Die Geodäsie ab dem Internationalen Geophysikalischen Jahr und Helmut Moritz




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Дата09.12.2012
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Heinz Kautzleben


Die Geodäsie ab dem Internationalen Geophysikalischen Jahr und Helmut Moritz

Laudatio zum 75. Geburtstag

im Namen der Leibniz-Sozietät der Wissenschaften zu Berlin e.V.

Vorbemerkungen zum Kolloquium „Wissenschaftliche Geodäsie“


(vorgetragen im Kolloquium „Wissenschaftliche Geodäsie“ der Leibniz-Sozietät der Wissenschaften zu Berlin e.V. am 14.11.2008 in Berlin)


Die Leibniz-Sozietät der Wissenschaften zu Berlin e.V. veranstaltet das Kolloquium „Wissen­schaftliche Geodäsie“ am 14. November 2008 als Ehrung und akademiespezifisches Präsent für ihr langjähriges aktives Mitglied Helmut Moritz aus Anlass seines 75. Geburtstages. Die Leibniz-Sozietät würdigt Helmut Moritz als herausragenden Wissenschaftler, wirkungsvollen Organisator der internationalen wissenschaftlichen Zusammenarbeit und aktiven Humanisten.


Ihre Laudatio zum 70. Geburtstag von Helmut Moritz hat die Sozietät in ihren „Sitzungsbe­rich­ten …“ Bd. 64, Jahrg. 2004, S. 186, veröffent­licht; auf sie sei an die­ser Stelle ausdrück­lich verwiesen. In der Laudatio im heutigen Kollo­quium soll vertiefend sein Einfluss auf die Ent­wicklungs­trends der Geodäsie ab dem Inter­na­tio­nalen Geophysika­lischen Jahr 1957/58 (IGJ) gewürdigt werden. Wenn ein Wis­sen­schaftler mit einem solch um­fang­rei­chen und be­deutenden Lebens­werk wie Helmut Moritz das 75. Lebensjahr voll­endet hat, werden er und sein Werk zu­neh­mend zum Objekt von Studien zur Zeitge­schich­­te der Wissen­schaft, das um­so mehr, wenn das Werk und der Lebens­weg zur Einsicht of­fen liegt und allgemein zugäng­lich ist. Seine Bücher und weiteren Veröffentlichungen sind dafür eine Fundgrube: Seine In­ter­­es­sen reichen immer tiefer als bis zur Lösung der konkreten Aufgabe. Er sucht nach den Hinter­gründen und den logi­schen Zusammen­hän­gen und gibt sich erst zufrieden, wenn er diese ver­standen hat und über­­zeugend formulieren kann.


Das wis­sen­schaftliche Werk von Helmut Moritz bildet den „ro­ten Fa­den“ des Kolloquiums - den Referenten sei Dank. Meine Vorbemerkungen konzentrieren sich auf die Entwick­lungs­­ten­denzen und Teilgebiete der Geodäsie, die Helmut Moritz – auf welche Weise auch im­mer – beeinflusst, gestaltet oder mitgestaltet hat, ohne das jedes Mal ausdrücklich zu sa­gen. Voll­stän­dig­keit kann und soll nicht angestrebt wer­den. Auf die Beweisführung muss an dieser Stel­le verzichtet werden. Um die Aussagen auch Nicht-Geodä­ten zu verdeut­li­chen, wer­­den im Fol­genden auch Begriffsbil­dun­­gen verwendet, die in der geo­dätischen Lite­ra­tur weniger üb­lich sind.


Fakten zum Leben und Werk


Helmut Moritz begann sein Berufsleben in den Jahren, als das Internationale Geophysi­kali­sche Jahr 1957/58 (IGJ) durchgeführt wurde. 1956 beendete er das Studium des Vermes­sungs­­wesens an der Tech­ni­schen Hochschule Graz (THG) als Diplom-Ingenieur. 1959 pro­mo­vierte er eben­dort zum Doktor der technischen Wissenschaften (Dr. techn.). Der Grund für die Nennung des IGJ im Titel der Laudatio ist selbstverständlich nicht dieses zeit­liche Zusam­menfallen. Hel­mut Moritz sagt selbst, dass er als Berufsanfänger in Graz mit dem IGJ direkt auch gar nichts zu tun gehabt hätte. Tatsächlich war er von 1955 bis 1958 als wis­sen­schaft­liche Hilfs­kraft am Geodätischen Institut der THG tätig; 1958 wurde er Beamter in Graz beim Bundes­amt für Eich- und Vermessungswesen. Die Weichen für sein weiteres Wissenschaftler­le­ben wurden im Februar 1962 gestellt, als er auf zwei Jahre vom Bundesamt für eine Tätig­keit als Research Associate am Department of Geodetic Science an der Ohio State University (OSU) beurlaubt wurde. Im Department an der OSU hat Hel­mut Moritz den Geist des IGJ ken­nen und schätzen gelernt. Entscheidend wurde für ihn dabei die Begegnung mit dem gro­ßen fin­ni­schen Geodä­ten Weikko Aleksanteri Heiskanen. Zum Bundesamt kehrte er nicht mehr zurück.


