Die Erde – eine Kartoffel?

Schwerefeld-Modell der Erde in stark übertriebener Form. Bild: GFZ (A. Helm)
Schwerefeld-Modell der Erde in stark übertriebener Form. Bild: GFZ (A. Helm)

Satelliten beobachten nicht nur die Erdoberfläche. Sie vermessen auch unseren Planeten. Und zwar nicht nur die Höhe der Berge oder den Umfang am Äquator. Sondern sie messen auch das sogenannte Schwerefeld der Erde. Was das bedeutet und was es mit einer Kartoffel zu tun hat, erfahrt ihr hier …

Die Erde ist keine Kugel, sondern eine Kartoffel. Zu diesem Ergebnis könnte man jedenfalls kommen, wenn man sich das oben gezeigte Bild ansieht. Tatsächlich wird es auch „Potsdamer Kartoffel“ genannt, denn es stammt von GeoForschungsZentrum – kurz GFZ – in Potsdam. Es illustriert die sogenannte „Schwerefeld-Anomalie“ der Erde – jedoch ganz stark übertrieben. So sieht unser Planet natürlich nicht wirklich aus. Was die Wissenschaftler aber deutlich machen wollten, als sie sich diese stark übertriebene Darstellung ausgedacht haben: Es geht um die Anziehungskraft, die die Erde ausübt. Und die ist – wenn man es ganz genau nimmt – nicht überall gleich stark. Da gibt es ganz kleine Abweichungen. Sie entstehen, weil sich die Materie unter der Erdoberfläche hier und da anders zusammensetzt: Mal ist da besonders dichte und schwere Masse im Erdmantel zusammengeballt, mal sind es eher lockere und leichte Schichten. Und daher herrscht an Stellen mit mehr Masse logischerweise auch eine etwas größere Anziehungskraft.

Meere mit Beulen und Dellen

Auch die Wassermassen der Ozeane werden von der Schwerkraft der Erde angezogen. Und daher weist die Meeresoberfläche, die uns ja eigentlich recht glatt erscheint, bei genauerer Vermessung „Berge“ und „Täler“ auf. Das soll heißen: Da, wo das Wasser stärker angezogen wird, entstehen leichte Dellen nach unten, und an anderen Stellen bilden die Ozeane kleine Beulen nach außen – was nichts mit Ebbe und Flut zu tun hat. Schiffe fahren also manchmal leicht bergauf und bergab – ohne dass das jemand bemerkt, der auf einem Schiff die Weltmeere überquert.

Und auch Satelliten fahren quasi „Achterbahn“, wenn sie die Erde umkreisen: einfach weil sie von der Schwerkraft mal mehr und mal weniger angezogen werden. Damit die Satellitensignale trotzdem präzise sind, muss man diese Abweichungen berücksichtigen und genau berechnen. Und dafür – und für viele andere wissenschaftliche Zwecke – werden die Erde und ihr Schwerefeld von den Experten eben exakt vermessen. Interessant ist dabei, mit welcher Methode das Schwerefeld der Erde vermessen wird: Da macht man sich genau diesen eben erwähnten „Achterbahn-Effekt“ zunutze. Man hat dazu bei einem Projekt namens GRACE im Jahre 2002 zwei Satelliten in eine knapp 500 Kilometer hohe Umlaufbahn geschickt, wo sie um die Erde sausen. Sie sind dabei rund 200 Kilometer voneinander entfernt und liefern sich eine Art Verfolgungsjagd rund um unseren Planeten. Nur nebenbei: Die Satelliten haben deshalb auch die Spitznamen „Tom“ und „Jerry“ erhalten – wie die beiden Trickfilm-Figuren, die aus dem Fernsehen für wilde Verfolgungsjagden bekannt sind. Immer wenn einer der Satelliten eine Region mit mehr Masse und Anziehungskraft überfliegt, wird er dadurch etwas beschleunigt. Dadurch vergrößert sich der Abstand zum anderen Satelliten, was die Bordinstrumente automatisch messen. So lässt sich das Schwerefeld der Erde berechnen.