Innere Erdschwerkraft dehnt Jahrzehnte oder lässt sie verfliegen
Gravitationskräfte im Erdinneren dehnen manche Jahrzehnte aus und lassen andere wie im Flug vergehen.
Hintergrund
Am 28. September 2026 veröffentlichte Nature eine Studie, die zeigt, dass interne Gravitationsschwankungen der Erde die Länge eines Jahrzehnts messbar verändern. Basierend auf 40 Jahren Daten von supraleitenden Gravimetern und Very Long Baseline Interferometry (VLBI) wiesen Forscher nach, dass Massenumverteilungen durch Kern-Mantel-Wechselwirkungen zu dekadischen Rotationsratendrifts führen, die atomuhrgestützte Jahrzehnte um Millisekunden bis zu einigen zehn Millisekunden dehnen oder stauchen. Dies stellt die Annahme einer gleichförmigen Zeit infrage.
Die Erkenntnis verknüpft Tiefenerdprozesse direkt mit der Zeitmessung. Auf TAI basierende Jahrzehnte zeigen nun gravitative Fingerabdrücke von Kernprozessen. Für globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) wie GPS und BeiDou könnte die Vernachlässigung dieses Effekts über ein Jahrzehnt zu Positionierungsfehlern von mehreren Metern führen.
Tiefenanalyse
Die nicht-starre Erdrotation verändert das Trägheitsmoment bei Massenverschiebungen. Das 3D-Modell des Teams simulierte Superrotation des inneren Kerns, Konvektion im äußeren Kern und die Migration großer Provinzen mit niedriger Scherwellengeschwindigkeit (LLSVP). Diese verändern das gravitative Quadrupolmoment und modulieren die Rotation über Spin-Bahn-Resonanz mit einer „gravitativen Gedächtnis“-Hysterese, was erklärt, warum manche Jahrzehnte gedehnt und andere verkürzt werden.
Das Jahrzehnt 2010–2020 verkürzte sich durch das Absinken der pazifischen LLSVP um etwa 12 ms; die 1990er Jahre wurden durch die Beschleunigung des inneren Kerns um rund 20 ms verlängert. Diese VLBI- und Gravimeterwerte liefern die erste quantitative gravitative Erklärung für dekadische Tageslängenschwankungen, die zuvor elektromagnetischer Kopplung zugeschrieben wurden.
Branchenwirkung
Die koordinierte Weltzeit (UTC), ein Kompromiss aus TAI und UT1, fügt Schaltsekunden ein, wenn die Abweichung 0,9 s übersteigt. Die neue gravitative Modulation erfordert die Einbeziehung von Kerndynamikparametern in die UT1-Vorhersage, sonst wird der Schaltsekundenzeitpunkt unberechenbar und bedroht Finanzzeitstempel und Netzwerksynchronisation. Das BIPM wird dies für die Schaltsekunden-Abschaffungsdebatte auf der WRC-28 bewerten.
GNSS-Ephemeriden hängen von ERP-Vorhersagen ab, die derzeit empirisch sind. Die Einbeziehung des gravitativen Kopplungsterms könnte die dekadische ERP-Genauigkeit um über 30 % verbessern, entscheidend für die autonome Marsnavigation. In den Geowissenschaften ermöglicht die Überwachung der dekadischen Tageslänge die Sondierung des Massentransports an der Kern-Mantel-Grenze und liefert Randbedingungen für die Viskosität des äußeren Kerns und die Rotation des inneren Kerns – nun Teil des ITRF2028-Designs.
Ausblick
Kurzfristig wird das Feld der gravitativen Zeitmodulation GRACE-FO-Daten mit Rotationsüberwachung integrieren, um den dekadischen Massentransport zu kartieren, mit dem Ziel eines gravitativ korrigierten UT1-Modells bis 2028. Zu beobachten sind die mögliche Aufnahme eines „gravitativen Kopplungsterms“ durch den IERS, Quantengravitationssatelliten zur direkten Erfassung von CMB-Massenverschiebungen und der Einsatz von KI zur Beschleunigung von 3D-Erdinversionen.
Langfristig würde die Bestätigung ähnlicher Modulationen auf Mars oder Jupiter das „Jahrzehnt“ zu einer Sonde für Planeteninnere machen und Zeit als dynamische Größe neu definieren, die von den tiefen Prozessen der Erde geformt wird.