Die beiden Jahre 1962 bis 1964 in Columbus, Ohio, waren der Beginn einer engen Zusam­men­­arbeit mit der OSU, die – ab 1964 nebenamtlich, jedoch mit starken Auswirkungen auf seine hauptamtliche Tätigkeit – bis 1990 andauerte: von 1964 bis 1969 als Nonresident Re­search Associate, dann als Adjunct Professor. Hauptamtlich war er ab 1964 tätig: für ein halbes Jahr als beamteter Privatdozent für Höhere Geodäsie an der Technischen Hochschule Hannover, dann als Ordentlicher Professor für Physikalische Geodäsie an der Tech­nischen Universität Berlin und ab 1971 als Ordentlicher Professor für Physikalische Geo­däsie an der (nunmehr) Technischen Universität Graz. 2003 wurde er dort emeritiert.


Helmut Moritz hat weit über 200 wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht. Über sein eigent­liches Fachgebiet hat er 6 Bücher geschrieben:

  • Heiskanen, W. A.; Moritz, H.: Physical Geodesy. Freeman, San Francisco, London 1967

  • Moritz, H.: Advanced Physical Geodesy. Wichmann, Karlsruhe 1980

  • Moritz, H.; Mueller, I. I.: Earth Rotation – Theory and Observation. Ungar, New York 1987

  • Moritz, H.: The Figure of the Earth – Theoretical Geodesy and the Earth’s Interior. Wichmann, Karlsruhe 1990

  • Moritz, H., Hofmann-Wellenhof, B.: Geometry, Relativity, Geodesy. Wichmann, Karlsruhe 1993

  • Hofmann-Wellenhof, B. Moritz, H.: Physical Geodesy. 2nd ed. Springer, Wien, New York 2005/2006.

Seinen Beitrag zur Entwicklung der wissenschaftlichen Geodäsie und seine Sicht der Geo­dä­sie lernt man am schnellsten aus diesen Büchern kennen. Die Bücher sind mehr als Monogra­phien, sondern wahre Standardlehrbücher für die akademische Aus- und Weiterbildung, da­rüber hinaus Leitfäden für die Organisation der internationalen wissenschaftlichen Zusam­men­­arbeit. Sie fassen systematisch den aktuellen Stand des Wissens auf dem betrachteten Ge­biet zusammen, definieren damit dieses Gebiet richtungweisend als Aktionsfeld der derzeiti­gen Forschung und Praxis, ermöglichen die Einarbeitung und geben Anregungen für die wei­te­re Forschung. Bei der Durch­ar­beitung sollte man mit den Büchern über die Physikali­sche Geodäsie beginnen.


Die nüchternen Daten zur akademischen Karriere und zum wissenschaftlichen Schaffen von Helmut Moritz sind schon beeindruckend. Noch mehr sagen über sein Wirken die Funktio­nen aus, in denen er der Fachwelt gedient hat:

  • in der International Association of Geodesy (IAG) von 1967 bis 1975 Präsident der Spe­cial Study Group (SSG) „Mathematical Methods in Phy­si­cal Geodesy“, von 1974 bis 1979 Präsident der SSG „Fundamental Geodetic Constants“, von 1971 bis 1975 Präsident der Section IV „ Theory and Evaluation“, von 1975 bis 1979 1. Vizepräsi­dent der IAG, von 1979-1983 Präsident der IAG;

  • in der International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) von 1979 Mitglied des Exekutivkomitees, von 1983 bis 1991 Mitglied des Büros, von 1991 bis 1995 Präsident der IUGG und

  • im International Council of Scientific Unions (ICSU) von 1993 bis 1996 Mitglied des Execu­tive Board des ICSU.

Hinzu kommt noch sein persönliches Engagement zur direkten Förderung der Geodäsie und von Fachkollegen in benachteiligten Ländern; es wurde ausführlich in der Laudatio der Leib­niz-Sozietät zum 70. Geburtstag gewürdigt.

