Die GRACE-FO-Mission nutzt zwei identische Satelliten, die in einer Höhe von etwa 220 Kilometern über der Erde fliegen. Die Satelliten sind durch einen Laser verbunden, der kleinste Veränderungen im Abstand zwischen ihnen misst. Diese Veränderungen können so gering sein wie die Breite einer roten Blutkörperchen. Durch diese präzisen Messungen können Wissenschaftler feststellen, wie sich die Wassermassen auf der Erde verändern.
Die Funktionsweise der GRACE-FO-Mission
Die beiden Satelliten der GRACE-FO-Mission wurden im Mai 2018 gestartet und fliegen in derselben Umlaufbahn. Sie sind etwa 220 Kilometer voneinander entfernt und haben keine speziellen Sensoren zur Wasserdetektion. Stattdessen nutzen sie das Prinzip der Gravitation: Massen ziehen sich an, und größere Massen üben eine stärkere Anziehungskraft aus. Wenn der vordere Satellit über eine Region mit größerer Masse fliegt, wird er leicht nach vorne gezogen, wodurch sich der Abstand zum zweiten Satelliten vergrößert. Diese Veränderung wird gemessen und liefert Daten über die Massenverteilung auf der Erde.
Die ursprüngliche GRACE-Mission, die von 2002 bis 2017 aktiv war, nutzte Mikrowellensignale zur Messung des Abstands zwischen den Satelliten. GRACE-FO hat dieses System als Backup beibehalten und zusätzlich ein Laser-Interferometer eingeführt. Dieses Instrument wurde in Zusammenarbeit zwischen dem Jet Propulsion Laboratory der NASA und dem Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik entwickelt. Der Laser ermöglicht es, Veränderungen im Abstand zwischen den Satelliten mit einer Genauigkeit zu messen, die hundertmal feiner ist als die Breite eines menschlichen Haares.
Die Bedeutung der Messungen für die Wassermonitorierung
Die Daten der GRACE-FO-Mission werden verwendet, um Karten des Schwerefelds der Erde zu erstellen. Diese Karten werden etwa einmal im Monat aktualisiert und zeigen, wie sich die Massenverteilung auf der Erde verändert. Durch den Abgleich dieser Daten mit bekannten geologischen Strukturen können Wissenschaftler feststellen, wie sich Wassermassen verschieben. Dies umfasst unter anderem Grundwasser, Gletscher, Bodenfeuchtigkeit und unterirdische Aquifere.
Michael Watkins, der wissenschaftliche Leiter der Mission und Direktor des Jet Propulsion Laboratory, betont die Bedeutung dieser Methode: „Wenn Wasser unter der Erde liegt, ist es unmöglich, es direkt aus dem Weltraum zu beobachten. Es gibt kein Bild, das man aufnehmen könnte, oder Radar, das man von der Oberfläche abprallen lassen könnte, um Veränderungen in diesem tiefen Wasser zu messen.“ Die GRACE-FO-Mission ermöglicht es jedoch, diese Veränderungen indirekt zu erfassen, indem sie die Massenveränderungen misst.
Die Mission liefert wichtige Daten für die Überwachung von Grundwasserreserven, die Beobachtung von Gletscherschmelzen und die Analyse von Niederschlagsmustern. Diese Informationen sind entscheidend für das Verständnis des globalen Wasserkreislaufs und die Bewältigung von Herausforderungen wie Dürren und Überschwemmungen.
- Quelle: NASA Jet Propulsion Laboratory
- Quelle: Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik