Nach 58.277 Erdumkreisungen ist nun endgültig Schluss: Am 19. September mittags ist der erfolgreiche Geoforschungsatellit CHAMP in der Erdatmosphäre verglüht. Genau zehn Jahre, zwei Monate und vier Tage nach seinem Start beendete der Satellit seine Mission über dem Ochotskischen Meer. Er lieferte unter anderem wertvolle Daten zum Erdschwerefeld – oft als „Schwerekartoffel“ dargestellt – und zum Magnetfeld der Erde.
Vor gut einer Dekade war der Satellit mit einem Bilderbuchstart an der Spitze einer russischen COSMOS-Rakete vom Startplatz Plesetsk in eine nahezu polare Umlaufbahn gebracht worden und hatte seitdemSchwere- und Magnetfeld der Erde gemessen, magnetische Krustengesteine kartiert und GPS-basierte Atmosphären- und Erderkundungsdaten gesammelt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hatte 1995 eine Satellitenmission als Leitprojekt für die ostdeutsche Raumfahrtindustrie initiiert, um das im Osten Deutschlands existierende Raumfahrt-Know-how zu fördern. Das vom GFZ vorgeschlagene Konzept CHAMP (CHAllenging Mini satellite Payload) wurde ausgewählt, um dieses Vorhaben umzusetzen.
Nach doppelter Missionszeit in Atmosphäre abgetaucht
Am Sonntag endete seine erfolgreiche Geschichte mit einem Abtauchen in die Erdatmosphäre und seinem Verglühen. „CHAMP wurde über der deutschen Station Weilheim zuletzt am Sonntag um 10:26 Uhr geortet. Zu diesem Zeitpunkt flog er nur noch 150 Kilometer hoch über der Erde und war 3.718 Tage im Orbit“, erklärt Professor Hermann Lühr vom Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam. Lühr war bis zuletzt mit der Auswertung der von CHAMP gemessenen Magnetfelddaten zuständig.
CHAMP wurde vor zehn Jahren in rund 460 Kilometern Höhe ausgesetzt. Ursprünglich ging man von einer vier- bis fünfjährigen Lebenszeit aus. Aufgrund seines Designs flog der Satellit aber auch in niedriger Flugbahn so stabil, dass sich die Missionszeit mehr als verdoppelte. Seine lange Lebensdauer verdankt er der Tatsache, dass das zur Lagesteuerung dienende Kaltgas dazu benutzt werden konnte, um CHAMP viermal anzuheben.
CHAMP war international eine der erfolgreichsten Satellitenmissionen zur Erdbeobachtung.
„Potsdamer Schwerekartoffel“
Wie alle erdnah fliegenden Satelliten fliegt auch CHAMP nicht auf einer exakten Ellipsenbahn um die Erde, sondern auf einer unregelmäßigen Bahn: aufgrund der ungleichmäßigen Massenverteilung auf und in der Erde wird der Satellit mal stärker, mal schwächer angezogen. Aus der Messung der Flugbahn kann man daher auf die zugrunde liegende, veränderliche Erdanziehung schließen. Mit seiner innovativen Instrumentenkonfiguration gelang es mit CHAMP zum ersten Mal, das Erdschwerefeld allein aus den Bahnstörungen eines einzigen Satelliten abzuleiten.
Als Ergebnis konnte die räumliche Auflösung von 1.500 auf 300 Kilometer gesteigert werden. Die Erfassung der Beulen und Dellen im Erdkörper wurden mit dem CHAMP-Satelliten radikal besser, das daraus entstandene Bild der irdischen Schwerkraft ist mittlerweile weltweit als „Potsdamer Schwerekartoffel“ bekannt. Die Anwendung dieser Daten ist äußerst vielfältig und reicht von der Geophysik über die Ozeanographie bis hin zur präzisen Satellitennavigation auf der Erde.
Abnahme des irdischen Magnetfelds
Das Multitalent CHAMP hat auch bei der Erfassung des Erdmagnetfeldes neue Einsichten ermöglicht. Die Veränderung des Erdmagnetfeldes über die vergangenen zehn Jahre zeigt als wichtiges Ergebnis die gegenwärtige Abnahme der magnetischen Feldstärke, die besonders im Bereich des südlichen Atlantiks ausgeprägt ist. In dieser Schwächezone des Erdfeldes wird eine Abnahme von zwölf Prozent über die vergangenen 30 Jahre registriert. Bereits jetzt beobachten wir eine Häufung von Störungen im Satellitenbetrieb durch Strahlungseinflüsse in diesem Gebiet.
Lagerstättenkartierung
Große Fortschritte ermöglichte die CHAMP-Mission auch bei der Vermessung der Magnetisierung des Krustengesteins. Globale Karten der magnetischen Signale mit vorher unerreichter Auflösung konnten erstellt werden, auf denen Lager von wichtigen Mineralien und Erzen sichtbar werden. Besonders herausragend ist das russische Eisenerzlager in Kursk, aber auch die diamanthaltigen Schichten in Westafrika sind zu erkennen. Darüber hinaus lassen sich aus der Karte die Geschwindigkeiten ablesen, mit denen sich die Ozeane in den verschiedenen Regionen ausdehnen, und es zeigen sich die Zonen, in denen die Kruste in den Mantel abtaucht.
Ionosphäre und Ozean-Magnetfelder
Eine ganz neue Anwendung war die Detektierung von Irregularitäten in der Ionosphäre. Diese stören empfindlich den Empfang von GPS-Signalen. Basierend auf den CHAMP-Magnetfelddaten über zehn Jahre konnte eine Art Klimatologie der Irregularitäten erstellt werden. Es ergibt sich ein deutliches Muster der Verteilung dieser Irregularität, das stark von der Jahreszeit, von der Tageszeit und von Länge und Breite des Standortes abhängt. Diese Ergebnisse sind wegen der zunehmenden Bedeutung von GPS-Anwendungen hochinteressant.
Ein sehr überraschendes Ergebnis der CHAMP-Mission ist die Detektierung von magnetischen Signalen, die durch Ozeangezeiten erzeugt werden. Bewegt man eine leitende Flüssigkeit senkrecht zum Magnetfeld, entsteht ein elektrisches Feld, das wiederum ein sehr schwaches Magnetfeld erzeugt. In der Flughöhe von CHAMP lag der Wert bei nur 1/50.000 des irdischen Hauptfeldes.
„Der Erfolg der CHAMP-Mission zeigt das wissenschaftliche und wirtschaftliche Potential von Erdbeobachtungssatelliten“, erklärt Professor Reinhard Hüttl, Vorstandsvorsitzender des GFZ. „Für das GFZ sind Satellitenmissionen auch in Zukunft unverzichtbar, TandemX, EnMap, SWARM und GRACE-C stehen für unsere Schwerpunkte Erdschwerefeld, Magnetfeld und Oberflächenbeobachtung.“
(Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, 21.09.2010 – NPO)
