Erdrotation - Daniel Gander
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Inhalt Einleitung Einflüsse Erdrotation Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 16.12.2004 geophysics &geophysics geodynamics & geodynamics | erdrotation || erdrotation folie 1/45 | folie 1/45 daniel gander Inhalt der Präsentation (1) Inhalt Einleitung - Einleitung - Wechselwirkungen und Einflüsse - Bewegungen der Erdachse Einflüsse Bewegungen EOP Präzession Nutation Erdorientierungsparameter - Beobachtungsverfahren Auswertung Ergebnisse http://www.danielgander.com - Bestimmung Quellen Welche Einflüsse und woher? VLBI (Radiointerferometrie auf langen Basislinien) Optische Verfahren Satellitenentfernungsmessungen (SLR und LLR) GPS, GLONASS, Galileo DORIS Lokale Rotationssensoren - Auswertung - Ergebnisse - Quellennachweis 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 2/45 daniel gander Einleitung Inhalt - Die Rotationsachse der Erde ist nicht raum- raumund richtungsfest und richtungsfest - Die Rotationsperiode ist nicht konstant konstant - Variationen in der Erdrotation führen zu einer ... Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung - Änderung der Richtung der Rotationsachse im raumfesten System ⇒ äußert sich als Polbewegung im erdfesten System Änderung der Rotationsperiode der Erde (length of day) Gesamtheit der zugeordneten Parameter ⇒ EOP (Erdorientierungsparameter) Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 3/45 daniel gander Einflüsse – Übersicht (1) Einflüsse auf die Polbewegung und Rotationsperiode - Inhalt Geophysikalische Einflüsse Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Atmosphäre (z.B. Druck) und atmosphärische Gezeiten Kryosphäre (Eisschmelze) Regionale Einflüsse und Wetter (Wind, Regen) Zirkulation des Ozeans und ozeanische Gezeiten Plattentektonik (Plattenbewegungen, Mantelkonvektion) Einflüsse durch Bewegungen von äußerem und innerem Erdkern Gezeiten der festen Erde Große Erdbeben Bestimmung Verformung des Erdkörpers durch atmosphärische Auflasten am 30. Januar 1998 (überhöht dargestellt). Die Vertiefungen an den Polen und in Zentralasien sind durch hohen, die Anhebungen südlich von Afrika und im Nordostpazifik durch niedrigen Luftdruck verursacht. Die maximalen Werte betragen mehrere Zentimeter. Auswertung Schneehöhen.swf Quellen Luftdruck.swf http://www.danielgander.com Ergebnisse - Einflüsse durch planetares Umfeld 16.12.2004 Gravitationsgezeiten von Sonne und Mond Gravitatonseinflüsse durch Planetenumfeld geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 4/45 daniel gander Einflüsse – Übersicht (2) Einflüsse auf die Polbewegung und Rotationsperiode Inhalt - Komponenten und Einflüsse Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 5/45 daniel gander Einflüsse – Übersicht (3) Inhalt Exogene Prozesse Einleitung Endogene Prozesse periodische quasi-periodische aperiodische Massenverlagerungen Einflüsse Bewegungen Bestimmung Auswertung direkter Effekt EOP Veränderte Massenauflast http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen Deformation der Erde 16.12.2004 indirekter Effekt Zeitliche Variation von Erdrotation und Erdschwerefeld Änderung von Drehimpuls und Trägheitstensor der Erde geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 6/45 daniel gander Einflüsse – Geophyikalischer Ursprung (1) Einflüsse auf die Polbewegung Inhalt - Größenordnung der Effekte und Periodenbereiche - 1 µas = 1⋅10-6 Bogensekunden = 1/(3,6 ⋅109)° Einleitung =1“ Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 7/45 daniel gander Einflüsse – Geophyikalischer Ursprung (2) Einflüsse auf die Rotationsperiode Inhalt - Größenordnung der Effekte und Periodenbereiche - 1 µs = 1⋅10-6 Sekunden Einleitung Einflüsse =1ms Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 8/45 daniel gander