Zur Entwicklung der Geodäsie


Das heutige Erscheinungsbild der Geodäsie wird grundlegend durch die Entwicklung der rele­van­ten Wis­senschaft, Technik und Praxis im Zeit­raum der letzten reichlich sechs bis sie­ben Jahr­zehnte geprägt. Heute kann die Geodäsie, vor allem die global betriebene Geodäsie nicht aktiv sein, ohne auf die Leistungskraft der Weltmächte zurückgreifen zu können. Den Beginn dieser Entwick­lung mar­kieren die Anfor­derungen und die tech­­nologischen Fort­schritte im 2. Weltkrieg. Sie führten zum Aufstieg der Physikalischen Geodäsie. Die entscheidenden Wei­chen­stellungen erfolgten im und durch das IGJ, und zwar ers­tens dadurch, dass es gelang, künst­liche Erdsatelliten in die Erdumlaufbahn zu bringen, und zweitens dadurch, dass trotz des Kalten Krieges auch auf militärisch relevanten Gebieten der Erdwissenschaften die welt­weite internationale wissen­schaft­liche Kooperation durchge­setzt werden konnte. Die geodä­tische Nutzung von Erdsatelliten ist wissenschaftlich-logisch die Fortsetzung der Physikali­schen Geodäsie. Mit dem IGJ nicht verbunden, aber für ein neu­es konzep­tionelles Herange­hen an die Probleme der Physikalischen Geodäsie außerordentlich wichtig, war, dass in diesen Jahren die Arbeiten des großen sowjetisch-russischen Geodäten Michail Sergejewitsch Molo­denskij über gravime­trische Geodäsie außerhalb der UdSSR durch Übersetzungen, 1958 in die deutsche Sprache und 1962 ins Englische, bekannt wurden.


Heute trifft auf die Geodäsie in The­o­­rie und Praxis wirklich die allgemein verständliche, aber außerordentlich präzise Definition zu, die unser großer Vorgänger Fried­rich Robert Helmert fünf Generationen vor uns formuliert hat: „Die Geodäsie befasst sich mit der Ausmessung und Dar­­­stel­lung der Erdoberfläche.“ Hier muss man lediglich „Geodäsie“ ver­stehen als zu­sam­­men­fassende Bezeichnung für die Spe­zialgebiete Geodäsie, Photogrammetrie und (topo­gra­phi­sche) Karto­graphie, die zu Helmerts Zeit noch gar nicht selbständig existierten, und „Dar­stel­lung“ als die exakte Darstellung der Geometrie der Erdoberfläche so­wohl in analoger wie auch in digita­ler Form. (In einer Definition der Geodäsie im engeren Sinne wird man nach dem Vorschlag von Heinrich Bruns die Erforschung des irdischen Schwerefeldes im Außenraum der Erde hinzufügen.) Wie zukunftsträchtig die Definition Helmerts war und ist, zeigt sich seit den 1990er Jahren an den Universitäten in aller Welt in der Zusammenführung der Spe­zialinstitute für die genann­ten Gebiete zu organisatorischen Einheiten für Geodäsie und Geo­informatik, wo die Geodäsie die Geobasisinformationen beiträgt.


Unter „Erdoberfläche“ ver­steht die Geodäsie die äußere Begrenzung des festen Erdkörpers und der auf­liegenden Wassermassen (in Abgrenzung gegenüber dem Luft- und Weltraum) und be­handelt sie bei der Erfassung und der Darstellung exakt als analoge, approximativ als digitale zwei­dimen­sionale Folge von Punkten des Georaumes. Dabei ist der Übergang zwi­schen ana­log und digi­tal dank des Vordrin­gens der Digital­elektronik unwe­sentlich geworden. Aus­­ge­hend davon wird man heute als zen­trale Aufgabe der Geodäsie benennen: Ortsbe­stim­­mung für jeden be­lie­bi­gen Punkt auf der ganzen Erdoberfläche mit höchst­mög­licher Genauig­keit bei der Aus­mes­sung und der Darstellung – global ein­­heitlich, ohne Sprünge beim Über­gang von einer Region zur anderen. Bei den Anwendungen sind Abstriche an der Genauigkeit zulässig. „Genauigkeit“ umfasst sowohl die Genauigkeit der Messung am einzelnen Punkt als auch die Güte bei der Erfassung der Veränderungen von Ort zu Ort.


Um die Fortschritte der Geodäsie zu beurteilen, muss man davon ausgehen, dass die Geodäsie eine messende Disziplin ist. Ihr Erfolg hängt davon ab, dass sie geeignete und ausrei­chend vie­­le Messdaten gewinnen kann, wobei „geeignet“ besagt, dass die Messdaten richtig im Hin­blick auf das angestrebte Endergebnis verarbeitet werden können.


