Европейское космическое агентство обнародовало первую карту поля тяготения нашей планеты, построенную по данным спутника GOCE. Благодаря уникальности спутника собранные данные чрезвычайно точны, а сама карта поможет океано­графам и климатологам давать более аргументированные ответы на глобальные вопросы о жизнедеятельности Земли.

Спутник GOCE (полное название - «Исследователь гравитационного поля и установившихся океанских течений»), разработанный Европейским космическим агентством, стартовал с российского космодрома Плесецк 17 марта 2009 года. Задача проекта - с беспрецедентной точностью и разрешением нанести на карту земного шара его гравитационное поле. С беспрецедентной, потому что GOCE не единственный подобный проект. До него в космос был запущен немецкий исследовательский спутник CHAMP (проект стартовал в 2000 году), а также тандем из двух спутников GRACE (2002 год).

Новичок определяет различия в силе гравитационного поля Земли с точностью до сантиметра. Превзойти «коллег» по достоверности получаемых данных GOCE помогает целый ряд технических ухищрений, дающих спутнику возможностью лететь на очень небольшой высоте - 254,9 км. Это самая низкая орбита, на которой когда-либо находились в течение длительного времени исследовательские спутники.

Разработчиками GOCE был достигнут эффект, когда датчики аппарата для измерения силы тяготения Земли находятся как бы в свободном падении. Главным ноу-хау является ионный двигатель, компенсирующий атмосферное торможение, неизбежное на указанной высоте и периодически поднимающий орбиту спутника. Также играют роль стрелообразная форма европейского посланца и его «плавники». Благодаря всему этому спутник представляет собой чрезвычайно чувствительный измерительный прибор, открывающий новые, недоступные ранее возможности для исследователей.

«Гравитационное поле изучается очень давно, и в последнее время в этой области наблюдается большой прогресс благодаря использованию новых высокоточных спутниковых систем, - поясняет завлабораторией математической геофизики Института физики Земли РАН Валентин Михайлов. - Преимуществом изучения гравитационного поля Земли с околоземной орбиты является почти равномерное покрытие океанов и суши».

Благодаря своей «продвинутости» GOCE продемонстрировал превосходную способность к фиксированию крошечных нюансов в изменении силы тяготения. Карта, составленная по полученным с него данным, показывает, что сила эта далеко не однородна. В частности, красным цветом на модели, построенной по данным спутника GOCE за ноябрь-декабрь 2009 года, обозначены положительные гравитационные аномалии, синим - отрицательные.

«Впрочем, не стоит воспринимать эти аномалии как что-то из ряда вон выходящее, о существовании глобальных аномалий известно давно, - добавляет г-н Михайлов. - Спутник GOCE существенно улучшит наши знания тонкой структуры гравитационного поля, что необходимо, например, для моделирования динамики океана и взаимодействия Мирового океана с атмосферой. Это важно для прогнозирования климатических изменений и природных катаклизмов вроде явления Эль-Ниньо, вызываемого перемещением больших объемов разогретой воды в Тихом океане».

Сами авторы проекта утверждают, что данные, полученные со спутника GOCE, найдут многочисленные применения и могут пригодиться не только для лучшего понимания природы океанических течений и определения их скорости, но и, например, для обнаружения опасных вулканических регионов.
http://www.rbcdaily.ru/2010/07/01/cnews/491111

ESA: The most detailed map of Earth’s gravity field ever realised

Physorg.com: GOCE delivering data for best gravity map ever (w/ Video)

За два года работы европейский спутник GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer - исследователь гравитационного поля и установившихся океанских течений), измеряющий притяжение Земли, набрал достаточно данных, чтобы составить гравитационную карту беспрецедентной точности, сообщает Мембрана.

О результатах его работы команда GOCE рассказала на конференции в Мюнхене.

Стартовавший в 2009 году аппарат обладает шестью акселерометрами, в сто раз более чувствительными, чем у...

Геофизики представили предварительные карты, созданные по данным, собранным космическим аппаратом Европейского космического агентства(ESA) GOCE. Карты были обнародованы на ежегодном заседании Американского геофизического союза.

