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地球上每一处的重力场数据,终将完全浮现在我们眼前

原标题:地球上每一处的重力场数据,终将完全浮现在我们眼前

GOCE卫星模拟图

来源:ESA

十年以前,欧洲空间局(European Space Agency,ESA)发射了一颗最具创新性的卫星:地球重力场和海洋环流探索者(Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer,GOCE)。GOCE用了四年的时间,测量自然界的一个基本作用力——万有引力。这项意义非凡的任务不仅为我们的重力场提供了新的见解,更是上至大气层之外,下至地表深处,为我们的地球带来了惊为天人的新发现。并且,这项超凡卓越的任务仍在继续,让如今的新科学得以发展和实现。

由于一些因素的影响,地球表面的重力因地而异,这些因素包括地球自转、山脉和海沟的地理位置,以及地球内部物质的密度差异。

针对这些差异对重力场进行绘制,在许多领域都有着重要的意义,例如海洋环流和海平面变化的测量,以及在地球深处发生的其他隐藏的变化和反应过程。

GOCE运行在尽可能靠近地球的轨道上,以极高的细致度和准确度绘制了这些微小的变化。

发射后仅两年的时间内,GOCE就已经收集到了足够数量的数据,以无与伦比的精确度绘制出了我们的重力场,从而得到最精准的“大地水准面”模型,也就是静止状态下的理想全球海洋表面模型。

实际上,GOCE在轨道上运行的四年里,生成了一系列不同的重力场模型,每一种都比之前的精准度更高。值得期待的是,一种更新更精准的模型就快与公众见面了,这个模型对我们来说意义非凡。

重力场的形状

版权:ESA

ESA GOCE的任务负责人鲁内•弗洛贝里哈根(Rune Floberghagen)说:“无论是从技术层面上还是从科学层面上来看,GOCE都可以说是一个奇迹般的存在。科学家又一次重访了GOCE的数据,利用一些巧妙的技术再次生成了一个新的重力场模型,精确度较上一个模型提高了20%,我们将在5月的时候将它发布出来。”

自从GOCE发射以后,全世界的科学家都在使用GOCE的数据,来探索更多地球的秘密。

例如,将GOCE新生成的模型,与提供海平面实际高度的卫星测高数据结合对比,就能得到大地水准面与海面之间的高度之差。

这能让我们更深入地了解某些洋流,例如墨西哥湾暖流(Gulf Stream)、北大西洋海流(North Atlantic Current)的不同分支、北太平洋黑潮暖流(Kuroshio in the north Pacific),以及南极洲环流(Antarctic Circumpolar Current)。

1993~2011 期间洋流变化

版权:ESA

GOCE的大地水准面模型正用于理解海洋是如何在全球范围内传输巨量的热量的,以及开发全球高度参考系统,除此之外,这一任务的重力场测量也为对地球内部的理解带来了新的希望。

地球物理学家则利用GOCE的重力梯度测量数据,来深入了解地球内部的相关问题,例如与地球岩石圈(lithosphere)相关的地球动力学。GOCE还被用来绘制第一份全球性高分辨率的莫霍面(Moho)图,莫霍面是地壳与地幔的分界面,这将为地球内部的动力学研究带来新的线索。

它同样让我们对隐藏在南极冰盖深处的大陆遗迹有了新的思考角度。

除此之外,虽然设计GOCE 的目的并不是为了描述重力随时间的变化,但南极洲地区消失的部分冰川却在GOCE 的测量中有所体现,这有助于科学家更好地理解冰川动力学。

GOCE揭示了南极洲的地质构造

版权:ESA

2011年3月,当GOCE探测到了突击日本那场超大地震的声波之时,它就成为了第一个在太空中运行的地震仪,此前还从未有过来自地震的声波在太空中被直接探测到的情况。

并且,由于GOCE不同寻常的低轨道和离子发动机能对空气阻力的微小变化作出反应,科学家还能利用其推进器和加速器的测量数据,来创建一个全新的高层大气密度和风速数据集。

以上都还只是GOCE在科学上的一部分成功之处,这颗卫星优美时尚的设计、梯度测量仪器以及精密的电力推进系统,在卫星技术史上都是前无古人的存在。

ESA“地球探索者计划”(Earth Explorers Programme)的负责人达尼洛•穆齐(Danilo Muzi)说:“GOCE属于典型的ESA地球探索者。这项计划的每一个任务都使用了全新的技术来提供信息,以填补我们我们对我们的地球运作方式的认知空白。”

GOCE对变化的重力场进行感应,详见

https://v.qq.com/x/page/q085509np1z.html

版权:ESA

“无论是在科学层面上还是在技术层面上,GOCE都取得了巨大的成功。这项任务不仅让卫星的计划工作时间延长了一倍多,还体现了许多非凡的创新,为未来的卫星系统开发提供了坚实的技术和理论基础。”

“GOCE是第一个在轨运行的地球探索者,我们为能完成这样一项突破性的任务打从心底里感到自豪。”

“实际上,GOCE的使命在2013年的时候就应该宣告结束,我们现在也有了另外4个在轨执行任务的地球探索者,其他还有3个正在建造之中、2个正在评估设计概念之中:这些卫星都是独一无二的。”

“这一系列的重点任务是我们这个时代最前沿的任务,解答了关键的科学问题、展示了尖端技术该如何在太空中得到运用:对于这一切我们感到无比自豪。”

参考:

http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/GOCE/Taking_gravity_from_strength_to_strength返回搜狐,查看更多

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