Die Geodäsie kann ihre Ziele nur erreichen, indem sie iterativ vorgeht. Folglich dominieren Nä­he­rungsbetrachtungen und Näherungsverfahren, überall: bei den Modellen, den Messungen und den Rechnungen. Die einen sind von den anderen nicht unabhängig. Das macht die Geo­däsie schwierig, trägt aber zu ihrem Reiz für den Wissen­schaft­ler bei. Heute wird diese sehr verwickelte Situation weit besser verstanden und be­herrscht als zu Beginn des betrachteten Zeitraumes. Die Geodäsie beginnt mit einfachen Modellen für die Erdoberfläche (und, nicht zu vergessen, für das Schwerefeld der Erde) als Grundlage für ihre Messungen, analysiert die damit ge­wonnenen Daten, verbessert anhand dieser Aussagen die ursprüng­lichen Modelle und beginnt auf der neuen Grundlage einen neuen Arbeitszyklus und so fort. Dabei wird sie mit gro­ßen prakti­schen Schwierigkeiten konfrontiert: Die Datenmengen, die beherrscht werden müssen, sind ungeheuer groß. Hilfe zur Beherrschung bieten letztlich nur gute Theorien. Das bei weitem wichtigste Modell ist das Erdellipsoid mit dem Modell für die zugehörige Normal­schwere.


Die Genauigkeit der globalen Ortsbestimmung ist innerhalb des letzten halben Jahrhunderts um mehrere Zehnerpotenzen gestiegen – von etwa 100 m auf etwa 1 cm und besser. Das sind gewaltige Fortschritte für Geodäsie und Na­vi­gation und deren Nutzung in allen gesellschaft­lichen Bereichen. Dem gegenüber steht, dass das zugrunde liegende klassische Postulat der Geo­däsie heute of­fen­bar aus­gereizt ist – das Postulat: die Erde kann innerhalb einer Beobach­tungs­kam­pagne ausreichend genau als sta­tisch bzw. sta­tionär ange­nommen werden, und die offensicht­li­chen zeitlichen Verände­rungen können sämtlich aus­reichend ge­nau als kleine Stö­rungen, li­ne­are Super­positionen behandelt werden. In den Mittelpunkt der geodätischen For­schung ist heute die Geo­dyna­mik gerückt. Auf diesem Genauigkeitsniveau zeigt sich, dass viele Phäno­mene, die von der Geodäsie bei der Erfüllung ihrer zentralen Aufgabe als Störun­gen betrach­tet werden, wissen­schaftlich und praktisch wichtig sind und die Geodäsie mit deren Unter­suchung beacht­liche Beiträge für die Erforschung und Überwa­chung des Erdsys­tems liefern kann. Bei einigen geodätischen Opera­tionen werden zudem bereits die Grenzen überschritten, bis zu denen die Gesetze der klas­si­schen Physik gültig sind.


Zum Aufstieg der Physikalischen Geodäsie


Helmut Moritz wurde zum „Steuermann des Aufstieges“. Wegweisend sind vor allem seine Untersuchungen zu zwei Problemen: Randwertaufgabe und Kollokation.

„Ortsbestimmung“ heißt „Bestimmung der Koordinaten des Ortes in einem bestimm­ten Ko­ordinatensystem“. Da das Verfahren für jeden beliebigen Punkt anwendbar sein soll, muss es im Prinzip immer die Angaben für die ganze Folge von Orten liefern können. Die Ortsbestim­mung ist vollständig, wenn für jeden beliebigen Punkt die geozentrischen kartesischen (bzw. die physikalisch äqui­valenten sphärischen oder ellipsoidischen) und die na­tür­li­chen Ko­ordina­ten (Breite, Län­ge, Abstand zum Geoid) bestimmt werden. Die Geodäsie muss bei ihren Ope­rationen, die ge­wöhnlich auf und oberhalb der Erdoberfläche durchgeführt wer­den, mit dem Dual­konflikt zurechtkommen, dass die (geradlinige) Ausbrei­tung der Licht­strahlen die Ver­wen­­­dung der kar­tesischen Koordinaten nahe legt, während die Auf­stel­lung der Messgeräte der Lotlinie und damit der Struk­tur des Schwerefeldes der Erde folgt, was die Verwendung der na­­tür­lichen Ko­­­or­dinaten nahe legt. In den Geset­zen der Physik, die zum Beispiel auch bei der Berechnung der ballistischen Bahnen von Raumflugkörpern genutzt wer­den, wird die Ortsab­hän­­gigkeit ge­wöhnlich in kartesi­schen Koordinaten ausgedrückt. Für die Geo­däsie ist wichtig, dass die kar­tesischen Koordinaten rein mathematisch exakt und sehr ein­fach in sphärische oder ellip­so­idi­sche umge­rech­net werden können, deren Koor­dinaten­flächen recht gut mit de­nen der natür­lichen Koor­di­na­ten übereinstimmen. Die Koordinatenflächen der na­tür­lichen Koordina­ten sind die Äqui­potentialflächen des Schwerefeldes der Erde; deren wich­­tigste, das Geoid, die Bezugsfläche für die Höhenangaben, entspricht mehr oder weniger gut dem mitt­le­ren Erd­ellip­soid.


