Rotation der Erde erstmals unmittelbar gemessen

Datum: 22.12.2011

Geodäten bestimmen mit weltweit stabilstem Ringlaser die Lage der Erdachse 

Einer Gruppe um Forscher der Technischen Universität München (TUM) und des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG) ist es als ersten gelungen, mit Labormessungen die Schwankungen der Erdachse zu bestimmen. Sie haben dazu in einem Untergrundlabor den weltweit stabilsten Ringlaser konstruiert, an dessen Verhalten sie Veränderungen der Erdrotation ablesen. Bislang können Wissenschaftler auf die Wanderungen der Polachse nur indirekt über die Richtung zu Fixpunkten im All schließen. Die Lage der Achse und die Drehgeschwindigkeit zu messen, ist Voraussetzung für die exakte Bestimmung einzelner Punkte auf der Erde, etwa für moderne Navigationssysteme. Die American Physical Society hat die Arbeit als Exceptional Research Spotlight eingestuft.

Die Erde schlingert. Wie bei einem Brummkreisel, den man antippt, schwankt die Lage ihrer Rotationsachse im Raum, weil die Gravitation von Sonne und Mond auf sie wirkt. Gleichzeitig ändert sich auch die Position der Rotationsachse auf der Erde permanent: Zum einen verursachen Ozeanbewegungen, Wind und Luftdruck eine Bewegung der Pole, die rund 435 Tage dauert – ein nach seinem Entdecker „Chandler Wobble“ getauftes Phänomen. Zum anderen ändert sich die Position im Laufe eines Jahres, weil die Erde auf einer elliptischen Bahn um die Sonne rast – der „Annual Wobble“. Die beiden Effekte ergeben eine unregelmäßige Wanderung der Erdachse auf einer kreisähnlichen Linie mit einem Radius von maximal sechs Metern. 

Diese Schwankungen zu erfassen, ist entscheidend für ein zuverlässiges Koordinatensystem und damit für den Betrieb von Navigationssystemen oder die Vorhersage von Bahnen in der Raumfahrt. „Einen Punkt für die GPS-Ortung zentimetergenau zu bestimmen, ist ein hochdynamischer Vorgang – schließlich bewegen wir uns in unseren Breiten pro Sekunde um circa 350 Meter nach Osten“, sagt Prof. Karl Ulrich Schreiber, mittlerweile Stationsleiter des Geodätischen Observatoriums Wettzell, wo der Ringlaser steht. Karl Ulrich Schreiber hatte in der Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie der TUM das Projekt geleitet. Das Geodätische Observatorium Wettzell betreiben die TU München und das BKG gemeinsam. 

Den Forschern ist es gelungen, die aus den Messungen der Radioteleskope stammenden Daten zur Ausprägung des Chandler Wobble und des Annual Wobble zu bestätigen. Ihr nächstes Ziel ist nun zum einen, die Genauigkeit der Konstruktion so zu erhöhen, dass sie Veränderungen der Erdrotationsgeschwindigkeit eines einzelnen Tages erfassen kann. Zum anderen wollen sie Ringlaser für einen dauerhaften Betrieb rüsten, bei dem die Apparatur auch über Jahre keine Abweichungen produziert. Karl Ulrich Schreiber: „Salopp gesagt: Wir wollen künftig mal eben in den Keller gehen können und nachschauen, wie schnell sich die Erde gerade dreht.“

Mehr Informationen zur Messung der Erdrotation finden Sie auf der Homepage der TU München unter: http://portal.mytum.de/pressestelle/pressemitteilungen/NewsArticle_20111220_100621

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