Ortsabhängigkeit der Erdbeschleunigung

Die Erde ist keine Kugel sondern ähnelt einer Kartoffel

Fasst man die Erde als ideale Kugel auf, so könnte man die Fallbeschleunigung an der Erdoberfläche berechnen. Wir wissen, diese beträgt 9,85 Meter pro Quadratsekunde. 

Wir können nicht davon ausgehen, dass die Erde einer idealen Kugel mit gleichmäßiger Massenverteilung entspricht. Schon aufgrund der Rotation der Erde um die eigene Achse, plattet sich die Erde – die ja kein starrer Körper sondern in ihrem Inneren nahezu flüssig ist – zu einem Ellipsoid ab. Unter einem Ellipsoid könnt ihr euch eine eingedrückte Kugel vorstellen (wie die Form eines Pfannkuchens, nur nicht so flach).

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Erde von der Ellipsoid-Gestalt ebenfalls abweicht. Diese unregelmäßige Form wird als Geoid bezeichnet. Daher sprechen Wissenschaftler mitunter davon, dass die Erde die Form einer Kartoffel hätte.

Die Abstände von der Erdoberfläche zum Erdmittelpunkt differieren an verschiedenen Punkten beim Geoid nicht unwesentlich. Es ist daher zu erwarten, dass die Fallbeschleunigungen auf der Geoidoberfläche (der Erdoberfläche) unterschiedlich sind. Die Erdkugel ist kein homogener Körper. Durch die Land- und Wasserflächen, die Gebirge und Lagerstätten von Erzen usw., ist die Massenverteilung inhomogen. Was wiederum eine örtlich verschiedene Fallbeschleunigung auf der Oberfläche bedingt.

Die Ausmessung der örtlichen Fallbeschleunigung

Im Jahr 2002 wurden zwei gleichartige Grace-Satelliten auf eine Erdumlaufbahn geschossen. Diese sollten die örtliche Fallbeschleunigung präzise Messen. Die beiden Satelliten flogen im Abstand von 220 Kilometer voneinander. Die exakte Messung des Erdschwerefeldes gelang, indem die Satelliten ihre eigene Position mit Hilfe eines GPS-Systems sowie zweier Sternensensoren mit hoher Genauigkeit bestimmten. Darüber hinaus wurde der gegenseitige Abstand mit Hilfe von Mikrowellen bis auf Bruchteile eines Millimeters genau erhoben. Fliegt beispielsweise der erste Satellit in eine Zone mit erhöhter Anziehung, wird er geringfügig beschleunigt, womit sich der Abstand zum nachfolgenden Satelliten erhöht.

Nun wussten die Wissenschaftler; lokale Unterschiede in der Fallbeschleunigung bewirken eine Störung der Satellitenbahnen. Diese präzise Ausmessung diente nicht nur der Wissenschaft, sondern hatte wirtschaftliche Hintergründe. Durch lokale Abweichungen der Fallbeschleunigungen können Vorhersagen über Öl- oder Erzvorkommen gemacht werden.