Satelliten- und Weltraumgeodäsie

Satelliten haben die Geodäsie revolutioniert, indem sie globale Referenzrahmen, millimetergenaue Positionierung und direkte Messungen des Erdschwerefeldes sowie seiner zeitlichen Veränderungen liefern.

Definition

Satelliten- und Weltraumgeodäsie ist die Bestimmung der Geometrie, des Schwerefeldes, der Orientierung der Erde und ihrer zeitlichen Variationen unter Verwendung von Beobachtungen von und mit künstlichen Satelliten und extragalaktischen Radioquellen, einschließlich Positionierungssystemen, Entfernungsmessungen, Altimetrie und Schwerefeldkartierungsmissionen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Weltraumtechniken der modernen Geodäsie: globale Navigationssatellitensysteme für präzise Positionierung, Satellitenlaserentfernungsmessung und sehr lange Basislinieninterferometrie für Referenzrahmen und Erdrotation, Satellitenaltimetrie zur Messung der Meeresoberfläche und des Geoids sowie spezielle Schwerefeldmissionen, die das zeitlich variierende Schwerefeld erfassen. Es behandelt die Definition und Realisierung terrestrischer Referenzrahmen und die geophysikalischen Signale, die diese Methoden erfassen, von der Plattenbewegung bis zur Massenumverteilung. Der Schwerpunkt liegt darauf, wie Beobachtungen aus dem Weltraum Position, Form, Rotation und Schwere bestimmen.

Core questions

• Wie erreichen Satellitennavigationssysteme eine präzise globale Positionierung?
• Wie werden terrestrische Referenzrahmen und die Erdrotation aus dem Weltraum realisiert?
• Wie misst die Satellitenaltimetrie die Meeresoberfläche und das marine Geoid?
• Wie erfassen spezielle Missionen das zeitlich variierende Schwerefeld?

Key concepts

• Globale Navigationssatellitensysteme und präzise Positionierung
• Satellitenlaserentfernungsmessung und sehr lange Basislinieninterferometrie
• Terrestrische Referenzrahmen und Erdorientierung
• Satellitenaltimetrie
• Zeitlich variables Schwerefeld von Satellitenmissionen

Key theories

Weltraumgeodätische Referenzrahmen und Positionierung

Die Kombination von Satellitennavigation, Laserentfernungsmessung und Radiointerferometrie ergibt einen stabilen globalen Referenzrahmen und millimetergenaue Positionen, die eine direkte Messung von Plattenbewegungen, Krustendeformationen und Erdrotation ermöglichen.

Zeitlich variables Schwerefeld von Satelliten

Die Verfolgung der sich ändernden Entfernung zwischen oder der Störungen von umlaufenden Satelliten ermöglicht die Erstellung monatlicher Karten des Schwerefeldes, dessen Variationen die Umverteilung von Wasser, Eis und anderer Masse an und unter der Oberfläche aufzeichnen.

Mechanisms

Präzises Timing von Signalen von Navigationssatelliten, Zwei-Wege-Laserentfernungsmessung und interferometrische Beobachtung entfernter Quasare fixieren Positionen und die Orientierung der Erde im Raum; für die Schwerkraft reagiert die Umlaufbahn eines niedrigen Satelliten oder der variierende Abstand eines Satellitenpaares auf die zugrunde liegende Massenverteilung, sodass die Messung dieser Orbitalstörungen über die Zeit das statische und sich ändernde Schwerefeld ergibt.

Clinical relevance

Die Weltraumgeodäsie liefert die globalen Positionierungs- und Referenzrahmen, die der Navigations-, Kartierungs- und Zeitgebungsinfrastruktur zugrunde liegen, misst tektonische und vulkanische Deformationen zur Gefahrenüberwachung und verfolgt das Schmelzen von Eisschilden, die Grundwassererschöpfung und den Meeresspiegelanstieg, die für die Klimawissenschaft von zentraler Bedeutung sind.

History

Die Satellitengeodäsie begann mit der Verfolgung früher künstlicher Satelliten, die die Abplattung der Erde verfeinerten, reifte mit den globalen Navigationssatellitensystemen und der Laserentfernungsmessung des späten zwanzigsten Jahrhunderts und erreichte die Gravimetrie mit speziellen Missionen wie GRACE, die 2002 gestartet wurde, und GOCE.

Key figures

• Byron Tapley
• Reiner Rummel
• Günter Seeber

Seminal works

• seeber2003
• tapley2004
• torge2012

Frequently asked questions

Wie können Satelliten das Schwerefeld der Erde messen?

Die Umlaufbahn eines Satelliten wird durch die ungleichmäßige Schwerkraft der darunter liegenden Erde gestört; durch die präzise Verfolgung dieser Störungen oder der winzigen Entfernungsänderungen zwischen zwei in Formation fliegenden Satelliten können Missionen das Schwerefeld kartieren und sogar beobachten, wie es sich ändert, wenn sich Wasser und Eis bewegen.

Was trägt die Weltraumgeodäsie zur Erforschung des Klimawandels bei?

Zeitlich variable Schwerefeldmissionen erfassen den Massenverlust von Eisschilden und Gletschern sowie Änderungen der Grundwasserspeicherung, während die Satellitenaltimetrie den Meeresspiegelanstieg misst und direkte globale Messungen der Umverteilung von Masse und Wasser liefert.