Einflüsse – Geophyikalischer Ursprung (3) Einflüsse Inhalt - auf die Polbewegung Einleitung Einflüsse - Atmosphäre und Ozeane beeinflussen nahezu alle Zeitskalen Subtäglicher Bereich wird dominiert von verschiedenen Effekten auf die Rotationsperiode Gemessener Wert: ∆UT1 (Abweichung Weltzeit zu Atomzeitskala) Bewegungen Atmosphäre und Ozeane wirken im Bereich von mehreren Tagen bis zu Dekaden EOP Gezeiteneffekte der festen Erde und Ozeane wirken im Bereich bis zu einem Jahr Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 9/45 daniel gander Bewegungen der Erdachse – Präzession (1) Rotationsachse der Erde ist nicht raum- und richtungsfest Inhalt - Exogene und endogene Kräfte führen zu einer Kreiselbewegung - Kreisel in Drehung Einleitung Wenn Figurenachse nicht mehr senkrecht steht ⇒ Drehung um die Lotlinie Einflüsse Kreisel ist äußeren Kräften unterworfen ⇒ Versucht Neigung seiner Figurenachse senkrecht auszuweichen Bewegungen Präzessionsbewegung EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 10/45 daniel gander Bewegungen der Erdachse – Präzession (2) Anwendung auf die Erde Inhalt - Aufgrund der Abplattung und Ekliptikschiefe ⇒ Gravitative Kräfte üben Anziehungskraft auf „Äquatorwulst“ aus Einleitung Einflüsse Bewegungen - In Z größer als in A ⇒ Entstehung eines Drehmoments Versucht Erdachse aufzurichten und Ekliptikschiefe zu verkleinern Kreiselachse versucht auszuweichen und beschreibt doppelten Kegelmantel Umlaufzeit: 25780 Jahre EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 11/45 daniel gander Bewegungen der Erdachse – Präzession (3) Folge: „Wanderung“ des Polarsterns Inhalt Einleitung - Polarstern liegt in Verlängerung der Erdachse - Richtungsänderung der Erdachse ⇒ „Wanderung“ des Polarsterns Einflüsse Heute: Polaris In 12.000 Jahren: Vega Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 12/45 daniel gander Bewegungen der Erdachse – Präzession (4) Folge: Bewegung des Frühlingspunktes Inhalt - Frühlingspunkt: Schnittpunkt Himmelsäquator mit Ekliptik - Seit Beschreibung von Hipparch 190-120 v. Chr. ist der Frühlingspunkt um ca. 30° gewandert (etwa 1 Sternbild) - Resultat: Differenz zwischen Sternbilder und Tierkreiszeichen Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP - Bestimmung Früher ⇒ FP war im Sternbild Widder (Widderpunkt) Heute ⇒ FP ist im Sternbild Fische 2600 n. Chr. ⇒ FP wird im Sternbild Wassermann sein Sternkarten müssen Zeitbezug haben (Lage des Frühlingspunktes) Auswertung Quellen Frühlingspunkt.swf http://www.danielgander.com Ergebnisse 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 13/45 daniel gander Bewegungen der Erdachse – Präzession (5) Mittlere Werte für Präzession Inhalt - Lunisolarpräzession: 50,37 [as/jahr] Einleitung Einflüsse ca. 30 [as/jahr] Mond ca. 20 [as/jahr] Sonne - Präzession durch Planeten: -0,12 [as/jahr] - Relativistische Effekte: 0,02 [as/jahr] - Summe ergibt „Allgemeine Präzession“ - Dauer von 25.780 Jahren ⇒ Platonisches Jahr - Präzession ist periodischen Schwankungen unterworfen ⇒ führt zur Nutation Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 14/45 daniel gander Bewegungen der Erdachse – Nutation (1) Nutation = Periodische Schwankung der Präzession - Gleiche physikalische Ursache - Überlagerte Bewegung Einleitung - Summe ergibt wellenartige Bewegung um den Pol der Ekliptik Einflüsse - Rotationsachse der Erde beschreibt „Wellblechkegel“ Inhalt Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 15/45 daniel gander Bewegungen der Erdachse – Nutation (2) Hauptursache: Mond - Neigung der Mondbahn um ca. 5,1° gegen die Ekliptikebene - Ständige Änderung der Deklination des Mondes Einleitung - Schnittpunkte mit der Ekliptik bewegen sich rückläufig Einflüsse - Periode ca. 18,6 Jahre - Mond „zieht“ nicht immer in die selbe Richtung - Nutationsellipse Inhalt Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung - a = 9,2“ b = 6,9“ Addition bzw. Subtraktion zur Ekliptikschiefe (23,5°) http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 16/45 daniel gander Erdorientierungsparameter (1) - Verbindendes Element zwischen raumfestem System (ICRS) und erdfestem System (ITRS) ist die Erdrotation Inhalt Einleitung - Bewegungen - Auswertung http://www.danielgander.com - ITRS ... International Terrestrial Reference Frame Universal Time (UT1): Zeit abhängig von der Erdrotation Polkoordinaten des CEP (Celestial Ephemeris Pole): Relativ zum IRP (Reference Pole) Celestial Pole Offsets: Aus Präzessions- und Nutationsmodellen Dreidimensionale Koordinatentransformation Bestimmung Ergebnisse ICRS ... International Celestial Reference Frame Beschreibung durch Erdorientierungsparameter (EOP) Einflüsse EOP 3 Translationen und 3 Rotationen Aufgrund des selben Ursprungs (Massenschwerpunkt der Erde) ⇒ nur 3 Rotationen Zusammenfassung zu einer Folge von Rotationsmatrizen 2 wichtige Transformationsverfahren Quellen Transformation basierend auf Ekliptik und Äquator Transformation nach IAU-Resolution 2000 • IAU ... International Astronomical Union 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 17/45 daniel gander Erdorientierungsparameter (2) Transformation basierend auf Ekliptik und Äquator x i (t ) = P(t ) ⋅ N(t ) ⋅ R 3 (− θ(t )) ⋅ R 1 (y P (t )) ⋅ R 2 (x P (t )) ⋅ x e (t ) Inhalt Einleitung N(t ) = R1 (− ε A ) ⋅ R 3 (∆ψ ) ⋅ R1 (ε A + ∆ ε ) Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 t Beobachtungszeitpunkt in TT (Terrestrial Time) xi(t) Vektor im raumfesten (inertialen) System zur Zeit t xe(t) Vektor im erdfesten System zur Zeit t P(t) Präzessionsmatrix zur Zeit t N(t) Nutationsmatrix zur Zeit t Ri(α) Drehmatrix mit dem Winkel α um die Achse i θ(t) Wahre Sternzeit von Greenwich zur Zeit t xP(t), yP(t) Koo. des Celestial Ephemeris Pole im ITRS zur Zeit t ε(t) Schiefe der Ekliptik zur Zeit t ∆ε, ∆ψ Nutation in Schiefe und Länge zur Zeit t geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 18/45 daniel gander Erdorientierungsparameter (3) Transformation basierend auf Ekliptik und Äquator x i (t ) = P(t ) ⋅ N(t ) ⋅ R 3 (− θ(t )) ⋅ R 1 (y P (t )) ⋅ R 2 (x P (t )) ⋅ x e (t ) Inhalt Einleitung N(t ) = R1 (− ε A ) ⋅ R 3 (∆ψ ) ⋅ R1 (ε A + ∆ ε ) Einflüsse Präzessionsmatrix P und Nutationsmatrix N beschreiben Richtungsänderung der Erdachse im Raum Sternzeitmatrix R3(-θ) stellt die eigentliche Rotation dar R1(yP), R2(xP) entspricht Polschwankung und gibt Stellung der Erdachse gegenüber ITRF an yP, xP entsprechen Polkoordinaten und beschreiben die Polbewegung Notwendige EOP sind: Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung • xP ... X-Koordinate des Pols (vom Referenzpol aus in Richtung 0-Meridian) • yP ... Y-Koordinate des Pols (vom Referenzpol in Richtung λ=90°) Ergebnisse http://www.danielgander.com • UT1-UTC ... steckt in θ drin • ∆ε ... Nutationsschiefe zur Zeit t Quellen • ∆ψ ... Nutationslänge zur Zeit t 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 19/45 daniel gander Erdorientierungsparameter (4) Transformation nach IAU-Resolution 2000 x i (t ) = Q(X(t ), Y(t )) ⋅ R 3 (s(t )) ⋅ R 3 (− θ' (t )) ⋅ R 3 (− s' (t )) ⋅ R 2 (x P (t )) ⋅ R1 (y P (t )) ⋅ x e (t ) Inhalt Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse t Beobachtungszeitpunkt in TT (Terrestrial Time) xi(t) Vektor im raumfesten (inertialen) System zur Zeit t xe(t) Vektor im erdfesten System zur Zeit t Q Präzessions-Nutations-Matrix zur Zeit t X(t), Y(t) Koo. des Celestial Intermediate Pole im ICRS zur Zeit t Ri(α) Drehmatrix mit dem Winkel α um die Achse i s(t), s‘(t) Korrekturwinkel θ‘(t) Erdrotationswinkel zur Zeit t xP(t), yP(t) Koo. des Celestial Intermediate Pole im ITRS zur Zeit t Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 20/45 daniel gander Erdorientierungsparameter (5) Transformation nach IAU-Resolution 2000 x i (t ) = Q(X(t ), Y(t )) ⋅ R 3 (s(t )) ⋅ R 3 (− θ' (t )) ⋅ R 3 (− s' (t )) ⋅ R 2 (x P (t )) ⋅ R1 (y P (t )) ⋅ x e (t ) Inhalt Einleitung Einflüsse Bewegungen Präzession und Nutation wurden zusammengefasst (aufgrund der selben physikalischen Ursache) CEP (Celestial Ephemeris Pole) wird durch CIP (Celestial Intermediate Pole) ersetzt • CEP entspricht nicht exakt der Stellung der Rotationsachse EOP • Deshalb neue Definition des Pols Bestimmung „Alte“ und „neue“ Transformation liefern bei korrekter Anwendung absolut identische Resultate Auswertung Notwendige EOP sind: • xP ... X-Koordinate des Pols (vom Referenzpol aus in Richtung 0-Meridian) http://www.danielgander.com Ergebnisse • yP ... Y-Koordinate des Pols (vom Referenzpol in Richtung λ=90°) • UT1-UTC ... steckt in θ und θ ‘ drin Quellen • X ... X-Koordinate des CIP im ICRS • Y ... Y-Koordinate des CIP im ICRS 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 21/45 daniel gander Bestimmung – VLBI (1) Radiointerferometrie auf langen Basislinien (VLBI) Inhalt - Beobachtung der Strahlung extragalaktischer Radioquellen (z.B. Quasare) durch 2 oder mehrere Radioteleskope Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Beobachtungsgröße: Differenz der Ankunftszeiten der Signale (Laufzeitunterschied) Abstand zwischen Stationen: bis zu 10.000 km - Beobachtung von weit entfernten Objekten ⇒ Bezug zum quasiinertialen Referenzsystem der Radioquellen - Erlaubt hypothesenfreie Bestimmung der EOP Bestimmung Auswertung - Direkte Bestimmung von UT1 und Nutationsoffsets möglich Keine Informationen von weiteren Beobachtungsverfahren notwendig http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 22/45 daniel gander Bestimmung – VLBI (2) Radiointerferometrie auf langen Basislinien (VLBI) Inhalt - Messablauf Einleitung Simultane Digitalisierung und Aufzeichnung des Rauschsignals von mehreren Radioteleskopen Pro Basislinie bis zu 200 Einzelbeobachtungen verschiedener Radioquellen in 24h Korrelator ermittelt durch Kreuzkorrelation das Korrelationsmaximum ⇒ Aufnahmezustand Einflüsse Bewegungen EOP - Bisher Berechnungen im Postprocessing - Bestrebungen die Korrelation in Echtzeit durchzuführen ⇒ durch Breitbandkommunikation theoretisch möglich - Messkonfiguration Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 verschiedene Netze mit 5 und mehr Radioteleskopen 24h Messungen mehrmals pro Woche Genauigkeit von Nutationsoffsets, Polbewegungskomponenten und UT1-UTC beträgt ca. 0,1 mas (1 mas = 1⋅10-3 Bogensekunden) geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 23/45 daniel gander Bestimmung – Optische Verfahren (1) Optische Sterninterferometrie Inhalt - Verfahren ähnlich wie Radiointerferometrie - Wellenlängen im optischen Bereich jedoch bedeutend kürzer als im X- oder S-Band - Dadurch bereits bei Basislinien mit 100m Genauigkeit von 1mas für Richtungsmessungen - Hochauflösende Sterninterferometer noch im Entwicklungsstadium Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 24/45 daniel gander Bestimmung – Optische Verfahren (2) Photometrische Richtungsmessungen mit CCD-Kameras Inhalt Einleitung - Photometrische Richtungsmessungen zu Sternen ⇒ direkter Bezug zwischen raumfestem System und erdfestem System - Heute kaum noch photometrische Messungen ⇒ Auswertung in Dunkelkammer zu aufwändig, Digitaltechnologie noch nicht ausgereift - Wird vermutlich ab 2010-2015 (Astronomie Mission GAIA) wieder eingesetzt Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Vorteile von optischen Verfahren - Unabhängige Messmöglichkeit von UT1-UTC, ansonsten nur mit VLBI möglich - Als Kontrolle einsetzbar Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 