Der Himmel bekommt einen neuen Referenzrahmen. Am 30. August hat die International Astronomical Union den International Celestial Reference Frame 3 (ICRF-3) auf ihrer Jahresversammlung in Wien beschlossen. Der Referenzrahmen wird ab dem 1. Januar 2019 weltweit gültig. An ihm richten sich beispielsweise GPS-Systeme aus und er ist die Grundlage für die Navigation von Weltraumsonden.

Jede Art der Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde oder im All benötigt einen Referenzrahmen. Vergleichbar mit den Längen- und Breitengraden auf dem Globus ist auch ein Gitternetz am Himmel vorstellbar. Über einen solchen Referenzrahmen ist es möglich, mit Bezug zur Erdoberfläche die genaue Lage von Objekten am Himmel anzugeben. Für die Erstellung dieses Netzes braucht es „Ankerpunkte“ am Himmel und auf der Erde, an denen die Systeme ausgerichtet werden können. Für die Erde sind dies die etwa 50 weltweit vorhandenen Radioteleskope, für den Himmel 4536 sogenannte Quasare: Galaxien mit einem Schwarzen Loch im Zentrum.

Über die vergangenen 40 Jahre hinweg bestimmten die auf allen Kontinenten positionierten Radioteleskope mittels der Very Long Baseline Interferometry (VLBI, zu Deutsch: Radiointerferometrie auf langen Basislinien) die Positionen der 4536 Quasare unter maßgeblicher Beteiligung der VLBI-Arbeitsgruppe der GFZ-Sektion Geodätische Weltraumverfahren. Robert Heinkelmann, Leiter der Arbeitsgruppe: „Wir haben aus allen vorhandenen VLBI-Beobachtungen der vergangenen 40 Jahre die genauen Richtungen aller extra-galaktischen Objekte berechnet. Außerdem haben wir Lösungen dafür gefunden, wie sich Beobachtungsfehler in den Berechnungen ausgleichen lassen, die durch die Drehung unserer Galaxie, der Milchstraße, entstehen.“

Der letzte Referenzrahmen (ICRF-2) wurde im Jahr 2010 veröffentlicht. Demgegenüber verbessert das neue System die Genauigkeiten im Mittel etwa um das 1,5-Fache. Es wurden etwa 30 Prozent mehr Objekte in die Berechnungen einbezogen und zum ersten Mal wurde die Drehbewegung der Milchstraße einberechnet. Die Ergebnisse liegen nun außerdem parallel in drei verschiedenen Radio-Frequenzbändern vor, was einen breiteren Zugriff für die verschiedenen Nutzerinnen und Nutzer ermöglicht.

Anhand des neuen Himmelsreferenzrahmens lassen sich die Richtungen von Objekten auf der Himmelskugel mit einer Genauigkeit von einem Hundertstel eines Millionstel Winkelgrades bestimmen. Das entspricht der Genauigkeit, von der Erde aus einen Tennisball auf der Oberfläche des Mondes erkennen zu können.

Die Quasare senden permanent Radiowellen aus, die von den Radioteleskopen auf der Erde empfangen werden können. Da sich die Quasare extrem weit von der Erde entfernt im All befinden (etwa 100 Millionen bis 10 Milliarden Lichtjahre), können sie, obwohl sie in Bewegung sind, von der Erde aus als ortsfest angesehen werden. Damit eignen sie sich optimal als Ankerpunkte für das Referenzsystem am Himmel.

Nicht nur Systeme zur Positionsbestimmung wie das GPS oder das europäische Pendant Galileo sind auf das Referenznetz am Himmel angewiesen. Auch Veränderungen auf der Erdoberfläche, wie beispielsweise Bewegungen von Erdplatten, Vulkanausbrüche, Meeresspiegelschwankungen, Erdbeben oder Veränderungen der Orientierung der Erde im Weltraum, lassen sich darüber präzise bestimmen. Und zwar gibt es für die Erdoberfläche den International Terrestrial Reference Frame (ITRF), der Bezugspunkte auf der Erde in einem Koordinatensystem erfasst, mit dem Zentrum der Erde als Mittelpunkt. Um zum Beispiel bestimmen zu können, ob der Meeresspiegel gestiegen oder das Land abgesunken ist, braucht der Referenzrahmen auf der Erdoberfläche einen Referenzrahmen am Himmel, zu dem er in Bezug gesetzt werden kann. Je präziser dieser himmlische Referenzrahmen, desto genauer ist auch die Überwachung von Veränderungen an der Erdoberfläche möglich.

Kontakt:

Dr. Robert Heinkelmann
Leiter Arbeitsgruppe VLBI
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: +49 331 288-1144
Email: robert.heinkelmann@gfz-potsdam.de

Prof. Dr. Harald Schuh Direktor
Department Geodäsie
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Email: harald.schuh@gfz-potsdam.de

Josef Zens
Leiter Medien und Kommunikation
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: +49 331 288-1040
Email: josef.zens@gfz-potsdam.de