MORITZ I – Untersuchungen zur Randwertaufgabe


Die Physikalische Geodäsie befasst sich mit den Beziehungen zwischen den Ortsangaben in kar­tesischen bzw. sphärischen oder ellipsoidischen Koordinaten und denen in natürlichen Ko­ordi­naten. Es sind ihrem Charakter nach physikalische Beziehungen. Sie ergeben sich aus der Lö­sung der geodätischen Variante des Randwertproblems der Potentialtheorie. Die Bezie­hun­gen sind umso einfacher, je geringer die Ansprüche an die Genauigkeit der Ortsbestim­mung sind. Je höher die Ansprü­che ge­schraubt werden, umso besser muss die Theorie werden und umso mehr muss zusätz­lich ge­messen werden. Es gibt prinzipielle und zu jeder Zeit auch prak­­­tische Grenzen. Die Grenzen für die Physikalische Geo­däsie werden in erster Linie durch die Mög­lichkeiten be­stimmt, die Verteilung der Mas­sen zwi­schen Erdober­flä­che und Geoid ausrei­chend genau und vollständig zu bestimmen bzw. re­le­vante Ersatz­lösun­gen anbie­ten zu kön­nen.


Bereits weiter oben wurde darauf hingewiesen, dass in den Jahren um das IGJ die Arbeiten von M. S. Molodenskij über gravimetrische Geodäsie, die er in der UdSSR in den 1940er Jahren durchgeführt hat, im Westen bekannt wurden. Sie lösten ein Umdenken beim Heran­gehen an die Probleme der Physikalischen Geodäsie, zumindest ein intensives Nachdenken über das bisherige Herangehen aus. Den Geodäten wurde bewusst, dass sie es bei ihren Arbei­ten mit einem Randwertproblem der Potentialtheorie zu tun haben. Bisher lösten sie das geo­dätische Randwertproblem nach dem Vorbild von George Gabriel Stokes für das Geoid als Randfläche. Das vereinfachte die geodätischen Probleme und machte sie geometrischen Intui­tionen zugänglich. Theoretisch unbefriedigend, wenn auch mit ge­ringen praktischen Aus­wir­kun­gen, ist dabei, dass die Massen zwischen Geoid und Erdober­flä­che bekannt sein müs­sen. Molodenskij zeigte, dass diese Unzulänglichkeiten vermieden wer­den können: Das Rand­wertproblem kann exakt für die Erdoberfläche als Randfläche gelöst wer­den. Der erforder­liche mathematische Apparat ist allerdings sehr schwierig. Nach langen intensiven Untersu­chungen ist heute klar, dass die Theorie von Molodenskij auch vollständig mit elementarer Mathematik behandelt werden kann. Besonders wichtig ist, dass heute auch die Beziehungen zwischen den klassischen und den modernen Formeln eingehend geklärt sind.


MORITZ II – Kollokation


Die Verwen­dung der Be­griffe „beliebiger Punkt“ und „Genau­ig­­keit“ deutet an, dass bei den geo­dä­tischen Operatio­nen stets der Zufall beachtet werden muss. Dem wird heute da­durch Rech­nung ge­tragen, dass die Orte der Erdoberflä­che und alle relevanten Größen als orts­ab­hängige Zu­fallsfelder aufgefasst wer­den. Diese Auffassung bietet weit reichende Mög­lich­keiten so­wohl für die Geodäsie selbst wie auch für die Integration der geodätischen mit wei­te­ren Geo­in­fo­r­ma­­tionen. Sie ist eine der theoretischen Prämissen für die modernen Verfahren der Prädiktion, allgemein der Kollokation. Sie wird er­mög­licht, zumindest begünstigt, durch die schon lange be­kannte und auch weithin genutzte Gesetzmäßigkeit, dass sich sowohl das Re­lief der Erdober­fläche wie auch das Schwe­refeld der Erde als Summe von Strukturele­men­ten abnehmender Größe darstellen las­sen, deren Intensitäten mit der Größe im allgemei­nen ab­­nehmen; bei sehr kleinen Größen sind sie wieder etwas höher. Sehr nützlich ist weiter­hin, dass die Wirkung der Anoma­lien im Gesamt­bild mit der Entfernung von der Erde mehr oder weniger schnell ab­nimmt. Man kann also recht gut zwi­schen den globalen Grundzügen und klein­­räumigen, loka­len Anomalien unterscheiden. In der Geodäsie muss man sehr genau defi­nieren, was „normal“ und was „anomal“ sein soll. Die verschiedenen mathematischen und phy­sikalischen Verfah­ren liefern durchaus verschiedene Schnittstellen.


