Nachruf auf Prof. Erik Grafarend
(1939–2020)
Am 8. Dezember 2020 verstarb Prof. Dr.-Ing.habil. Dr.tech.h.c.mult. Dr.-Ing.e.h.mult. Erik W. Grafarend, emeritierter Hochschullehrer der Universität Stuttgart, im Alter von 81 Jahren.
Erik Wilhelm Grafarend wurde am 30. Oktober 1939 in Essen geboren. Wohl angeregt durch das bergmännisch geprägte Umfeld in seiner Heimatstadt entschied er sich für das Studium des Markscheidewesens an der Bergakademie Clausthal (heute TU Clausthal), das er 1964 mit dem Diplom abschloss. Bereits 1966 konnte er an derselben Universität seine Promotion vollenden; die Promotionsforschung befasste sich mit fehlertheoretischen Untersuchungen von Kreiseln. Es folgte ein Zweitstudium der Physik (bis 1968) ebenfalls in Clausthal-Zellerfeld, u.a. bei Prof. Ekkehart Kröner. Danach wechselte er zur Universität Bonn, wo er sich 1970 bei seinem verehrten Lehrer Prof. Helmut Wolf habilitierte und die Venia Legendi für das Fachgebiet „Theoretische Geodäsie“ erhielt; die Habilitationsschrift trug den Titel „Die Genauigkeit eines Punktes im mehrdimensionalen Euklidischen Raum“. Bereits im jungen Alter von 32 Jahren bekleidete er 1971 eine Apl. Professur am Institut für Theoretische Geodäsie der Universität Bonn. 1975 folgte er einem Ruf auf den Lehrstuhl „Astronomische und Physikalische Geodäsie“ der Universität der Bundeswehr München. Schließlich wurde Prof. Grafarend 1980 als Nachfolger von Prof. Karl Ramsayer an die Universität Stuttgart berufen, wo er bis 2005 das Geodätische Institut leitete. Im Jahr 2003 erlitt er einen schweren gesundheitlichen Einbruch, der ihn zu einer einjährigen Schaffenspause zwang. Durch bewundernswerte Ausdauer und immensen Fleiß regenerierten sich sein Gedächtnis und seine kognitiven Fähigkeiten weitestgehend. Somit konnte er auch nach seiner Emeritierung 2005 seine Arbeit als Wissenschaftler und Buchautor nahezu unvermindert fortsetzen.
Prof. Grafarends Forschungstätigkeit beschränkte sich keineswegs auf die eigentliche Widmung seines Lehrstuhls. Bekannt für sein außerordentlich breites Interesse befasste er sich mit einem weitgefächerten Themen-Spektrum: Physikalische Geodäsie, Schätzverfahren, Statistik, geodätisches Netzdesign, Satellitengeodäsie, Differenzialgeometrie, Kartenprojektionen, Geokinematik, Erdrotation, Trägheitsnavigation, Referenzsysteme, Refraktion. Diese Themenvielfalt wird zum einen in einem umfangreichen Oeuvre von etwa 350 Publikationen in einschlägigen wissenschaftlichen Zeitschriften und Konferenzbänden dokumentiert. Zum anderen hat Erik Grafarend der geodätischen Nachwelt eine Reihe von schwergewichtigen Lehrbüchern hinterlassen, darunter „Map projections: cartographic information systems“ und „Applications of linear and nonlinear models: fixed effects, random effects, and mixed models“. Sein letztes, nahezu vollendetes Buchprojekt widmet sich der Gravitation.
Angesichts der Vielfalt und der schieren Menge von Erik Grafarends Beiträgen können hier nur einige wenige Forschungsschwerpunkte und -ergebnisse kurz angerissen werden. Wegweisend waren seine Beiträge zur Geodätischen Netzoptimierung. Insbesondere forderte er die Homogenität und Isotropie der Varianz-Kovarianz-Matrizen kartesischer Netzkoordinaten. Damit übertrug er die Taylor-Kármán-Struktur der Hydromechanik auf die Geodäsie und schuf so eine wichtige Grundlage für das Design von Kriterionmatrizen. Ebenso zählt er zu den Wegbereitern der 3D-Geodäsie: Traditionell wurden bei geodätischen Positionierungen die horizontale Lage und die Höhe eines Punktes getrennt bestimmt. Erst mit dem Aufkommen der satellitengestützten Messverfahren wurde es in der zweiten Hälfte des vorigen Jahrhunderts möglich, eine 3D-Positionsbestimmung vorzunehmen, bei der alle drei Raumkoordinaten in einem Guss aus einer Ausgleichung der vorhandenen Beobachtungen bestimmt werden. Prof. Grafarend erarbeitete dazu notwendige Beobachtungsgleichungen und Lösungsverfahren; darüber hinaus erweiterte er die bekannten Verfahren der zweidimensionalen Lagebestimmung ins Dreidimensionale, indem er analytische Lösungen für nichtlineare Grundaufgaben wie Vorwärtsschnitt, Rückwärtsschnitt oder Bogenschnitt herleitete. Dazu verwendete er insbesondere Gröbner-Basen und den Buchberger-Algorithmus.
