Vor 25 Jahren, am 15. Juli 2000, startete die vom GFZ geleitete Satellitenmission CHAMP vom Plesetsk Kosmodrom in Russland aus an Bord einer russischen Cosmos-Rakete ins All. Der Satellit umkreiste die Erde auf einem vergleichsweise niedrigen, polnahen Orbit in anfänglich rund 460 Kilometern Höhe, Tendenz sinkend. CHAMP steht für CHAllenging Minisatellite Payload– in Deutsch etwa: Anspruchsvolle Mini-Satelliten-Nutzlast). An Bord hatte er eine Reihe hochpräziser Messinstrumente: Magnetometer, Beschleunigungssensor, Sternen-Sensor, GPS-Empfänger, Laser-Retro-Reflektor, Ionen-Drift-Meter. Sie lieferten damals einzigartige Daten über Schwerefeld, Magnetfeld und Atmosphäre der Erde, die der wissenschaftlichen Gemeinschaft bereitgestellt wurden. Die CHAMP-Mission war zunächst auf fünf Jahre ausgelegt. Tatsächlich endete sie erst am 19. September 2010, als der Satellit nach zehn Jahren, zwei Monaten, vier Tagen und 58277 Orbits in der Erdatmosphäre verglühte.
Wichtige Messreihen zu Schwere- und Magnetfeld der Erde
Die multifunktionelle und komplementäre Ausstattung von CHAMP und seine besonderen Bahneigenschaften ermöglichten eine damals einzigartige zehnjährige Messreihe, bei der erstmals hochpräzise gravimetrische und magnetische Felddaten simultan erfasst wurden. Es konnten sowohl die räumlichen als auch die zeitlichen Variationen beider Felder gemessen werden.
Das war eine wichtige Basis für Untersuchungen der Struktur und Dynamik im Erdinnern, vom Erdkern über den Erdmantel bis in die Erdkruste, aber auch für die genauere Beobachtung der Ozeanzirkulation, der globalen Veränderungen des Meeresspiegels und der Kurzzeitschwankungen im globalen Wasserhaushalt sowie Wechselwirkungen mit Wetter und Klima.
Die CHAMP-Mission leitete eine neue Ära der Geopotenzialforschung (Erdschwerepotenzial) ein und wurde zum signifikantesten Datenlieferanten für das 1997 von der „International Association of Geomagnetism and Aeronomy“ (IAGA) ausgerufene Internationale Jahrzehnt der Geopotenzialforschung (International Decade of Geopotential Research).
Bedeutung für die Atmosphärenforschung
Auch für die Atmosphärenforschung brachte CHAMP wesentliche Durchbrüche und wurde zu einer Pilot-Mission für vor-operative Anwendung von GPS-Messungen für Atmosphären- und Ionosphärenforschung, der Anwendung für Wettervorhersagen und der Beobachtung des Weltraumwetters.
Ein spezieller GPS-Empfänger, der durch das Jet Propulsion Laboratory, JPL, USA, bereitgestellt wurde, ermöglichte sogenannte GPS-Radio-Okkultationsmessungen (GNSS-RO). Hierbei werden auf Basis einer speziellen Messgeometrie Radiosignale miteinander verglichen, die ihren Weg durch den Weltraum mit und ohne planetare Atmosphäre zurückgelegt haben.
GNSS-RO-Daten werden weltweit vor allem in der Wettervorhersage und Klimaforschung genutzt. Aus ihnen können genaue und global verteilte Vertikalprofile atmosphärischer Parameter, wie Temperatur, Wasserdampf oder auch der Elektronendichte in der Ionosphäre abgeleitet werden. Spezielle Vorteile der Methode sind ihre Wetterunabhängigkeit, Langzeitstabilität, globale Verfügbarkeit und hohe Genauigkeit verbunden mit einer hohen vertikalen Messauflösung.
Forschende des GFZ haben die GNSS-RO-Technik wesentlich mitentwickelt und bahnbrechende Beiträge geleistet. Dabei spielte die CHAMP-Mission eine herausragende Rolle. Sie lieferte erstmals operationell verfügbare GNSS-RO-Daten, die in Nahezu-Echtzeit ausgewertet wurden. Voraussetzung dafür war die Polare Satellitenempfangsantenne des GFZ auf Spitzbergen, die zur Datenübermittlung genutzt wurde. Die CHAMP-Daten wurden ab 2006 für die Verbesserung globaler Wettervorhersagemodelle genutzt.
Hintergrund CHAMP-Mission
Der Forschungssatellit CHAMP war ein Projekt des damaligen GeoForschungsZentrum Potsdam, heute GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Internationale Partner aus USA und Frankreich waren in Form von Gerätebeistellungen beteiligt. Für den Bau des Satelliten war die Jena-Optronik GmbH (JOP) verantwortlich.