Man erkennt schnell, dass die beiden Probleme Randwertaufgabe und Kollokation ma­the­ma­tisch-physika­lisch eng miteinander verknüpft sind. Eines der verbindenden Ele­mente ist die Darstellung durch eine Reihe nach Kugelfunktionen. Einerseits ist diese Reihe die Lösung der Laplaceschen Differentialgleichung bei Verwendung von Kugelkoordinaten. Zum andern bil­det sie die optimale Darstellung eines Zufallsfeldes auf der Kugeloberfläche.

Geodätische Nutzung von künstlichen Erdsatelliten


Helmut Moritz hat sich mit Fragen der Satellitengeodäsie aus der Sicht der Physi­kalischen Geo­­däsie befasst. Im Wesentlichen ging es dabei darum, wie die in diesem Arbeits­bereich ge­sammelten Messdaten für die Lösung der Probleme der Physikalischen Geodäsie eingesetzt werden können. Der wichtigste Beitrag der Satellitengeodäsie zu dieser Problema­tik ist die Bestimmung des Schwe­refeldes der Erde. Im Gegensatz zur terrestrischen Gravime­trie, die unmittelbar Schwerewerte an einer Viel­zahl von Punkten der Erdoberfläche liefert, wo­raus durch Ausglei­chung die in der Theorie verwendete analytische Darstellung des Schwe­repo­tentials durch eine Reihe nach Kugelfunk­tio­nen mit den numerischen Werten der einzelnen Reihenglieder als kondensiertes Ergebnis abgeleitet wird, haben die Ergebnisse der Satelliten­geo­däsie sofort die Form einer solchen Darstellung, abgeleitet aus den Beobachtun­gen zur Bahnverfolgung der Satelliten. Die großräumigen Strukturelemente können durch die Satel­li­tengeodäsie sehr gut erfasst wer­den, die kleinräumigen weit weniger gut, zu deren Erfassung sind bodennahe Messungen nach wie vor unerlässlich.


Zur Geodäsie an der Ohio State University


Eingangs wurde gesagt, dass der Aufenthalt und die weitere Tätigkeit an der Ohio State Uni­versity in Columbus, Ohio, USA, für den Wissenschaftler Helmut Moritz wegweisend wurde. Man kann das nachvollziehen, wenn man sich die Geschichte der Geodäsie an der OSU etwas genauer ansieht.


Erdwissenschaften sind an der OSU seit Gründung der Universität im Jahre 1873 vertreten, Geologie und Geographie in eigenen Departments, Surveying im Department of Civil Engi­neering. 1936 wurde die Ohio State Uni­ver­sity Research Foundation (OSURF) gegründet, um den Angehörigen der OSU zu ermöglichen, außerhalb der normalen Universitäts­finan­zie­rung Kon­trakt­for­schung betreiben zu können. Ab etwa 1940 wurde die OSU auf den Gebieten von Geodäsie, Photogrammetrie und Kartographie zu einer der wichtigsten Forschungs- und Aus­bil­dungs­einrich­tun­gen der USA. 1947 richtete die OSURF das Mapping & Char­ting Research Laboratory (MCRL) ein. Zu den vordringlichen Aufgaben wurde die Einrichtung eines World Geodetic System. Nachdem das MCRL funktionierte, war es nur logisch, auch die akademi­sche Ausbildung für diese Arbeiten zu verstärken. 1950 richtete die OSU ein Institute of Geo­de­­sy, Photogrammetry and Cartography (IGPC) ein. Das IGPC war im Rahmen der OSU völ­lig neu: die institutseigene Forschung wur­de prächtig finanziert und bot den Erwerb akademi­scher Grade. Die OSU suchte jetzt nach Wissenschaft­lern nicht nur in den USA, sondern in al­ler Welt, die bereit waren, an dem Pro­gramm des IGPC mitzuarbeiten. Als größter Erfolg erwies sich, dass Weikko A. Heiskanen den Ruf annahm. Er kam 1950 von Hel­sin­ki vorerst zum Arbeitsaufenthalt für ein Jahr, 1951 über­nahm er die Funktion des wissen­schaftlichen Direktors. 1953 wurde er auch Executive Direktor des IGPC. Diese Entwicklung entsprach der seit Jahrzehn­ten bewährten Erkenntnis, dass die Geodäsie sich nur weiterentwi­ckeln kann, wenn die Geo­dä­ten aller Länder über die nationalen Ziele hinaus zu­sammenarbei­ten.