Während für die traditionellen geodätischen Messverfahren die Euklidische Geometrie als Grundlage der Modellbildung ausreicht, müssen bei den modernen geodätischen Raumverfahren auch relativistische Effekte berücksichtigt werden. Prof. Grafarend wollte als einer von sehr wenigen Geodäten die Quantifizierung dieser Effekte nicht den Systembetreibern überlassen, sondern verstand die relativistische Modellierung satellitengeodätischer Beobachtungen als ureigene geodätische Aufgabe. Er wäre im Übrigen mit einer Betrachtung der relativistischen Effekte als bloße Korrekturterme in einer ansonsten Euklidischen Modellierung keineswegs zufrieden gewesen. Während er sich selbst als Geodät verstand und stets die Eigenständigkeit der Geodäsie betonte und vertrat, war seine Denk- und Arbeitsweise doch weitestgehend durch seine theoretisch-physikalische Ausbildung geprägt. Aus dieser Sicht sind geodätische Beobachtungsgrößen wie Strecken, Richtungen, Schwerewerte oder nivellierte Höhen Funktionale der relativistischen Raum-Zeit-Metrik sowie des Schwerepotenzials und sollten entsprechend in einem ganzheitlichen Modell dargestellt werden.
Erik Grafarend gab sich nie mit pragmatischen Lösungen zufrieden, sondern legte großen Wert darauf, den jeweiligen Aufgabenkomplex zunächst gründlich zu kategorisieren und zu systematisieren. Konsequent benutzte er übergreifende Lösungsprinzipien wie Variationsformulierungen, so z.B. bei der Bahnberechnung von Satelliten, wo er durch die Einführung bestimmter Semi-Metriken bzw. speziell angepasster Konnexionssymbole die Anwendung des Maupertuisschen Prinzips auch auf den Fall nichtkonservativer Kräfte ausdehnen konnte. Ebenso strebte er nach größtmöglicher Allgemeinheit und verzichtete so weit als möglich auf die Einführung von Näherungen, Vernachlässigungen oder einschränkenden Nebenbedingungen. So legte er die Grundlagen für eine Verallgemeinerung des sphärischen Stokes-Problems im Sinne einer ellipsoidischen Formulierung. Sein Streben nach Allgemeinheit, Vollständigkeit und Systematisierung führte dazu, dass seine Arbeiten zunehmend enzyklopädischen Charakter gewannen. So war es naheliegend, dass er die Edition der „Encyclopedia of Geodesy“ übernahm. Damit wird zum ersten Mal seit fünfzig Jahren, nämlich seit dem Standardwerk von Jordan, Eggert und Kneissl, wieder der Versuch unternommen, den Stand der geodätischen Forschung und deren mathematisch-physikalische Grundlagen in einem einheitlichen Werk darzustellen. Sein Streben nach Systematisierung zeigt sich auch in seiner wissenschaftlichen Notation, die zum großen Teil die Bezeichnungsweise der modernen Differenzialgeometrie und der Kontinuumsmechanik übernimmt und viele historisch gewachsene Bezeichnungen in der Geodäsie als wenig expressiv und ad hoc erscheinen lässt. So legte er beispielsweise Wert darauf, dass Schwere- und Potenzialstörungen bzw. -anomalien als Analoga oder gar Spezialfälle der aus der Kontinuumsmechanik bekannten Eulerschen bzw. Lagrangeschen Inkremente betrachtet und als solche notiert werden sollten. Es dürfte noch einige Generationen dauern, bis sich diese Auffassung in der Geodäsie durchsetzt.