25/45 daniel gander Bestimmung – SLR und LLR (1) Satellitenentfernungsmessungen Inhalt Einleitung - SLR ... Satellite Laser Ranging - LLR ... Lunar Laser Ranging - Laufzeitmessung von Laserpulsen ⇒ Heute bedeutendste optische Messtechnik Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung - http://www.danielgander.com Ergebnisse - Ultra kurze Laserpulse von Bodenstation abgestrahlt Von Satelliten oder Spiegeln am Mond reflektiert Von Empfangsteleskop am Boden wieder empfangen Schwächung der Pulse um 12 Größenordnungen Sehr hohe technischen Anforderungen der Empfangsteleskope Vorteile Auswertung Quellen Optische Signale von Ionosphäre unbeeinflusst Troposphärischer Einfluss gering und genauer erfassbar als bei Mikrowellenverfahren Nachteile 16.12.2004 Nur bei klarem Himmel einsetzbar Aufgrund der Komplexität weltweit nur ca. 30 Observatorien in homogener Verteilung (z.B. Observatorium Graz Lustbühel) geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 26/45 daniel gander Bestimmung – SLR und LLR (2) SLR Inhalt - Messziele Einleitung Beobachtung von mehr als 40 Satelliten Geodätisch wichtige Ziele: LAGEOS 1 und LAGEOS 2 • Durchmesser: 60 cm • Bahnradius: 12600 km Einflüsse Bewegungen - Rohe Entfernungsmessungen gehen in Parameterschätzung ein EOP Bestimmung Auswertung - Parameter der Satellitenbahn Koeffizienten des Erdschwerefeldes Stationspositionen und Geschwindigkeiten EOP SLR ist das Genaueste der geodätischen Raumverfahren zur Bestimmung des Erdschwerpunktes http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 27/45 daniel gander Bestimmung – SLR und LLR (3) LLR Inhalt - Konzept wie SLR jedoch Reflektoren auf dem Mond - Aufgrund großer Entfernung zum Mond (ca. 380.000 km) nur 3 Stationen weltweit mit ausreichender Laserleistung Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Grasse (Frankreich) McDonald (USA) Wettzell (Deutschland) - Ebenfalls Bestimmung der EOP - Vorteile gegenüber SLR Bestimmung Sehr hohe Langzeitstabiltität der Ergebnisse da die Mondbahn über viele Jahrzehnte hinweg äußerst genau numerisch integriert werden kann Am Mond treten im Gegensatz zu Satelliten keine nichtkonservativen Kräfte auf Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 28/45 daniel gander Bestimmung – GPS, GLONASS, Galileo Satellitenpositionierungssyteme Inhalt Einleitung - Nur Phasenmessungen haben ausreichende Genauigkeit für Bestimmung der EOP (± 1-2 mm) - Genauigkeit der bestimmten Parameter der Polbewegung Einflüsse Bewegungen - Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com - ±0,05 - ±0,07 [mas] Großer Beitrag zur Messgenauigkeit ⇒ Hochgenaue Atomuhren in den Satelliten und hohe Anzahl der Stationen Vorteile gegenüber VLBI und SLR EOP Ergebnisse kostengünstig wetterunabhängig leicht transportierbar einfach im Betrieb viele Permanentstationen vorhanden Nachteile Quellen 16.12.2004 Über Satellitenmessungen realisierte dynamische Referenzsysteme ⇒ nur über kurze Zeit stabil Nur kurzperiodische Nutationsterme bestimmbar (< 20 Tage) Geeignet für Auflösung im sub-täglichen Bereich (Vorteil!) geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 29/45 daniel gander Bestimmung – DORIS Détermination d‘Orbite et Radiopositionnement Intégrés par Satellite Inhalt Einleitung - In Frankreich entwickelt, jedoch globale Verteilung - Raumsegment nur geringe Satellitenanzahl Einflüsse Bewegungen - - http://www.danielgander.com Zweifrequenzsystem (2.03, 0.40 GHz) strahlen Signale kontinuierlich ab Doppler Beobachtungsdaten werden vom Satelliten gespeichert Bei Überflug an Betriebszentrum übermittelt Warum geeignet für Polbewegung? Auswertung Ergebnisse Prinzip der Dopplermessungen DORIS verwendet aktive Bodenstationen EOP Bestimmung - Bodenstationen sind nach rein geometrischen Gesichtspunkten ausgewählt ⇒ optimale