Forscher der Universität Graz haben einen Weg gefunden, die Signale von Kommunikationssatelliten zur Untersuchung von Klimaveränderungen und zur Echtzeitverfolgung von Wetterphänomenen zu nutzen. Diese Innovation eröffnet neue Perspektiven für die Überwachung unseres Planeten.
Traditionell dienen Kommunikationssatelliten, wie die von Starlink oder OneWeb, der Datenübertragung. Doch ein Team des Instituts für Geodäsie der Universität Graz hat es geschafft, ihre Signale für wissenschaftliche Anwendungen zu nutzen. Durch die Analyse von Frequenzänderungen aufgrund des Doppler-Effekts können sie nun Veränderungen im Gravitationsfeld der Erde messen und Klimaereignisse in Echtzeit beobachten.
Der Doppler-Effekt im Dienst der Wissenschaft
Die Erdbeobachtung durch Satelliten basiert auf einem einfachen Prinzip: Veränderungen des Meeresspiegels oder der Grundwasserspiegel verändern das Gravitationsfeld und beeinflussen somit die Bahnen der Satelliten. Durch die Untersuchung dieser Veränderungen erhalten Wissenschaftler wertvolle Daten über die Entwicklung unserer Umwelt.
Die Signale von Kommunikationssatelliten, die zahlreicher und stärker sind als die von Navigationssatelliten, bieten eine deutlich höhere zeitliche Auflösung. Dies ermöglicht die Erkennung von kurzfristigen Veränderungen wie starken Niederschlägen oder Schwankungen des Meeresspiegels. Diese Informationen sind für die Klimaforschung von entscheidender Bedeutung.
Allerdings geben die Satellitenbetreiber die Struktur ihrer Signale nicht preis, was deren Nutzung erschwert. Trotzdem haben die Forscher konstante Töne in den Starlink-Signalen identifiziert. Durch die Messung ihrer Frequenzverschiebung mittels des Doppler-Effekts konnten sie Positionen mit einer Genauigkeit von 54 Metern bestimmen.
Auf dem Weg zu höherer Genauigkeit
Obwohl diese Genauigkeit für fortgeschrittene geodätische Anwendungen nicht ausreicht, zeigt sie die Machbarkeit der Methode. Die Forscher verwenden derzeit eine feste Satellitenantenne, erwägen jedoch, ihre Ergebnisse mit mobilen Antennen zu verbessern, die in der Lage sind, die Satelliten zu verfolgen.
Durch die Erhöhung der Messpunkte hoffen sie, die Fehler zu reduzieren und ihre Berechnungen zu verfeinern. Das Ziel ist es, eine Genauigkeit von wenigen Metern zu erreichen, was ein besseres Verständnis der Veränderungen des Gravitationsfelds der Erde und eine Verbesserung der Klimamodelle ermöglichen würde.
Die Forscher entwickeln auch neue Methoden zur Signalverarbeitung, um präzisere Daten zu extrahieren. Diese Fortschritte könnten die Erforschung unseres Planeten verbessern, indem sie leistungsfähigere Werkzeuge zur Überwachung seiner Entwicklung bieten.
Weiterführende Informationen: Was ist der Doppler-Effekt?
Der Doppler-Effekt ist ein physikalisches Phänomen, bei dem sich die Frequenz einer Welle je nach der relativen Bewegung zwischen Quelle und Beobachter ändert. Er wird oft durch den Tonwechsel einer sich nähernden und dann entfernenden Krankenwagensirene veranschaulicht.
Bei Satelliten ermöglicht dieser Effekt die Messung von Frequenzverschiebungen der ausgesendeten Signale. Durch die Analyse dieser Veränderungen können Forscher die Geschwindigkeit und Position der Satelliten sowie die Veränderungen des Gravitationsfelds der Erde bestimmen.
Diese Technik wird bereits in der Astronomie zur Untersuchung der Bewegung von Sternen und Galaxien eingesetzt. Ihre Anwendung auf die Erdbeobachtung eröffnet neue Möglichkeiten für die Klima- und meteorologische Forschung.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Technische Universität Graz