Ein am Institut für Weltraumforschung der ÖAW entwickelter Kilohertz-Laser macht die Bestimmung der Distanz zu Satelliten in bis zu 20.000 Kilometern Entfernung mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern möglich. Am 7. Dezember 1972 schoss die Besatzung der Apollo 17 ein Bild von der Erde, das um die Welt ging. Kugelrund und von majestätischer Ruhe liegt sie im All. Doch die Realität sieht anders aus: Die Erde ist weder kugelrund, noch ruhig. An den Polen ist die abgeflacht, am Äquator geht sie ein wenig in die Breite. Sie ist aus unterschiedlichen Schichten aufgebaut. Bis hinab zum Erdkern ist sie in ständiger Bewegung. Das lässt die Kontinente auseinander und wieder zusammendriften und beeinflusst das Klima. Ist aber auch für verheerende Naturkatastrophen wie schwere Erdbeben oder Vulkanausbrüche verantwortlich. Die nicht sphärische Form der Erde und ihr inhomogener Aufbau spiegelt sich in einem entsprechend komplexen Erdschwerefeld wider. Mehrere Faktoren sorgen dafür, dass es sowohl räumlich als auch zeitlich variiert: die geographische Position, das Vorhandensein oder Fehlen von sichtbaren Massen wie Gebirgen oder Ozeanbecken sowie die mit dem geologischen Aufbau verbundenen Dichteunterschiede im Erdinneren. Das Erdschwerefeld zu verstehen heißt daher, mehr über die Erde zu erfahren. Wesentliche Helfer dabei sind die zahlreichen Satelliten, die um die Erde kreisen. Nicht nur durch die Daten, die sie als Beobachtungssatelliten sammeln. Mit einer gefinkelten Methode können sie für die Erforschung des Erdeschwerefeldes genutzt werden: Denn sie stehen selbst in Wechselwirkung mit dem Feld. Kann man also ihre laufend leicht schwankenden Distanzen genau bestimmen, lassen sich daraus Rückschlüsse auf das Erdschwerefeld ziehen. Weltweit sind über 40 Bodenstationen installiert, die in einem Netzwerkverbund rund um die Uhr die Entfernungen zwischen sich und ausgewählten Satelliten bestimmen. Das Ergebnis sind präzise Umlaufbahnen der künstlichen Erdtrabanten. Eine dieser Bodenstationen betreibt die Abteilung Satellitengeodäsie des Instituts für Weltraumforschung (IWF) der ÖAW am Observatorium Lustbühel. Das dabei eingesetzte Verfahren heißt - nomen est omen - Laserdistanzmessung (Satellite Laser Ranging - SLR). Es funktioniert folgendermaßen: Von einer Laser-Bodenstation wird eine kurzer Laserpuls zu einem Satelliten geschickt. Dieser wird von Reflektoren an der Oberfläche des Satelliten zur Bodenstation zurückgeworfen. Aus der Laufzeit, die das Licht hin und zurück braucht, kann dann die genaue Entfernung zum Satelliten errechnet werden. Mit "genau" sind hier nicht Kilometer oder Meter gemeint. Ein am IWF entwickelter und weltweit in seiner Präzision einzigartiger Kilohertz-Laser macht die Bestimmung der Distanz zu einem Satelliten in bis zu 20.000 Kilometern Entfernung mit einer Genauigkeit von plus/minus drei Millimetern (!) möglich. Dass Graz damit zur Weltspitze gehört, braucht wohl nicht extra betont werden. Das Geheimnis des Grazer Lasers, der seit Herbst 2003 am Observatorium Lustbühel im Einsatz ist: Er schickt seine Lichtpulse mit einer Frequenz von zwei Kilohertz statt den ansonsten üblichen zehn Hertz zum Satelliten. Bis zu 300 Laserpulse sind dabei gleichzeitig unterwegs. Eine derart hohe Messfrequenz macht es sogar möglich, das Rotationsverhalten eines Satelliten zu bestimmen. Die Oberfläche des Satelliten wird während er sich dreht "abgetastet", die Laserpulse treffen einen Reflektor nach dem anderen, wodurch die einzelnen Reflektoren ermittelt werden können. 2007 konnten die Grazer Forscher(innen) auf diese Weise sogar die Eigenrotation sowie deren Veränderung im Laufe von drei Jahren der beiden Satelliten ETALON-1 und ETALON-2 bestimmen. Das ist deshalb bemerkenswert, weil ihr Orbit über 20.000 Kilometer entfernt ist. Das Ergebnis zeigt - wie zu erwarten war - eine leichte Verlangsamung. Kontakt: Prof. Wolfgang Baumjohann Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) Institut für Weltraumforschung (IWF) Schmiedlstr. 6, 8042 Graz T +43 316 4120-501 wolfgang.baumjohann@oeaw.ac.at www.iwf.oeaw.ac.at Juni 2008
		Wie das Weltraumwetter wird Blick in die Werkstatt