globale Verteilung Erreichbare Genauigkeit der Polbewegung Quellen 16.12.2004 ± 1 [mas] in 24 Stunden Beobachtungsdauer geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 30/45 daniel gander Bestimmung – Lokale Rotationssensoren Rotationssensoren (Gyroskope) Inhalt - Messen auf Basis des Sagnac-Effekts Drehungen absolut - Realisierungen Einleitung Einflüsse Bewegungen - Ringlaser Atomwellen-Interferometer Heliumgyroskope Passive optische Sagnac-Interferometer Anforderungen EOP Bestimmung Auswertung Hohes Auflösungsvermögen Hohe Stabilität im Langzeitbereich Zur Zeit jedoch nur für kurze Zeitabschnitte einsetzbar (Stunden) Problem: Aufsummierung der Fehler http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 31/45 daniel gander Bestimmung – Zusammenfassung Vorteile der einzelnen Verfahren Inhalt Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung - VLBI: Bezug zum Inertialsystem und Sicherung der Langzeitstabilität - SLR: Bezug zum Gravitationsfeld der Erde - GPS: Verdichtung des terrestrischen Referenzsystems durch massenhafte Punktbestimmung - DORIS: Homogene globale Stationsverteilung - Kombination/Integration der einzelnen Verfahren um Genauigkeit zu steigern Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 32/45 daniel gander Auswertung (1) - Komplexe Auswertung der Rohmessungen notwendig um EOP zu bestimmen Inhalt Aufwändige Vorverarbeitung z.B. • Laufzeit-Normalpunkte bei SLR Einleitung • GPS-Phasendifferenzen • Bestimmung von Korrelationskoeffizienten bei VLBI Einflüsse • Bereinigung von Mehrdeutigkeiten in VLBI Observablen Bewegungen Berechnung aller bekannten geometrischen und physikalischen Einflussfaktoren • Anbringen von Korrekturen z.B. aufgrund der Kinematik der Beobachtungsstationen (entstehen durch Verformung des Erdkörpers) EOP • Berücksichtigung der Störung der Signale bei extra-terrestrischen Messkomponenten Bestimmung • Verwendete Modelle sind i.d.R auf dem momentanen Stand der Forschung Auswertung Ausgleichung der Beobachtung (meisten nach kleinsten Quadraten) http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 33/45 daniel gander Auswertung (2) Zielparameter Inhalt Zielgrößen VLBI GPS DORIS SLR X X X LLR Einleitung Quasarpositionen X Einflüsse Satelliltenbahnparameter Bewegungen Mondbahnparameter X EOP Nutation X X Polbewegung X X X X UT1 X Tageslänge X X X X Stationskoordinaten Stationsgeschwindigkeit X X X X Bestimmung X Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 34/45 X daniel gander Ergebnisse – Produkte - IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) EOP-Produktzentrum Inhalt Einleitung Erstellung und Prädiktion von kombinierten Zeitreihen Erstellung von Modellen Serie C04 in den Bulletins A und B • Genauigkeit für Polbewegung ca. 0,15 mas Einflüsse • Genauigkeit für UT1-UTC ca. 20 µs • Genauigkeit für Nutationskorrekturen ca. 0,3 mas Bewegungen Zusätzlich weitere ältere Serien z.B. • Serie C01 mit Polkoordinaten ab 1846 EOP Bestimmung http://www.iers.orgg/iers/products/eop Bestrebung zusätzliche IERS Produkte im Bereich EOP anzubieten • Polbewegungs- und UT1-UTC-Serien mit sub-täglicher Auflösung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 35/45 daniel gander Ergebnisse - Kreiselmodell Kreiselmodell Inhalt - Modell der Polkoordinaten über die Zeit Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 Perspektivische Darstellung der aus gedoätischen Beobachtungen abgeleiteten Polbewegung. Perspektivische Darstellung der mit Kreiselmodell simulierten Polbewegung. (Quelle: IERS) (Quelle: IERS) geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 36/45 daniel gander Ergebnisse – Polbewegung (1) Polbewegung Inhalt Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP 1977-1980 1990-1997 Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 1980-1990 