Dass die Erde sich dreht, wusste bereits Kopernikus. Heute ist bekannt, dass die Drehbewegung gewissen Schwankungen unterliegt, die man möglichst exakt kennen möchte, beispielsweise um korrekte Navigation im Weltraum und auf der Erde zu gewährleisten.
Anhand von Beobachtungsdaten aus 27 Jahren ermittelte Sigrid Böhm unter Zuhilfenahme komplexer Software den Einfluss der Gezeitenkräfte auf die Rotationsgeschwindigkeit der Erde und auf die Lage der Erdrotationsachse. In Kombination mit einem aktuellen Gezeitenmodell gelangen ihr damit präzisere Prognosen, als sie das konventionelle Modell ermöglicht. Am 18. Oktober wird ihr für ihre Arbeit der Hannspeter-Winter-Preis der TU Wien verliehen.

Und sie dreht sich doch – aber eben nicht gleichförmig
Das Rotationsverhalten unseres Planeten hat wenig mit dem einer starren Kugel gemeinsam – schließlich ist die Erde von Wassermassen bedeckt, von einer Atmosphäre umhüllt und im Innern teilweise flüssig. Diese beweglichen Komponenten verschieben sich regelmäßig, unter anderem als Folge der Meeresgezeiten, die durch die Anziehungskräfte von Mond und Sonne entstehen. Solche Umverteilungen der Masse haben großen Einfluss auf die Drehbewegung der Erde: Ebenso wie sich eine Eiskunstläuferin während einer Pirouette langsamer oder schneller dreht, je nachdem, ob sie die Arme von sich streckt oder am Körper anlegt, bewirkt auch eine Umverteilung von Masse in und auf der Erde eine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit. Auch die Achse, um die sich die Erde dreht, schwankt – es ändert sich sowohl ihre Lage im Raum als auch ihr Schnittpunkt mit der Erdoberfläche. „Das Faszinierende an dem Forschungsgebiet ist die Vielfältigkeit der zusammenwirkenden Mechanismen und die Beschäftigung mit den verschiedensten Komponenten des Systems Erde“, findet Sigrid Böhm.

Wie lange dauert eine Sekunde?
Die detaillierte Kenntnis über das momentane Rotationsverhalten der Erde ist für präzise Navigation, für geodätische Messungen und nicht zuletzt für unser Zeitsystem von großer Bedeutung. „Der Zeitbegriff war bis zur Erfindung der Atomuhren an die tägliche Umdrehung der Erde gekoppelt“, erklärt Sigrid Böhm. „So betrachtet ist die Zeit nicht regelmäßig, sondern wird von geophysikalischen Vorgängen und externen Kräften verändert.“ Daher ist die Sekunde heute nicht mehr als 86.400ster Bruchteil der Taglänge definiert, sondern wird von regelmäßig laufenden Atomuhren angegeben – diese müssen allerdings alle paar Jahre um eine Sekunde korrigiert werden, um weiterhin sinnvoll mit dem Tag-Nacht-Rhythmus der Erde übereinzustimmen.

Verlässliche Prognosen
Im Rahmen ihrer Dissertation berechnete Sigrid Böhm aus Rohdaten von GPS-Satelliten und Langbasis-Interferometrie-Anlagen die Reaktion der Erdrotation auf die Gezeiten. „Heutzutage ist es möglich, die Variabilität der Erdrotation sehr präzise mit diesen geodätischen Messverfahren zu erfassen“, so die Geowissenschaftlerin. Mit ihren Ergebnissen zeigte sie Mängel am aktuell vom Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) empfohlenen Modell zur Prognose gezeitenbedingter Erdrotationschwankungen auf: „In mehreren Studien – nicht nur in meiner – hat sich gezeigt, dass das Modell die tatsächlich beobachteten täglichen und halbtäglichen Erdrotationsschwankungen nicht ausreichend genau beschreibt. Das kann in der Praxis zu Fehlern in anderen Größen führen, zum Beispiel bei Positionsbestimmungen.“ Durch die Kombination der empirischen Daten mit einem aktuellen Gezeitenmodell gelang es ihr schließlich, deutlich bessere Vorhersagen in Bezug auf gezeitenbedingte Erdrotationsschwankungen zu treffen.

Hannspeter-Winter-Preis für hervorragende Jungwissenschaftlerinnen
Der Hannspeter-Winter-Preis wird jährlich für herausragende wissenschaftliche Leistungen im Rahmen einer Dissertation an Absolventinnen eines Doktoratsstudiums an der TU Wien verliehen. Der mit 10.000 Euro dotierte Forschungspreis wird von der TU Wien in Kooperation mit der BA/CA-Stiftung im Andenken an Professor Hannspeter Winter verliehen. Sigrid Böhm promovierte im vergangenen Jahr am Institut für Geodäsie und Geophysik der TU Wien. Ihre Dissertation verfasste sie unter Anleitung von Prof. Harald Schuh. Aktuell läuft an der TU Wien in Kooperation mit der TU Berlin ein Projekt, bei dem – aufbauend auf den Ergebnissen der bald preisgekrönten Arbeit –ein neues Modell für die veränderliche Erdrotation entwickelt werden soll.

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Rückfragehinweis
Dr. Sigrid Böhm
Department für Geodäsie und Geoinformation
Technische Universität Wien
Gußhausstr. 25-29, 1040 Wien
<link>sigrid.boehm@tuwien.ac.at 
T: +43-1-58801-12867

Aussender:
Dr. Florian Aigner
DI Ismene Kolovos
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
<link>florian.aigner@tuwien.ac.at    

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[1] Foto: © privat