SFB 1128:  Relativistische Geodäsie und Gravimetrie mit Quantensensoren - Modellierung, Geo-Metrologie und zukünftige Technologie (geo-Q)

Fachliche Zuordnung Geowissenschaften
Informatik, System- und Elektrotechnik
Physik
Förderung Förderung von 2014 bis 2019
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239994235
 

Projektbeschreibung

Räumliche und zeitliche Variationen im Gravitationsfeld der Erde ermöglichen eine einzigartige Wahrnehmungsart für Veränderungsprozesse im Erdsystem und zum Monitoring des Klimawandels. Gravitationsfelddaten erlauben es, Massenänderungen direkt zu quantifizieren, wie den gegenwärtigen Massenverlust der polaren Eisschilde, den Massenanteil am Meeresspiegelanstieg und Änderungen im groß- und kleinräumigen Wasserkreislauf. Die aus heutigen Satellitenmessungen gewonnenen gravimetrischen Signale sind allerdings zu begrenzt in der Auflösung und zu ungenau, um Ursachen, Mechanismen und Wechselwirkungen der Prozesse zuverlässig zu identifizieren.Das große Ziel von geo-Q ist es, durch revolutionäre Quantensensorik und durch Modellierungs-methoden aus der Einsteinschen Relativitätstheorie neue Bereiche der Gravitationsfeld-bestimmung zu erschließen und damit ein völlig neues Verständnis des Erdsystems zu ermöglichen. geo-Q wird an drei entscheidenden Komponenten der integrierten Gravitationsfeldmodellierung forschen und dafür drei grundlegend neue geodätische Verfahren entwickeln:1.Interferometrische Lasermessung von Abstandsänderungen zwischen Satelliten mit einer Präzision im Nanometerbereich. Die Satellitengravimetrie soll künftig mit solchen Sensoren über die Gravitationswirkung ein globales und kontinuierliches Monitoring von Massenänderungen mit zehnmal besserer Genauigkeit und doppelt so guter räumlicher Auflösung - 200 km oder besser - erreichen.2.Schnelle, kompakte atominterferometrische Gravitationssensoren für terrestrische Messkampagnen, um eine an die geophysikalischen Prozesse angepasste lokale Erfassung jenseits der Auflösungsgrenze der Satellitenverfahren zu ermöglichen.3.Ultrapräzise optische Atomuhren zur Bestimmung des Gravitationspotentials aus der relativistischen (durch die Gravitation verursachten) Frequenzverschiebung. Dies wird durch die extreme Genauigkeit der heutigen Uhrenmetrologie ermöglicht und wird künftig als fundamentale Referenz für die Messung des Gravitationsfeldes und für einen global einheitlichen Höhenbezug dienen.Die Integration der drei Komponenten stellt ein weltweites Novum dar, das derzeit in dieser Form nur in Hannover umsetzbar ist. In der ersten Förderperiode haben wir die Grundlagen geschaffen und getestet, die wir jetzt in der zweiten Periode für erste konkrete Messungen einsetzen werden. Unser atomares Quantengravimeter werden wir für erste Messkampagnen in Norddeutschland einsetzen. Nach dem Start der GRACE Follow-on Mission werden wir statt simulierter Daten nun echte Daten über das Erdschwerefeld auswerten. Neue kompakte Akzelerometer und mobile Uhren werden die Mobilität der Messkampagnen verbessern. Und nach erfolgreichen Tests in der ersten Periode werden wir Uhren-Netzwerke zur relativistischen Höhenbestimmung einsetzen.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Beteiligte Institution HafenCity Universität Hamburg (HCU); Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ); Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Institut für Raumfahrtsysteme; Technische Universität Graz
Institut für Theoretische Geodäsie; Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB); Universität Bremen
Fachgebiet Strömungsmechanik
Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie
und Mikrogravitation (ZARM)
Sprecher Professor Dr.-Ing. Jürgen Müller