Zusammenfassung
Der Astronom Heinrich Bruns erörterte 1878 in seiner Denkschrift »Die Figur der Erde« die Bestimmung der Figur der Erde. Ein die ganze Erde umspannendes Polyeder bildet den Geometrieteil. Die Bestimmung des Schwerepotenzials an den Polyederpunkten liefert die notwendige Höheninformation. Bruns zeigte auch, dass die Bestimmung der Erdfigur mit den damals zur Verfügung stehenden Messverfahren theoretisch zwar möglich, praktisch die Realisierung jedoch wegen des Fehlereinflusses der atmosphärischen Refraktion auf die gemessenen Zenitdistanzen und dem Fehlen jeglicher geodätischer Information im Bereich der Weltmeere stark eingeschränkt gewesen wäre.
Die geodätischen Raumverfahren haben die Geodäsie revolutioniert. Durch die Kombination der Raumverfahren Interferometrie über lange Basislinien, Satellitenlaserabstandsmessung, Globale Navigationssatellitensysteme und Doppler Orbitography und Radiopositioning wurde der Geometrieteil des Bruns’schen Polyeders in Form des International Terrestrial Reference Frame (ITRF) bereits Wirklichkeit. In Abständen von ca. fünf Jahren werden die Koordinaten und Geschwindigkeiten einer großen Anzahl von Stationen veröffentlicht. Mit den gravimetrischen Satellitenmissionen CHAMP, GRACE und GOCE wurde zudem die globale Bestimmung des Erdschwerepotenzials entscheidend vorangetrieben. In Kombination mit terrestrischen Schwereanomalien, Schwereanomalien aus Altimetrie und topographischen Höhen ließe sich bereits heute ein relativ genaues globales Höhensystem realisieren. Es würde systematische Verformungen bestehender Höhensysteme offenbaren, Sprünge zwischen den Höhensystemen aufzeigen und ein globales Monitoring von zeitlichen Veränderungen der Höhenkoten ermöglichen. Wir schlagen daher vor, im Rahmen der Arbeiten des Global Geodetic Observing System ein Konzept für die periodische Ergänzung des ITRF durch global einheitliche Potenzial- bzw. Höheninformation zu formulieren.
Summary
In 1878 the astronomer Heinrich Bruns published his famous article “Die Figur der Erde” (The Figure of the Earth), where he proposed to represent the Earth’s geometry by a global polyhedron. Thereby gravity potential at all polyhedron points provides the necessary height information. Making use of all measurement techniques of his time, Bruns showed that the realization of such a concept is possible, in theory. The practical implementation suffered, however, from the effect of tropospheric refraction on zenith angles and from the inaccessibility of the world’s oceans to geodetic measurements.
Space techniques have revolutionized geodesy. Meanwhile, under the umbrella of the International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS), the International Association of Geodesy (IAG) provides a terrestrial reference system from a combination of the space techniques Very Long Baseline Interferometry, Satellite Laser Ranging, Global Navigation Satellite Systems and Doppler Orbitography and Radiopositioning. Its realization, the International Terrestrial Reference Frame (ITRF), published in intervals of typically five years, consists of a long list of precise station coordinates and velocities. It resembles Bruns’ concept of a global polyhedron. The satellite gravimetry missions CHAMP, GRACE and GOCE resulted in a substantial improvement of the global knowledge of the Earth’s gravity potential. Its combination at short spatial scales with terrestrial and altimetric gravity anomalies and with topographic heights will allow adding globally consistent gravity potential or height information to the coordinates of the ITRF. In all countries with good geodetic infrastructure an adequate and highly flexible global height system could be established in this manner already now for research and application. It would reveal systematic distortions of existing height systems, identify height offsets between them, and allow it to monitor temporal height changes in a global context. We recommend – as an activity of the Global Geodetic Observing System – the development of a concept of periodical supplementation of the ITRF by globally homogeneous potential/height information.
