004<br />
Science<br />
Vol 305, pp 305-307
<strong>GOCE</strong> SGG-Komponenten
Geodätische Satellitensysteme
Zum Schluss<br />
• <strong>CHAMP</strong>: nach 1 Monat schon besser als 40<br />
Jahre satellite tracking zuvor<br />
• <strong>GRACE</strong>: sehr genau → zeitliche Variation<br />
• <strong>GOCE</strong>: hochauflösend<br />
• Enge Verflechtung Geodäsie <strong>mit</strong><br />
– Hydrologie<br />
– Ozeanographie<br />
– Klimaforschung<br />
– Geophysik
Zum Schluss<br />
• Raumfahrt aus Leidenschaft<br />
• Raumfahrt aus Notwendigkeit
<strong>Vermessung</strong> <strong>der</strong> <strong>Erde</strong> <strong>mit</strong> <strong>CHAMP</strong>, <strong>GRACE</strong> <strong>und</strong> <strong>GOCE</strong><br />
Universität<br />
Stuttgart<br />
Prof. Dr. Nico Sneeuw<br />
Dienstag, 16. Mai 2006, 17:30–19:00 17:30 19:00 Uhr<br />
Hörsaal V27.02, Pfaffenwaldring 27<br />
INSTITUT FÜR RAUMFAHRTSYSTEME<br />
www.irs.uni-stuttgart.de
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