Integrierte VLBI

Radiointerferometrie auf langen Basislinien (VLBI) ist das einzige Verfahren zur Bestimmung des himmelsfesten Referenzrahmens (CRF), der durch die Positionen von extragalaktischen Radioquellen realisiert wird, und sie ist das wichtigste geodätische Weltraumverfahren, um den vollständigen Satz von Erdorientierungsparametern (EOP) zu beobachten. Nur mit der VLBI lassen sich Weltzeit UT1 und Präzession/Nutation über längere Zeitspannen messen. Die geodätische VLBI trägt außerdem wesentlich zu einem stabilen Maßstab des terrestrischen Referenzrahmens (TRF) bei. Zusätzlich enthalten die VLBI-Beobachtungen Information über eine Vielzahl von geodynamischen, astronomischen und kosmologischen Parametern, die im Rahmen des Projekts Integrierte VLBI bestimmt werden sollen. Die mehr als 30 Jahre langen Beobachtungsserien der geodätischen VLBI erlauben, geodynamische und astronomische Parameter in einem integrierten und konsistenten Ansatz zu bestimmen. In diesem Projekt wird ein neues Softwarepaket, VieVS (Vienna VLBI Software), das an der TU Wien für die Auswertung von Einzelsessions entwickelt wurde, für die Analyse aller existierenden geodätischen VLBI-Daten erweitert. Die sogenannten globalen Lösungen der VLBI bestehen typischerweise aus dem TRF (Stationskoordinaten und Geschwindigkeiten) und dem CRF (Radioquellenkoordinaten). In diesem Projekt bestimmen wir zusätzlich globale geodynamische und astronomische Parameter wie die Periode der Free Core Nutation (FCN), die sowohl in den frequenzabhängigen Deformationen der festen Erde wie auch im Nutationsmodell erscheint. Weitere geodynamische Parameter von Interesse sind komplexe Lovesche und Shidasche Zahlen, welche die Reaktion der anelastischen Erde und ihres Gravitationsfeldes auf die Gezeitenkräfte beschreiben, die durch die größten Körper unseres Sonnensystems verursacht werden. Auch gehen sie in die Modelle der Auflasteffekte atmosphärischer und ozeanischer Massen ein. Diese Effekte verursachen sowohl Stationsverschiebungen wie auch EOP-Variationen, und in beiden Fällen werden die Amplituden und Phasen der Gezeitenwellen bestimmt. Ein (wahres oder scheinbares) Geschwindigkeitsfeld oder eine Mehrpolstruktur in den Zeitserien der geschätzten Quellenkoordinaten im CRF würde es erlauben, Information über astronomische Effekte, wie eine unmodellierte Beschleunigung des Sonnensystems in Richtung des galaktischen Zentrums oder eine Rotation unserer Galaxie in Bezug auf die extragalaktischen Radioquellen, abzuleiten. Außerdem bestimmen wir den Post-Newtonischen Parameter ? im Modell der gravitativen Ablenkung der Radiowellen entsprechend der allgemeinen Relativitätstheorie. Als Vorarbeit wird im Projekt Integrierte VLBI eine sorgfältige Überprüfung aller zur Verfügung stehenden Daten durchgeführt, um Ausreißer aufzudecken und mangelhafte Stationen zu erkennen. Danach werden komplexe Simulationen gerechnet, um alle möglichen Wechselwirkungen zwischen den Beobachtungsgrößen und den geodynamischen oder astronomischen Parametern festzustellen. In der abschließenden globalen VLBI-Lösung werden reale Beobachtungen bearbeitet, um die Parameter von Interesse zu bestimmen, die weitere Interpretationen und Schlussfolgerungen bezüglich zahlreicher geophysikalischer und astromonischer Effekte ermöglichen.

Die Very Long Baseline Interferometry (VLBI) ist das einzige geodätische Weltraumverfahren für die Realisierung himmelsfester Referenzsysteme mit Positionen von extragalaktischen Radioquellen in Entfernungen von Milliarden Lichtjahren und für die Beobachtung von allen Erdorientierungsparametern (EOP), bestehend aus Präzession/Nutation, Polbewegung, und dem Erdrotationswinkel. Des Weiteren ist die VLBI ein sehr wichtiges Verfahren für die Bestimmung des Maßstabs des terrestrischen Referenzrahmens, also der Größe der Erde. Zusätzlich zu diesen Aufgaben beinhalten VLBI Beobachtungen Information über eine Reihe von geodynamischen und astronomischen Parametern, die üblicherweise durch Mittelung von Ergebnissen aus einzelnen 24-Stunden Sessions ermittelt werden. Im Projekt Integrated VLBI haben wir die sogenannte Globallösung zur Vienna VLBI Software (VieVS) hinzugefügt, welche die rigorose Bestimmung der Parameter aus 30 Jahren an VLBI Beobachtungen durch die Stapelung von Normalgleichungen ermöglicht.Der größte Teil des Projekts war der Bestimmung von Love und Shida Zahlen gewidmet, welche das anelastische Verhalten der Erde aufgrund des Gezeitenpotentials von Sonne und Mond beschreiben. Die zugehörige Deformation kann bis zu 40cm in radiale Richtung betragen. Im Speziellen schätzten wir frequenzabhängige Love und Shida Zahlen im täglichen Band mit verbesserten Genauigkeiten im Vergleich zur früheren Untersuchungen. Außerdem beschäftigten wir uns mit der Free Core Nutation (FCN), eine von mehreren freien Bewegungen der rotierenden Erde, die als Nearly Diurnal Free Wobble (NDFW) im erdfesten System erscheint und dadurch Resonanzen für die gezeitenbedingten Deformationen im täglichen Band verursacht. Im himmelsfesten Referenzsystem tritt die FCN als retrograde Bewegung der Erdachse mit einer Periode von 431 Tagen auf. Im Projekt Integrated VLBI schätzten wir erstmals die Periode der FCN aus beiden Phänomenen gleichzeitig und fanden sehr gute Übereinstimmung mit theoretischen Werten.Die neue Globallösung wurde auch für die Bestimmung einer Reihe weiterer Parameter verwendet. Zum Beispiel untersuchten wir die Krustenbewegungen in Europa, wir bestimmten den Einfluss von nicht modellierten Stationsbewegungen auf den himmelsfesten Referenzrahmen und EOP, und wir unternahmen erste Schritte zur Schätzung von relativistischen Parametern. Die Grundlage für all diese Untersuchungen war die konsistente Bestimmung von himmelsfesten und erdfesten Referenzrahmen sowie EOP. Schließlich war VieVS mit der Globallösung sehr attraktiv für Bachelor- und Masterarbeiten. Somit hat das Projekt mitgeholfen, neue Studierende mit der Geodäsie bzw. VLBI vertraut zu machen.