Vermessung der Erde mit CHAMP, GRACE und GOCE - Institut für ...

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Vermessung der Erde mit CHAMP, GRACE und GOCE - Institut für ...

Vermessung der Erde mit CHAMP, GRACE und GOCE

Universität

Stuttgart

Prof. Dr. Nico Sneeuw

Dienstag, 16. Mai 2006, 17:30–19:00 17:30 19:00 Uhr

Hörsaal V27.02, Pfaffenwaldring 27

INSTITUT FÜR RAUMFAHRTSYSTEME

www.irs.uni-stuttgart.de


Vermessung der Erde

mit CHAMP, GRACE und GOCE

Nico Sneeuw

Geodätisches Institut

Universität Stuttgart

Raumfahrt aus Leidenschaft

16. Mai 2006


Die Vermessung der Welt

CF Gauss

(1777-1855)

A von Humboldt

(1769-1859)


Agenda

• Was ist Geodäsie?

• Schwerefeld und Geoid

• Motivation

• Schwerefeldquellen (Gravimetrie)

• Schweremessung im All?

CHAMP, GRACE und GOCE


Geodäsie


Was ist Geodäsie?

• griechisch: γη = Erde, δαιω = ich teile

• Inhaltlich:

Vermessung (Bauprojekte, Land, Erde, Himmel)

– Kartographie

– Navigation

– Eigentumbeschreibung / Katasterwesen

– Planologie / Flurbereinigung

• Geodäsie: "Höhere Vermessung"

• Geodäsie ist, was Geodäten tun.


Was ist Geodäsie?

EH Bruns (1848-1919):

Bestimmung der

Potenzialfunktion W(x,y,z)

FR Helmert (1843-1917):

"Wissenschaft von der

Ausmessung und Abbildung

der Erdoberfläche"


Was ist Geodäsie?

physikalische

Figur der Erde

Schwerefeld,

Geoid

geometrische

Figur der Erde

Digitale Geländemodelle,

Tektonik

Referenzsysteme

(Raumkoordinaten, Zeit)

Orientierung

der Erde im Raum

Präzession, Nutation,

Erdrotation


Geoid und Schwerefeld


Das Geoid

• Gauss-Listing:

"Niveaufläche des Erdschwerefeldes

auf mittlere Meereshöhe"

• Schwerefeldvektoren senkrecht zu Niveauflächen


Das Geoid

mittlere Meereshöhe?

Niveaufläche?


Das Geoid

Mittlere Meereshöhe aus Satellitenaltimetrie

Envisat

H [m]


Das Geoid (Potatoid)


Motivation


Motivation

• Schöngeistige Salongeodäsie? (AVN 1/2006)

• Schwerefeldforschung: interdisziplinär


Meeresspiegel

Aus Satellitenaltimetrie

Topex/Poseidon


Meeresspiegel und Klima


Meeresspiegel und Klima

The Day after Tomorrow


Meeresspiegel und Klima


Gravimetrie


Schwere

Erdabplattung,

Erdrotation

Topographie,

Bathymetrie

interne

Massenverteilung

große

Wasserspeicher

Gezeiten

Bauwerke


Schwerefeldquellen

terrestrische Gravimetrie: inhomogen


Schwerefeldquellen

Satellitenaltimetrie: Ozeanoberfläche


Schwerefeldquellen

5 Jahrzehnte von "klassischen" Satellitenbeobachtungen

SH degree

0

20

40

60

EGM96s significant digits

-60 -40 -20 0 20 40 60

S lm < SH order > C lm

4

3

2

1

0


Schwere aus dem All


Schwerefeldbestimmung aus dem All

Wie?

Ulrich Walter, D2 SpaceLab

Freifall

Newton, Principia VII, Book III


High-low satellite-to-satellite tracking


Low-low satellite-to-satellite tracking


Satellite Gravity Gradiometry (SGG)


CHAMP, GRACE, GOCE


CHAMP

• 2001-2007

• Hauptinstrument: GPS-Empfänger (~2 cm)

• Polar, h~450-250 km


CHAMP Höhenverlauf (in 2002)


CHAMP Bodenmuster (14-tägige)


GRACE

• 2002-2009?

• Hauptinstrument: K-Band range-rate (~1µm/s)

• Polar, h~400 km ↓


GOCE

• Start 2007

• Hauptinstrument: Gradiometer

(besser als 1 mE/√Hz)

• Sonnensynchron, h ~ 270 km, drag-free


Familienbild

CHAMP

GRACE

GOCE


Auflösung

L

=

50

λ / 2 = 400 km

∆T

= 1 month

L = 100

λ / 2 = 200 km

∆T

= 1 month

L

=

300

λ / 2 = 70 km

∆T

= N/A


CHAMP

CHAMP-basiertes Geoid Model


GRACE: zeitliche Variation

Tapley et al.

23. Juli 2004

Science

Vol 305, pp 305-307


GOCE SGG-Komponenten


Geodätische Satellitensysteme


Zum Schluss

CHAMP: nach 1 Monat schon besser als 40

Jahre satellite tracking zuvor

GRACE: sehr genau → zeitliche Variation

GOCE: hochauflösend

• Enge Verflechtung Geodäsie mit

– Hydrologie

– Ozeanographie

– Klimaforschung

– Geophysik


Zum Schluss

• Raumfahrt aus Leidenschaft

• Raumfahrt aus Notwendigkeit


Vermessung der Erde mit CHAMP, GRACE und GOCE

Universität

Stuttgart

Prof. Dr. Nico Sneeuw

Dienstag, 16. Mai 2006, 17:30–19:00 17:30 19:00 Uhr

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