Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert neuen Sonderforschungsbereich TerraQ

Das Institut für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover wird interferometrische Präzisionsmessungen und Laserverbindungen zwischen Satelliten erforschen und verbessern

2. Dezember 2020

Der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG geförderte Sonderforschungsbereich (SFB) „Relativistische und quantenbasierte Geodäsie (TerraQ)“ untersucht neuartige Methoden der Erdvermessung durch grundlegend neue Sensoren, Messtechniken, Analysemethoden und Modellierungsansätze. Forschende des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover tragen ihre jahrzehntelange Erfahrung und weltweit führende Rolle im Bereich der interferometrischen Präzisionsmessungen und den Laserverbindungen zwischen Satelliten bei. Die Grundlagenforschung kommt so in der Klimaforschung zum Einsatz bei und verbessert deren unersetzliche Datengrundlage.

Logo des SFB „TerraQ“

In TerraQ sollen neueste Erkenntnisse aus der Quanten- und Gravitationsphysik dazu beitragen, die Genauigkeit geodätischer Messungen – also die Vermessung unseres Heimatplaneten – deutlich zu erhöhen.

„Die Methoden, die wir für die Gravitationsphysik als Grundlagenforschung entwickelt haben, finden bereits jetzt praktische Anwendungen in der Klimaforschung. Sie erlauben uns das Abschmelzen der Eismassen an den Polen und in Gletschern noch genauer zu überwachen“, sagt Karsten Danzmann, Direktor des Instituts für Gravitationsphysik und designierter stellvertretender Sprecher von TerraQ. „Mit dem neu gegründeten Sonderforschungsbereich TerraQ können wir unsere Expertise und Erfahrung in der gemeinsamen Arbeit mit hervorragenden Kolleginnen und Kollegen weiter vertiefen.“

In der ersten vierjährigen Förderperiode des SFB TerraQ werden sechs Doktorand:innen-Stellen am Institut für Gravitationsphysik eingerichtet werden. Zudem wird die DFG während dieser Zeit Sachmittel zur Forschungsförderung bereitstellen; für den gesamten SFB stehen zunächst bis 2024 rund 9,6 Millionen Euro zur Verfügung.

Eine führende Rolle in der Gravitationswellenforschung

Blick in das Zentralgebäude des Gravitationswellen-Detektors GEO600. Die einzigartige Quetschlichtquelle befindet sich hier mittig am unteren Bildrand.

Forschende am Institut haben eine weltweit führende Rolle in der Gravitationswellenforschung und der Entwicklung und dem Betrieb der dafür erforderlichen Detektoren inne. Die Detektoren spüren die Effekte von Einsteins Gravitationswellen mittels hochpräziser Lasermessungen auf. Am Institut für Gravitationsphysik und dem Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover und am Gravitationswellendetektor GEO600 wurden neue Methoden und Technologien entwickelt. Diese ermöglichten es den US-amerikanischen LIGO-Detektoren im September 2015 den erstmalige Nachweis der von Einstein im Jahr 1916 vorhergesagten Gravitationswellen. Seitdem hat das weltweite Detektornetzwerk 50-mal die Gravitationswellen kollidierender Schwarzer Löcher und Neutronensterne aufgespürt und so eine ganz neue Astronomie begründet.

Auch an der nächsten Generation der irdischen Gravitationswellen-Observatorien sind Wissenschaftler:innen an den Instituten beteiligt; sie entwickeln mit europäischen Partnern das Einstein-Teleskop. Mit diesem Detektor der dritten – noch empfindlicheren – Generation soll die Gravitationswellen-Astronomie in ein neues Zeitalter eintreten.

Mit Satelliten in der Erdumlaufbahn Klimaindikatoren beobachten

GRACE Follow-On ist ein Tandem aus zwei Satelliten, die die Erde in einem gegenseitigen Abstand von 220 Kilometern auf der gleichen Bahn in 490 Kilometer Höhe über dem Erdboden umrunden. Die Mission vermisst den Abstand zwischen den Satelliten mit Mikrowellen (blau) und einem neuen Laserinterferometer (rot).

Wie lässt sich der Abstand von die Erde umrundenden Satelliten mittels einer Laserverbindung genauer als jemals zuvor messen? Und wie können wir damit das Schwerefeld der Erde und Indikatoren des Klimawandels wie schmelzende Polkappen und Gletscher noch genauer überwachen? Diese Fragen haben Wissenschaftler:innen der Institute mit ihrem Laserinterferometer an Bord des Satellitentandems GRACE Follow-On beantwortet. Die sehr erfolgreiche Mission startete im Mai 2018 und hat ihre einwandfreie Funktion und hohe Messgenauigkeit im Dauerbetrieb seit dem ersten Einschalten im Juli 2018 bewiesen.

Das mit GRACE Follow-On erprobte Messprinzip gilt als vielversprechender Kandidat für viele ähnliche Folgemissionen und ist ein Meilenstein auf dem Weg zu LISA, dem Gravitationswellen-Observatorium im All, das derzeit unter Leitung von Forschenden der beiden Institute mit der Europäischen Raumfahragentur ESA für den geplanten Start im Jahr 2034 vorbereitet wird.

TerraQ

Neben dem Institut für Gravitationsphysik sind Forschende an den Instituten für Quantenoptik bzw. Erdvermessung der Leibniz Universität Hannover, am DLR-Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik Hannover, an der Physikalisch Technischen Bundesanstalt Braunschweig, am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation Bremen, am GeoForschungsZentrum Potsdam, an der HafenCity Universität Hamburg und an der Technischen Universität Graz an TerraQ beteiligt. Der SFB wird seine Arbeit zum 1. Januar 2021 aufnehmen und ist für eine Dauer von 4 Jahren gefördert. Die Förderung kann bei positiver Evaluation auf bis zu 12 Jahre ausgedehnt werden. Designierter Sprecher des Sonderforschungsbereichs ist Professor Dr.-Ing. Jürgen Müller vom Institut für Erdvermessung der Leibniz Universität Hannover.

Weitere Informationen in der Pressemitteilung der Leibniz Universität Hannover.

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