Geschichte der Professur für Astronomische, Physikalische und Mathematische Geodäsie

 

Als astronomische Geodäsie bezeichnet man den Teil der Geodäsie, der sich mit der Ausmessung von Form und Schwerefeld der Erde und der Schaffung von Bezugssystemen mit Hilfe von Messungen zu extraterrestrischen Objekten beschäftigt - früher waren dies Sterne, heute sind es überwiegend Satelliten und Radiosterne. Die physikalische Geodäsie fasst die Methoden zur Bestimmung des Erdschwerefeldes zusammen, wobei auch terrestrische Messverfahren und geophysikalische Modelle eine Rolle spielen. Gegenstand der mathematischen Geodäsie wiederum bilden, jedenfalls im deutschen Sprachgebrauch, die hierfür notwendigen (differential-) geometrischen Theorien. Insgesamt wird dieses Forschungsgebiet oft als Erdmessung bezeichnet. Da sich mit den heutigen Messgenauigkeiten im ppb (10-9)- Bereich und besser die räumlichen und insbesondere zeitlichen Variationen von Erdform und Schwerefeld, einschließlich des Meeresspiegels, auf geodynamische Prozesse zurückführen lassen, nimmt die geodätische Erdsystemforschung immer mehr Raum ein.

Die Erdmessung als Forschungsthema der Geodäsie und Bestandteil der Ausbildung der Vermessungsingenieure wurde an der Universität Bonn mit der Gründung des Instituts für Theoretische Geodäsie (ITG) am 30. April 1955 durch Prof. Helmut Wolf etabliert (die verwandte Astrometrie geht in Bonn viel weiter, auf die Berufung Friedrich Argelanders 1833 und die Gründung der Bonner Sternwarte, zurück).Wolf hatte 1950 am von der US-Armee im Bamberg geschaffenen Institut für Erdmessung die bislang länderweise ausgewerteten Triangulationen Westeuropas einer Gesamtauswertung unterzogen, und damit ein europäisches Dreiecksnetz geschaffen. Ebenso gelang ihm eine erste Berechnung eines Geoidmodells über große Teile Mitteleuropas.

Das ITG entwickelte sich bald zu einem Vorbild für ähnliche Gründungen an anderen Universitäten. In den 70er Jahren setzte es sich, neben Wolfs Lehrstuhl für Theoretische Geodäsie, aus den Abteilungen für Erdmessung (Prof. Karl-Rudolf Koch) und Gravimetrie und Erdgezeiten (Prof. Manfred Bonatz) zusammen. Wegweisende Forschungsarbeiten zu dieser Zeit wurden zur Nutzung der frühen optischen Satellitenbeobachtungen für die Etablierung von weltumspannenden Bezugssystemen wie auch für die Bestimmung des Erdschwerefeldes durchgeführt. Charakteristisch und wichtig auch für die Lehre war, dass der gesamte Prozess von der Messung (gemeinsam mit dem Geodätischen Institut und dem Institut für Photogrammetrie wurden Kamerabeobachtungen von der Satellitenmessstation Bonn-Todenfeld aus durchgeführt) bis zur Modellierung vorgenommen werden konnte. Weitere Themen dieser Zeit waren die Entwicklung der Theorie geodätischer Randwertaufgaben (die potentialtheoretische Methoden der Mathematik für die Schwerefeldbestimmung modifiziert) sowie die Entwicklung der noch jungen dynamischen Satellitengeodäsie. Auf die frühen 70er Jahre gehen so auch erste am ITG publizierte Erdschwerefeldmodelle zurück. Andererseits wurde, unter Leitung von Prof. Bonatz, auch die Entwicklung von Messinstrumenten zur Erfassung der Erdschwere und ihrer Veränderungen (Gravimeter), die Erforschung der Erdgezeiten (die Deformationen der festen Erde in Reaktion auf die Gezeitenkräfte von Sonne und Mond) sowie die Entwicklung von Auswertemethoden vorangetrieben. Für diese Messungen wurden verschiedene geowissenschaftliche Observatorien konzipiert und Expeditionen durchgeführt, so zu den Kerguelen-Inseln, nach Reunion und nach Spitzbergen.

