binblog

Исследование геофизический полей спутниками

В геофизике выделено несколько геофизических полей:

  • Гравитационное
  • Магнитное
  • Тепловое
  • Радиационное
  • Электромагнитное
  • Сейсмическое

Я расскажу о исследованиях некоторых из них, которые производятся с помощью спутников. Сама идея использовать спутники для геофизических исследований была реализована практически сразу с появлением космонавтики. Уже первые спутники могли измерять некоторые геофизические характеристики (напряженность электрического поля, температуру и т.д.)

Гравитационное поле

Интерес к исследованию этого поля проявлялся очень давно и в последнее время были запущены спутники, которые позволили исследовать его с высокой точностью. Рассмотрим некоторые из них:

GRACE

imageПроект немецкого аэрокосмического центра для точного измерения аномалий гравитационного поля Земли, который был запущен 17 марта 2002-г с космодрома Плесецк. С помощью спутника была построена глобальная карта гравитационного поля Земли.

С помощью данных со спутника удалось подтвердить ускоренное таяние льдов в Гренландии и обнаружить в Антарктиде геологическое образование, которое считают ударным кратером (кратер Земли Уилкиса, который появился в результате столкновения с метеоритом около 250 млн лет назад)

Gravity Probe B

Проект американcкого космического агентства NASA, который был выведен на орбиту в 20 апреля 2004 года, спустя 17 месяцев спутник завершил программу исследований. Задача проекта состояла в измерении слабых эффектов изменения геодезической прецессии прецессии гироскопов (эффект де Ситтера или эффект изменения направления оси вращения тела, движущегося в искривленном пространстве-времени, т.е. в нашем случае в гравитационном поле Земли) и увлечения инерциальных систем отсчета вращением Земли (эффект Лензе-Тирринга или явление в общей теории относительности, наблюдаемое вблизи вращающихся массивных тел. Эффект проявляется в появлении дополнительных ускорений, сходных с ускорением Кориолиса, то есть, в итоге, сил, действующих на пробные тела, двигающиеся в гравитационном поле), как эффекты, предсказанные общей теорией относительности. Обработка данных была завершена в 2011-м году и подтвердила наличие перечисленных эффектов. На иллюстрации кварцевая сфера-ротор гироскопа. Это одна из самых точных сфер, которые создавали инженеры.

GOCE

Проект европейского космического агентства, первый в серии спутников Living Planet. На текущий момент это самый точный гравиметрический спутник. Был запущен 17 марта 2009 года с космодрома Плесецк и закончил свою миссию 11 ноября 2013. Установленные на его борту электростатические гравитоционные градиометры позволили достигнуть точности определения формы геоида до 1-2 см и пространственного разрешения в 100 км. За время своей работы он позволил исследовать глубинные структуры в мантии Земли (древние зоны субдукции и остатки океана Тетис) и получить данные о областях вулканической активности. Одной из основных целей миссии было исследование океанических течений. На основании данных со спутника была также уточнена форма геоида (поверхность равного гравитационного потенциала Земли). Измерения были настолько точны, что позволили заметить эффекты от урагана Игорь (2010 г) и зафиксировать инфразвуковые волны, созданные землетрясением в Тохоку в 2011 г. Т.е. этот спутник фактически первый орбитальный сейсмограф.

Магнитное поле Земли

Magsat

Спутник был запущен NASA осенью 1979 г и завершил работу весной 1980. Целю его работы было измерение магнитного поля Земли с помоью двух магнитометров скалярного и векторного. Магнетометры были удалены от самого спутника на телескописечкой штанге, что позволило значительно увеличить точность измерения, по сравнению с предшественниками. Векторный магнетометр позволял фиксировать напряженность и направление магнингого поля, а статический поле от векторного магнетометра. Данные со спутника позвонлили построить объемную карту магнитного поля с высокой точностью. Эти данные вместе с данными, которые были получены в конце 90-х со спутника Эрстед, позволили выявить снижение напряженности магнитного поля Земли.

Ørsted

Датский спутник, названный в честь физика Ганса Христиана Эрстеда. Был запущен 23 февраля 1999 года и функционирует до сих пор. Спутник оснащен высокточным магнетометром на 8-ми метровой штанге, для снижения влияния собственных электрических систем. И векторным магнетометром. Основными задачами спутника было картографирование магнитного поля Земли и сбор данных об изменениях этого поля. На основании этих данных, сотрудники Датского института исследования космоса заключили, что магнитное поле Земли движется и скорость смещения увеличилась за последние годы.

CHAMP

Немецкий спутник, запущенный 15 июля 2000 г. с космодрома Плесецк. Был предназначен для атмосферных и ионосферных исследований. Был первым в серии спутников на платформе Flexbus, другие спутники на той же платформе, это выше упомянутые GRACE и GOCE. Завершил свою работу 19 сентября 2010 г.

Swarm

Серия спутников Европейского космического агентства. Был запущен 22 ноября 2013 года с космодрома Плесецк. Созвездие Swarm состоит из трех спутников (Alpha, Bravo, Charlie), которые расположены на двух разных полярных орбитах. Основные целями миссии: исследование динамики ядра Земли, геодинамических процессов и взаимодействия ядра с мантией. Исследоваеие намагниченности литосферы. Исследование проводимости мантии. Исследование магнитосферы и ионосферы. Как вторичные цели миссии можно выделить поиск течений в океанах, по тому изменению, что они оказывают на магнитное поле.

Тепловое поле

Исследования анализа земной поверхности в средних и дальних частях спектра разрабатывался с середниы 60-х годов. Поначалу применение было исключительно военное, но съемка в дальнем ИК проводилась для гидрогеологического изучения территории. Однако, исследования теплового поля несколько ограничены тем, что волны длиннее 15 мкм поглощаются атмосферой и для изучения со спутника малопригодны.

NOAA

Серия метеоспутников Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) в США конца 1970-х, начала 80-х. Оснащены радиометрами для ближнего-среднего ИК и дальнего ИК.

Landsat-5, 7

Участники обширной программы Landsat геологической службы США. Landsat-5 был запущен 1 марта 1984 г. фукнционирует до сих пор (с некоторыми ограничениями из-за выхода из строя оборудования). Landsat-7 запущен 15 апреля 1999 г. и до сих пор работает. Спутники оснащены различным оборудованием для съемки поверхности Земли в диапазонах от оптического до радиоволн.

TERRA

Первый из трех научно-исследовательских спутников, предназначенный для исследования поверхности суши. Был запущен 18 декабря 1999 года. Так же оснащен широким набором аппаратуры, включающей в себя радиометр MODIS, снимающим в 36 диапазонах с длинами волн от 0,4 мкм до 14,4 мкм.

AQUA

Второй из серии, предназначен для исследования воды, в основном направлен на исследования свойств облачного покрова и определения температуры воды в морях. Радиометр MODIS идентичен тому, что установлен в спутнике TERRA

AURA

Третий спутник серии, предназначенный для исследований атмосферы. Помимо прочих приборов, оснащен так же и инфракрасным радиометром HIRDLS, который используется для измерения температуры и концентрации газовых примесей в разных слоях атмосферы.

Спутники серии частично пересекаются по своим возможностям, ввиду похожести использованной аппаратуры

Точность измерения, достижимая с помощью радиометров MODIS до 0.3-0.5 гразусов для воды и 1 градус для суши. ASTER достигает точности в 0.02 градуса.

Спутник TERRA использовался, например, для измерения температуры воды для озера Байкал.

Спутники, способные исследовать тепловое поле Земли так де используются для поиска тепмературных аномалий, которые вызваны, например, пожарами.

comments powered by Disqus