Так как форма Земли отлична от шара, гравитационное притяжение в одних регионах может достаточно сильно отличаться от притяжения в других. На основании данных об этих отличиях ученые раскрасили карту: красным отмечены регионы, где ускорение свободного падения больше 9...

Ученые Российской академии наук (РАН) исследуют загадочный артефакт, созданный кем-то в доисторические времена.

Сенсация в кладовке

И чего вы в ней нашли? Обычный потрескавшийся камень, - пресс-секретарь ректора МГУ Олеся Викторовна равнодушно скользнула взглядом по каменной плите, которая хранится в кладовке университета.

Мы же с фотографом испытали благоговейный трепет. Потому что наконец-то увидели «ту самую каменную карту», о которой нам рассказывали. И уверяли, что ей будто бы 65...

Американское и Японское космические агентства опубликовали самую точную (вторую по счету) на сегодняшний день топографическую карту Земли. Об этом сообщается в пресс-релизе на сайте NASA. Первая версия этой же карты была опубликована в июне 2009 года.

В рамках новой версии к карте были добавлены данные, полученные после анализа 260 тысяч стереоизображений, сделанных аппаратом Terra. В результате было значительно увеличено разрешение карты. Карта размещена для свободного доступа в интернете...

Физики провели самый точный на сегодняшний день эксперимент по измерению гравитационного замедления времени, предсказываемого теорией относительности Эйнштейна.

Суть эксперимента заключалась в следующем. Атомы цезия, охлажденные почти до абсолютного нуля, при помощи лазера "подбрасывались" вверх в специальной камере, после чего под воздействием силы тяжести начинали двигаться по дуге.

В некоторый момент времени лазерный импульс переводил частицы в суперпозицию двух состояний...

Гравитационные линзы, обнаруженные астрономами около 30 лет назад, - одно из самых удивительных явлений, существующих во вселенной. Они стали не только убедительнейшим доказательством истинности теории относительности эйнштейна, но и незаменимыми помощниками астрономов в поиске ответов на многие вопросы о структуре и эволюции вселенной.

Подобно миражам, которые путешественники встречают в пустынях, в космосе существуют свои миражи. Они возникают, когда свет от отдаленных объектов отклоняется...

Наука все ближе подходит к подтверждению библейских истин. Со школьной скамьи мы знаем: наша планета имеет форму вытянутого на полюсах шара, состоит из мантии и ядра, а над ее поверхностью витает несколько слоев атмосферы.

С незапамятных времен она вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, и этот заведенный самой природой механизм никогда не остановится. Во всяком случае, так нам кажется.

Иного мнения наш собеседник - профессор, доктор физико-математических наук, ведущий научный...

Измерения в разлетающемся мире

Нелегко построить карту мира, объекты которого находятся в постоянном движении - одновременно и перемещаются относительно друг друга, и разлетаются в разные стороны. „Не будем забывать, что на межзвёздных расстояниях понятие одновременности далеко не очевидно“, - писал в одном из своих рассказах про вольных торговцев Пол Андерсон, и это обстоятельство сильно осложняет жизнь исследователям космоса. Вот, например, как определить расстояние до какой-нибудь далекой...

Европейское космическое агентство (ESA) выпустило первые результаты исследований гравитационного поля Земли, проведенных при помощи спутника GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer)

Европейское космическое агентство (ESA) выпустило первые результаты исследований гравитационного поля Земли, проведенных при помощи спутника GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer).

Исследовательская команда, работавшая с европейским спутником GOCE («Исследователь гравитационного поля и циркуляции океанских течений»), пролила свет на то, как выглядит наша Земля с гравитационной точки зрения.

Новая компьютерная модель демонстрирует неравномерность гравитации на поверхности нашей планеты: Земля в этом изображении не похожа на привычный для всех нас аккуратный глобус.

Новую модель геоида представили на Четвертом международном научном форуме, который прошел в Техническом университете Мюнхена (Германия). Представители европейского космического сообщества рассказали о том, что теперь они обладают точнейшей картой распределения гравитационных потоков планеты.

Ученые использовали данные, собранные космическим зондом, чтобы показать, как гравитация сказывается на всей площади нашей планеты. Аппарат показал, как движутся океаны и как они перераспределяют солнечное тепло по всему глобусу Земли.