Aus vielen Dokumenten aus den staatlichen Archiven der USA, die seit den 1990er Jahren öf­fentlich zugänglich sind und von den Histo­rikern ausgewertet wurden, ist heute bekannt, dass die USA Anfang der 1950er Jahre ihre Wissenschaftspolitik neu formiert haben. Das hat die Erdwissenschaften in besonderem Maße betroffen. Die neue Wissenschaftspolitik ermög­lichte die Vorbereitung und Durch­füh­­rung des Internationalen Geophysikalischen Jahres, die Ab­schlüsse des Internationalen Antarktisvertrages und des Weltraumvertrages und vieles andere mehr. Die führenden Kräfte der USA, die durch den 2. Weltkrieg zur global agierenden Welt­macht geworden waren, förderten nunmehr ver­­stärkt die internationale wissenschaftliche Zu­sammenarbeit unter beträchtlichem Einsatz ihrer nationalen Möglichkei­ten. Sie wussten, dass auch ihre nationalen Ziele besser und schneller, manchmal über­haupt erst, erreicht werden kön­nen, wenn sie die internationale Wissenschaft fördern, und dass die Mit­­arbeit von Wissen­schaft­lern anderer Nationen in den USA nur erreicht werden kann, wenn diese davon über­zeugt sind, dass die Ergebnisse ihrer Arbeit in den USA der Wis­senschaft weltweit, also auch ihren Heimatländern uneingeschränkt zur Verfügung stehen werden.


Weikko Heiskanen ist zum IGPC nach Columbus, Ohio, gegangen, nachdem diese Politik in den USA formuliert worden war; er ist dort geblieben und hat Verantwortung übernommen, nachdem sie Fuß ge­fasst hatte. Heiskanen war zeitlebens überzeugter Internationalist und hat stets als solcher gehandelt.


Der Beginn der Weltraumfahrt 1957/58 brachte enorme Konsequen­zen für die geodätischen Unternehmen an der OSU – sofort positive und auch solche, die sich unvorhersehbar in der weiteren Zukunft negativ auswirken sollten. Die Zahl der Studenten wur­de in den Jahren 1958 und 1959 jeweils ver­doppelt. Im Rah­men der Univer­sität wurde ab 1959 ein neues Depart­ment of Geode­tic Sciences gebildet, das die akademische Lehre und For­schung über­­nahm. In der OSURF wurde das MCRL auf­gelöst. Das IGPC unter Leitung von Heiskanen bestand bis zu des­sen Emeritierung 1961 weiter, übte aber jetzt mehr koordinie­rende Funktionen aus. Die Situa­tion an der OSU beruhigte sich 1962 mit der Berufung von Urho U. Uotila zum Chair­man des Dept. of Geodetic Sciences der OSU. Uotila war ein Geodät, der mit Heiskanen aus Finnland zur OSU gekommen und in­zwischen Staatsbürger der USA geworden war. Er am­tier­te als Chair­man bis 1989 und wurde 2006 emeritiert. Der für die geodätischen Forschun­gen an der OSU zuständige Programmmanager war von 1960 bis 1980 Bela Szabo im Air For­ce Cambridge Geophysics Laboratory. Ihm vor allem verdanken das Dept. of Geodetic Sciences der OSU und Helmut Moritz direkt die langjährige großzügige Förderung. Heiska­nen blieb am Department noch bis 1966 aktiv und ging dann nach Helsinki zurück, wo er 1971 verstor­ben ist. Die vor allem von ihm im IGPC begründeten Traditionen in der Ausrich­tung der Wissenschaft und im Um­gang mit den Wissenschaftlern wurden im Department noch viele Jahre weitergeführt.