Die geodätische Ausbildung an deutschen Universitäten hat seit jeher einen Spagat zu bewältigen: Einerseits soll sie zum wissenschaftlichen Arbeiten befähigen, andererseits soll sie die Voraussetzungen zum Eintritt in den höheren vermessungstechnischen Dienst schaffen. Als Hochschullehrer vertrat Prof. Grafarend konsequent den wissenschaftlichen Anspruch der Geodäsie. Darüber hinaus gab er in seinen Vorlesungen modernen Forschungsaktivitäten und -ergebnissen breiten Raum. Wer bei ihm studierte, bekam nicht nur eine solide geodätische Grundlage vermittelt, sondern hatte auch den Geschmack der modernen mathematischen Physik auf der Zunge. Die Anforderungen, die Erik Grafarend an seine Studierenden und Doktoranden stellte, mögen allerdings so manchem schlaflose Nächte bereitet haben. Im Übrigen ermunterte er seine Doktoranden, auch akzeptierte wissenschaftliche Ergebnisse kritisch zu prüfen — er selbst fand einiges Vergnügen daran, althergebrachte Lehrmeinungen der Geodäsie zu hinterfragen oder gar zu widerlegen.
Das geodätische Wirken von Prof. Grafarend hat zeit seines Lebens in hohem Maße Anerkennung gefunden. 1975 wurde ihm der gerade ins Leben gerufene und prestige-trächtige Bomford-Prize der International Association of Geodesy verliehen. Er erhielt zahlreiche Ehrendoktorwürden und Honorarprofessuren von in- und ausländischen Universitäten: Königliche Technische Hochschule in Stockholm (1989), TU Darmstadt (1996), TU Budapest (1998), Universität der Bundeswehr in München (2000), Universität Teheran (2002), Universität von Navarra in Pamplona (2014). Er war Mitglied in verschiedenen Gelehrtengesellschaften: der Deutschen Geodätischen Kommission der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, der Leibniz-Sozietät der Wissenschaften zu Berlin, der Finnischen Akademie der Wissenschaften, der Ungarischen Akademie der Wissenschaften sowie der Österreichischen Geodätischen Kommission.
In verschiedenen Funktionen hat Erik Grafarend in den Gremien der nationalen und internationalen Geodäsie Weichen gestellt. Innerhalb des DVW gründete er den Arbeitskreis 7 „Experimentelle, Angewandte und Theoretische Geodäsie“; der Name war für ihn Programm. Als Leiter des AK7 verankert er dann die schon früher von ihm gegründete Geodätische Woche in der InterGeo. Diese erfolgreiche Veranstaltungsreihe, die vor zwei Jahren in Frontiers of Geodetic Science umbenannt wurde, richtet ein spezielles Augenmerk auf den wissenschaftlichen Nachwuchs. Auch in internationalen Fachgremien und auf Konferenzen war Erik Grafarend präsent und leidenschaftlich engagiert. In der IAG leitete er diverse Special Study Groups und wurde 1983 für vier Jahre zum Präsidenten der lAG Section IV „General Theory and Methodology“ gewählt. Als Gründungsherausgeber gehörte er seit 1980 dem Editorial Board der Zeitschrift manuscripta geodaetica an, die später mit dem Bulletin Géodésique zum Journal of Geodesy vereinigt wurde.
Die internationale Vernetzung war für Prof. Grafarend immer ein besonderes Anliegen. Kürzere und längere Lehr- und Forschungsaufenthalte verbrachte er beispielsweise in Columbus, Teheran, Wuhan, Sydney, Bandung, Uppsala, Stockholm und, immer wieder, Helsinki. Zahlreiche internationale Spitzenwissenschaftler der jüngeren Generation wurden von ihm dazu motiviert, u.a. mittels Förderung durch die Alexander von Humboldt-Stiftung, mit ihm in Stuttgart zu forschen. In Anerkennung seiner besonderen Verdienste in der Förderung der internationalen wissenschaftlichen Zusammenarbeit wurde ihm 2000 die Werner Heisenberg-Medaille der Humboldt-Stiftung verliehen.
Mit Prof. Erik W. Grafarend verlieren wir einen Leuchtturm der Geodäsie mit internationaler Strahlkraft. Er war ein herausragender Wissenschaftler, dessen Interessen und Produktivität kaum Grenzen kannten, und dessen Beiträge untrennbar mit der Entwicklung der modernen Geodäsie verbunden sind. National wie international wurde er geschätzt als Kollege, als Lehrer und, für viele die ihn kannten, als Freund. Seine wissenschaftliche Laufbahn hätte ihn durchaus in die Physik oder Geophysik führen können. Glücklicherweise wurde die Geodäsie zu seiner Heimat.
Nico Sneeuw & Johannes Engels, Stuttgart