1980 wurde am Institut für Theoretische Geodäsie erstmals eine Professur für Astronomische, Physikalische und Mathematische Geodäsie eingerichtet und mit Prof. Siegfried Heitz besetzt, der sich bereits intensiv mit der astronomischen Geodäsie (u. A. für eine Geoidbestimmung Westdeutschlands) befasst hatte. Mit ihm begann sich die Integration von (geo-) physikalischer und geodätischer Modellbildung zu einem originären Forschungsthema zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit Prof. Bonatz wurden beispielsweise die Dynamik und insbesondere die Gezeiten elastischer Erdkörpermodelle zum Untersuchungsgegenstand. Prof. Heitz beschäftigte sich ebenfalls sehr früh mit der Integration von physikalischen Theorien im Grenzbereich der damaligen geodätischen Messgenauigkeit, wie beispielsweise den allgemein-relativistischen Modellen für Signalausbreitung und Bewegung von Satelliten sowie den Modellen der Quantenmechanik als Grundlage geodätischer Sensoren; aus heutiger Sicht haben sich diese frühen Arbeiten als visionär erwiesen. Schließlich nahm die Forschung auf dem Gebiet der integrierten Analyse geodätischer und ozeanographischer Messungen und Modelle, die er mit Prof. Koch gemeinsam betrieb, breiten Raum ein.

Unter der Leitung seines Nachfolgers, Prof. Karl Heinz Ilk , konzentrierten sich die Forschungsarbeiten ab 1995 stark auf die Auswertung der Messdaten von dedizierten NASA- und ESA Schwerefeld-Satellitenmissionen (erstmals wurde mit dem CHAMP-Satelliten im Jahr 2000 eine solches Experiment durchgeführt) sowie auf die Entwicklung der dazu notwendigen effizienten mathematischen Methoden. Als das große Ziel rückte die Bestimmung der räumlichen und zeitlichen Variationen des Erdschwerefeldes in den Vordergrund. So war es der Arbeitsgruppe im Jahr 2007 möglich, mit Hilfe von Daten des Satellitenpaars GRACE ein globales Erdschwerefeldmodell zu berechnen, das wegen seiner Genauigkeit von der NASA übernommen wurde und zur Basis des internationalen Standardmodells wurde. Prof. Ilk gelang es auch 2006, zur Interpretation dieser Daten ein interdisziplinäres DFG-Schwerpunktprogramm (Massentransporte und Massenverteilungen im System Erde) in Deutschland einzurichten.

Nach Ilks Emeritierung wurde im Jahr 2009 Prof. Jürgen Kusche auf die Professur berufen. Unter seiner Leitung wurde das Spektrum von Forschungsarbeiten des Bereiches weiter ausgebaut, so steht heute neben der bereits von Prof. Ilk begonnen Satellitendatenanalyse die Erforschung des Erdsystems und seiner Veränderungen in Zusammenarbeit mit den benachbarten Geowissenschaften zentral. Einen Schwerpunkt der gegenwärtigen Aktivitäten stellt die Untersuchung von globalen und regionalen Meeresspiegelvariationen mit Hilfe von Schwerefeld- sowie radaraltimetrischen Daten und den in der Arbeitsgruppe entwickelten integrativen Verfahren dar. Das Ziel ist die Ursachen von Meeresspiegelanstieg und –variabilität besser zu verstehen, um letztlich auch Vorhersagen verbessern zu können. Auch bei der Integration von satellitengeodätischen Messungen mit numerischen Modellen des terrestrischen Wasserkreislaufs konnte in den vergangenen Jahren Neuland begangen werden; so konzentrieren sich Arbeiten hier auf die Erforschung von Wasserspeicherveränderungen und Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Landoberfläche und Ozean, wobei u.A. die Entwicklung von Datenassimilationsmethoden und systematischen Verfahren zur Validierung von Klimamodellen eine Rolle spielen. Schließlich wurden an der Arbeitsgruppe erstmals erfolgreich Messungen zu Mondsonden ausgewertet, wobei auch hier die Erforschung dynamischer Prozesse im Erde-Mondsystem im Vordergrund steht.

 

J. Kusche, 06.11.2015