Абстрактная модель на изображении представляет иллюстрацию неравномерности силы гравитации, действующей на поверхности нашей планеты. Желтым цветом обозначены области, в которых сила гравитации выше, а синим - ниже, нежели средний глобальный показатель.

GOCE также помог ученым понять, что землетрясения в Японию в прошлом месяце и Чили в прошлом году произошли из-за внезапно переместившихся огромных масс плит.

Ученые заявили, что новые данные помогли пролить свет на то, как выглядит «уровень» поверхности Земли. Лодка у берегов Европы может стоять на 180 метров выше, чем лодка в середине Индийского океана, хотя обе этих точки находятся при этом на одном и том же уровне суши.

Налицо то, как гравитационный трюк отыгрывается на Земле, так как наша планета - не идеальная сфера, и ее масса распределяется неравномерно, объясняют ученые.

Спутник GOCE был запущен в марте 2009 года. Сегодня космический зонд находится на очень низкой полярной орбите высотой всего 255 км. Другие исследовательские спутники так низко не летают, говорят специалисты.

GOCE оснащен тремя парами платиновых датчиков в составе основного научного инструмента - градиометра, измеряющего микроскопические изменения в силе ускорения.

Это ускорение позволяет GOCE наносить на карту почти неощутимые колебания силы гравитации, действующие на поверхности нашей планеты - от высочайших горных массивов до глубочайших океанических впадин.

Геоид представляет собой важнейшее понятие в современной геодезии. Он является геометрическим телом, повторяющим форму Земли, но отражающим распределение потенциала силы тяжести на планете. Обычно геоид приблизительно совпадает со средним уровнем вод Мирового океана и условно продолжается над материками.

«Мы получили совершенно новую информацию, в частности, по таким областям, как Гималаи, Анды и Антарктика», - сказал каналу BBC руководитель миссии GOCE Европейского космического агентства доктор Руне Флобергхаген.

Команда ученых заявила, что GOCE, вероятно, имеет достаточно бортового топлива и сможет летать до 2014-го года.

По мнению профессора мюнхенского университета Лайнера Руммеля, первые практические результаты от работы европейского гравитационного спутника можно будет получить примерно через год. «Гравитационные данные GOCE помогут в разработке более совершенной модели предсказания землетрясений. Поскольку землетрясения вызываются тектоническими движениями под океаном, эти движения нельзя увидеть напрямую из космоса, хотя можно изучить по гравитационным данным», - отметил ученый.

Составлена самая точная на сегодня гравитационная карта Луны.

Если вы решитесь потратить деньги на то, чтобы поместить нечто на орбиту Луны, оно, скорее всего, будет битком набито научными приборами. Но НАСА соригинальничало — отправило туда не один, а два корабля, зато с одним-единственным инструментом.

Несмотря на внешнюю легковесность, проект GRAIL оказался феноменально успешным, ибо позволил составить самую точную геологическую карту нашего соседа. Теперь ясно видно, что этот мир сформирован сочетанием метеоритных ударов (некоторые из них, вероятно, пробили Луну до мантии) и растяжек, свидетельствующих о расширении тела в начале его истории.

Проект GRAIL создан по образцу спутников GRACE , которые исследуют Землю. Единственный инструмент отслеживает расстояние между парными аппаратами, меняющееся из-за гравитации. Поскольку на Луне нет сколько-нибудь значимой атмосферы, а сила притяжения очень слабая, аппараты GRAIL смогли снизиться до средней высоты 55 км, в результате чего масштаб карты оказался почти втрое лучше по сравнению с предыдущими усилиями.

Первая стадия проекта стартовала в марте с. г. и завершилась в мае. Зонды смогли различить образования величиной около 13 км. Получено более 99,99% возможных данных с учётом разрешающей способности аппаратуры.