Heiskanen war 1950 zur OSU gekommen, um ein „World Geodetic System“ zu erarbeiten. Dafür hatte er ein Programm und eine Methode, an denen er schon lange gearbeitet hatte, ab 1936 im Inter­national Isostatic In­stitute, das die IAG für ihn beim Finnischen Geodätischen Institut einge­richtet hatte. Es ging um die Ableitung einer globalen Darstellung des Geoids aus Schwere­mes­­sungen allein an der Erdoberfläche. Im IGPC in Columbus gab es jetzt dafür Geld, er konnte auch seine Mitarbeiter aus Helsinki mitbringen. Inzwischen gab es auch Mög­lichkei­ten zur gravimetrischen Aufnahme der Ozeangebiete, die intensiv genutzt wurden und deren Ergebnisse einbezogen werden konnten. Das Vorgehen war klassisch nach den Formeln von Stokes u.a. Das Ergebnis lag 1957 vor als sog. „Columbus-Geoid“. Dann brachten aber bereits die Bahn­beobachtungen zu den ersten künst­lichen Erdsatelliten die Er­kenntnis, dass Satellitendaten wesentliche Ergänzungen zu den gravimetrischen Daten brin­gen würden. Es ist bekannt, dass das erste WGS 1967 des Depart­ment of Defense der USA auf gravimetri­schen Daten, Dopp­ler-Beob­ach­tungen und weiteren Daten beruhte. Ähnliches gilt für das WGS 1972. Inzwi­schen hatten sich aber auch die Inter­national Astronomical Union (IAU) und die IAG mit dieser Frage be­fasst. Sie hatten festge­stellt, dass die wissen­schaftliche Qua­lität des WGS 1972 unzureichend ist. Wie es in dieser Frage weiter gegangen ist, kann am besten Helmut Moritz erzählen, der die dafür gegründe­te SSG der IAG geleitet hat.


Als Helmut Moritz 1962 zum Department of Geodetic Sciences an die OSU kam, war die Erkenntnis gewachsen, dass die bisherigen Methoden zur Berechnung des Geoids überdacht und zumindest erweitert werden mussten. Die Bedeutung der Isostasie war gesunken. Heis­kanen selbst wusste, dass er sich grundsätzlich neu mit der Physikalischen Geodäsie befassen musste. In Helmut Moritz fand er dabei den kongenialen Partner. Das Ergebnis ist beider Werk „Physical Geodesy“, das weltweit für viele Jahre zum Standardlehrbuch werden sollte. Für Helmut Moritz war das Werk der erste Höhepunkt seines wissenschaftlichen Schaffens; es wurde zum Ausgangspunkt und zum Konzept für seine weitere jahrzehntelange fruchtbare und wirkungsvolle wissenschaftliche Tätigkeit.


Arbeiten zum Thema Erdrotation


Beim Nachdenken über die physikalischen Hintergründe der natürlichen Koordinaten führt die Höhe auf das Schwerefeld der Erde und führen Breite und Länge zur Erdrotation. Zum wissenschaftlichen Problem wird die Erdrotation erst dadurch, dass sie nicht absolut gleich­mäßig ist. Die Geodäsie befasst sich mit den Schwankungen Präzession, Nutation, Änderun­gen der Tageslänge, um sie zu eliminieren. Für Geophysik und Astronomie liefern sie wert­volle Aussagen zur Dynamik der Erde und zur Himmelsmechanik. Helmut Moritz hat im Buch, das er gemeinsam mit Ivan Mueller geschrieben hat, beide Aspekte behandelt – man kann sagen: in der von ihm gewohnten tief schürfenden und dennoch verständlichen Weise.


An dieser Stelle muss (allein aus Zeitgründen!) die Laudatio, gekoppelt mit einigen Vorbe­mer­kungen zum Kolloquium, enden.

Sie kann aber nicht enden, ohne noch einmal zu versuchen, unsere Wertschätzung des Jubilars „auf den Punkt zu bringen“:


Helmut Moritz zählt weltweit zu den herausragenden Persönlichkeiten, welche die Entwick­lung der Geodäsie seit dem IGJ maßgeblich gefördert und geprägt haben. In seinem Wirken waren und sind zwei Richtungen ausgeprägt:

  1. Er versteht es meisterhaft, traditionelle und neue Methoden der Geodäsie, ins­beson­dere der physikalischen Geodäsie, mathematisch streng zu entwickeln bzw. weiter­zuent­wickeln und für Forscher und Anwender verständlich darzulegen, in seinen wissenschaftlichen Artikeln und vor allem in seinen großen Buchveröf­fentlichungen ebenso wie in seinen Vorlesungen und Vorträgen.

  2. Er arbeitet mit hohem Einsatz und großem Geschick für die internationale geo­dätische Zusammenarbeit, an führen­der Stelle im Rahmen der Internationalen Assoziation für Geodäsie ebenso wie auch direkt mit den Fachkollegen über alle politischen Grenzen hinweg.

Die Grenzen des Fachgebietes sind dabei nie auch Grenzen seiner wissenschaftlichen, kultu­rellen und humanistischen Interessen.

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