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 37/45 daniel gander Ergebnisse – Polbewegung (2) Polbewegung und Drift Inhalt - Seit Ende des 19. Jh. Beobachtung der Polbewegung Einleitung Einflüsse - Nahezu jährliche Periode mit mittleren Amplitude von 300 mas 1891: Chandler entdeckte weitere Periode bei 428 Tagen ⇒ Chandler-Wobble Langsame Drift des Pols in Richtung Kanada Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen Langsame Drift des Rotationspols in Richtung Kanada (durchgezogene Linie). Kurzperiodische Anteile wurden entfernt. (Quelle: IERS) 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 38/45 daniel gander Ergebnisse – Polbewegung (3) Zeitreihe der Polkoordinaten X-Koordinate Inhalt Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Y-Koordinate Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 39/45 daniel gander Ergebnisse – LOD (Length Of Day) (1) Tageslängenschwankungen Inhalt Einleitung - Werden seit 1956 ermittelt - Dominant sind Jahresperiode und Halbjahresperiode - Erkennbar ist El-Niňo-Klimaphänomen 1983 Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen Tageslängenänderung (LOD) von 1980-1998. (Quelle: IERS) 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 40/45 daniel gander Ergebnisse – LOD (Length Of Day) (2) Tageslängenschwankungen Inhalt Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen Tageslängenänderung (LOD) von 1956-2004. (Quelle: IERS) 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 41/45 daniel gander Ergebnisse – LOD (Length Of Day) (3) Tageslängenschwankungen (20. Jahrhundert) Inhalt Einflüsse [ms] Einleitung Bewegungen EOP Tageslängenänderung (LOD) von 1900-2000. (Quelle: Fisheries and Oceans Canada) Bestimmung Auswertung Quellen [ms] http://www.danielgander.com Ergebnisse Tageslängenänderung (LOD) von 1860-2000. (Quelle: http:/www.john-daly.com) 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 42/45 daniel gander Quellennachweis (1) - Literatur Mitteilungen des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie Bd. 32 „Erdrotation und globale dynamische Prozesse“ LV-Skripten an der TU-Graz Inhalt Einleitung • Satellitengeodäsie • Space Sciences Einflüsse Bewegungen • Navigation Systems • Bezugssysteme - Internet EOP International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) • http://www.iers.org Bestimmung • http://hpiers.obspm.fr Auswertung • http://www.dgfi.badw.de Ergebnisse http://www.danielgander.com Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut (DGFI) Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie (FESG) • http://www.wettzell.ifag.de Quellen Geodätisches Institut der Friedrich-Wilhelms Universität Bonn • http://www.gib.uni-bonn.de European VLBI Network • http://www.evlbi.org 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 43/45 daniel gander Quellennachweis (2) - Internet (Fortsetzung) Inhalt Abenteuer Universum • http://abenteuer-universum.vol4u.de Einleitung Parallax.at • http://www.greier-greiner.at/hc/navi.htm • http://www.parallax.at Einflüsse Wikipedia – Die freie Enzyklopädie • http://de.wikipedia.org Bewegungen EOP Diplomarbeit von Andreas Maus, eingereicht an der Technischen Universität Dresden, Institut für Planetare Geodäsie, 26.02.2002 • http://home.arcor.de/maus_andreas/diplom/maus Bestimmung - Nachschlagewerke Auswertung Microsoft® Encarta® Enzyklopädie Professional 2004 Der Brockhaus Multimedial 2003 Premium http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 16.12.2004 geophysics & geodynamics | erdrotation | folie 44/45 daniel gander Inhalt Einleitung Einflüsse Bewegungen EOP Bestimmung Auswertung http://www.danielgander.com Ergebnisse Quellen 27.10.2004 16.12.2004 geophysics &geophysics geodynamics & geodynamics | erdrotation || erdrotation folie 45/45 | folie 45/45 daniel gander