Что мы видим на Луне, тó там и есть — вот в чём её прелесть. Авторы одной из трёх статей о проекте, опубликованных журналом Science, отмечают, что более 98% локальных изменений гравитационного притяжения — продукт топографии поверхности. Иными словами, кратеры и хребты, которые мы видим на поверхности Луны, производят основную долю сигналов, принятых GRAIL. Ничего подобного на других изученных нами объектах нет. Земля, Венера, Марс, Меркурий обладают большой внутренней изменчивостью, которая, как правило, становится результатом тектонических процессов.

Хотя Луна пережила несколько вулканических извержений, большинство деталей рельефа сформировано метеоритными ударами. Взгляните на карты: места столкновений отличаются высокой плотностью в центральной области (где материал сжался и нагрелся), окружённой раздробленным материалом с низкой плотностью. Причём ударов было так много, что кора ноздревата и относительно однородна. То есть метеориты в каком-то смысле сыграли роль кухонного комбайна. Кстати, данные GRAIL говорят о том, что лунная кора, возможно, тоньше, чем предсказывалось.

Этот момент очень важен. «Наиболее сильные удары могли пробить тонкую кору насквозь и достигнуть мантии», — пишут авторы. Моделирование позволяет предположить, что у двух зон воздействия толщина внутренней части стремится к нулю (Море Москвы и Море Кризисов), тогда как у трёх других она близка к нулю (Море Гумбольдта, кратеры Аполлон и Пуанкаре).

В одной из статей рассказывается, почему иногда не было сигналов от очевидных деталей рельефа. Это те самые 2%, которых не хватало несколькими абзацами выше и которые приходятся на внутренние, скрытые от глаз причины. Среди них наиболее заметны длинные линии, отдельные из которых простираются почти на тысячу километров. Эти образования относительно глубоки: они начинаются примерно в 5 км от поверхности и уходят вниз по меньшей мере на 70 км. Это очень древние структуры, поскольку их прерывают крупные ударные кратеры, появившиеся на заре лунной истории.

Авторы видят в них аналог земных групповых даек, то есть мест, в которых тектонические разломы пропустили в кору расплавленный материал с большой глубины. Хотя тектоники плит на Луне никогда особенно не было, считается, что нагрев от удара, создавшего Луну, привёл к возникновению океана магмы под лунной корой. Вот откуда мог взяться расплавленный материал. Но что стало причиной разлома?

Исследователи обращают внимание на то, что в моделях ранней Луны её слоистая структура состоит из относительно прохладного интерьера, расплавленного океана и подостывшей коры. Эта структура должна была нагревать интерьер одновременно с охлаждением внешней оболочки, что приводило к расширению Луны. Предполагается, что в первые миллиарды лет радиус нашего соседа увеличился на 0,6-4,9 км, после чего вновь сократился. По мнению авторов, этого могло быть достаточно для появления огромных трещин в коре, которые заполнила магма.

В целом данные GRAIL способны рассказать очень много о первобытной истории Луны и наложить ограничения на модели её формирования. Кроме того, они намекают на условия во внутренней Солнечной системе вскоре после её образования, проливая свет на столкновения, которые переживали все тела, несмотря на то что время могло скрыть их следы. Неплохо для одного-единственного инструмента?

Результаты исследования опубликованы в журнале

На сегодняшний день составлена самая точная модель гравитационного поля Земли, которая поможет в изучении землетрясений, приливов и отливов, циркуляции океана и воздушных масс. Это стало возможным благодаря европейскому спутнику GOCE с уникальным дизайном, находящемуся на специальной орбите.

Рис. 3.2.1

По итогам двух лет работы на орбите спутника GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer -- «Исследователь гравитационного поля и установившихся океанских течений») Европейское космическое агентство выпустило самую полную в мире карту гравитации Земли. Собранных данных хватило, чтобы предоставить ученым доступ к самому точному на сегодня геоиду -- модели Земли, которая должна помочь разобраться в особенностях земного функционирования -- климата, океанских и воздушных течений, движений литосферных плит.

Геоид -- это поверхность идеального глобального океана в отсутствие приливов и течений. Его форма определяется только гравитацией.

Фрагмент новой карты (рис.3.2.2). Самая сильная гравитация -- в районах, окрашенных жёлтым цветом, самая слабая -- на синих участках. Форма геоида намеренно усиленна -- для большей наглядности различия высот умножены в 10 тысяч раз.

Знание точной формы геоида важно для геодезии -- от него измеряют высоты в мире (иллюстрация EPA, ESA/HPF/DLR).

Рис. 3.2.2

Что ещё интереснее: GOCE видит отклонения в гравитации с высокой детализацией, что позволяет замечать тектонические разломы, вычислять распределение масс в толщах горных хребтов и наблюдать иные подобные, скрытые от глаз, особенности строения Земли. Расшифровывая информацию от GOCE, учёные могут замечать движения магмы в глубинах под вулканами или фиксировать особенности в движении и взаимодействии континентальных плит.

Спутник GOCE был запущен в марте 2009 года. На сегодняшний день он провел в рабочем режиме сбора данных более 12 месяцев.

GOCE уже стал исключительным явлением в космосе и в изучении жизни Земли. Его градиометр, состоящий из шести высокочувствительных акселерометров, изучающих гравитацию, -- уникален для земной орбиты.

На середину следующего десятилетия запланирован запуск космического интерферометра LISA (Laser Interferometer Space Antenna) с длиной плеч в 5 миллионов километров, это совместный проект NASA и Европейского космического агентства. Чувствительность этой обсерватории будет в сотни раз выше, чем возможности наземных инструментов. Она в первую очередь предназначена для поиска низкочастотных (10- 4 -10- 1 Гц) гравитационных волн, которые невозможно уловить на поверхности Земли из-за атмосферных и сейсмических помех. Такие волны испускают двойные звездные системы, вполне типичные обитатели Космоса. LISA также сможет регистрировать волны тяготения, возникшие при поглощении черными дырами обыкновенных звезд. А вот для детектирования реликтовых гравитационных волн, несущих информацию о состоянии материи в первые мгновения после Большого взрыва, скорее всего, потребуются более продвинутые космические инструменты. Такая установка, Big Bang Observer, сейчас обсуждается, однако вряд ли ее удастся создать и запустить ранее чем через 30-40 лет.

Гравитационные аномалии

Гравитационная аномалия - общий термин, который применяется в случаях, когда наблюдаются необычные показатели гравитационного поля или гравитационные характеристики объекта. Термин используется также в случаях, когда математическая модель гравитационной теории противоречит другой теории или физической природе гравитационного взаимодействия.

В применении к формам и гравитационным свойствам небесных тел, гравитационные аномалии обычно выражаются в виде изменения ускорения свободного падения в их окрестности, что может свидетельствовать о наличии полезных ископаемых с большим значением плотности или, наоборот, о наличии больших пустот в породах. В последнем случае иногда наблюдаются такие аномальные явления, как текущая "вверх" по наклонной плоскости вода или движущиеся "вверх" колёсные средства передвижения. К наземным проявлениям аномалий также относят отклонение линии отвеса от вертикального положения и изменение скорости хода маятниковых часов. В случаях, ассоциированных с залежами руды, часто наблюдаются также геомагнитные аномалии, которые связывают с различными явлениями в атмосфере Земли и в ионосфере.

В отличие от таких массивных небесных тел, как Земля, более легкие небесные тела обладают большими относительными значениями гравитационных аномалий, что не позволяет описывать их гравитационный потенциал гармоническими функциями. В случае Земли гравитационный потенциал поверхности, или геоид, описывается именно на основании математических теорий с использованием гармонических функций. Гравитационные аномалии Луны имеют собственное название -- масконы.

С началом эры космических полётов изучение геопотенциала Земли осуществляется в основном с помощью изучения изменения положения искусственных спутников Земли, которые оборудованы акселерометрами. Предполагается, что появление гравитационных аномалий можно также связать с возникновением опасности землетрясений и извержений вулканов.

В космологии необычные скопления массы вещества, которые проявляют себя в виде гравитационных линз и аномального распределения скоростей объектов в их окрестности. В таких случаях, как в случае «Великого аттрактора», наблюдаются оба эти явления. Также, обычно термин гравитационная аномалия используется в связи со скоплениями тёмного вещества или скрытой массы Вселенной.

Рис. 3.2.3 - Гравитационные аномалии земли (по данным NASA GRACE -- Gravity Recovery And Climate Change)