ГРАВІТАЦІЙНІ АНОМАЛІЇ ЧИ НОРМА?

Наша Земля

Андрій М. ЗАМОРОКА
 

Здавалося б, що може бути більш стабільним за силу тяжіння? Предмети, за її дії, завжди падають додолу, а не вилітають у відкритий космос – це зрозуміла усім істина, ба навіть догма. Однак, як виявилось у гравітаційному полі Землі є справжнісінькі провалля і круті піки – сила тяжіння на нашій планеті не всюди однакова!

Мапа гравітаційного поля Землі (шкала у метрах). Джерело ілюстрації: http://www.esa.int

Позавчора (29.06.2010 – ред.), Европейська космічна аґенція (ESA) оприлюднила першу детальну мапу гравітаційного поля Землі із високою роздільною здатністю. Завдяки роботі космічного Зонду із вивчення гравітаційного поля та стаціонарних циркуляцій океанічних вод (GOCE), запущеного у березні 2009 року, вчені отримали реальну форму ґеоїда.

Поняття ґеоїда було введено у 1873 році німецьким математиком Йоганном Лістинґом з метою характеристики форми Землі, адже вона не є сферичною, а сплющена з полюсів. За уявну поверхню ґеоїда було взято рівень океану у “стані спокою” і гіпотетично продовжено його під поверхнею материків, в результаті, вчені отримали ідеальну фіґуру – еліпсоїд. Ця, доволі гіпотетична фіґура, і досі використовується у ґеодезії.

Відхилення реального падіння предметів від гіпотетичного еліпсоїду (1. океан; 2. еліпсоїд; 3. кути відхилення; 4. материк; 5. ґеоїд). Джерело ілюстрації: http://uk.wikipedia.org

Однак, у новітні часи стало зрозуміло, що гравітаційне поле Землі не є однорідним. Спершу, якісь відхилення від еліпсоїда вважали місцевими гравітаційними аномаліями, однак із розвитком систем супутникової навігації та глобального позиціонування (GPS) стало зрозуміло, що “місцеві” аномалії носять планетарний характер! До прикладу, прилади GPS на борту літака чи корабля підчас руху показують коливання висоти, хоча вона реально незмінна. Це спричинюється тим, що у програму навігаційного супутника за точку відліку було закладено гіпотетичну поверхню еліпсоїда із центром мас Землі, а посилення або послаблення сили тяжіння, яке існує в реальності, й зумовлює відхилення у показах приладів GPS. Більше того, за різної інтенсивності сили тяжіння, предмети, що вільно падають, відхиляються від класичної перпендикулярної до еліпсоїда лінії, однак, рухаються по перпендикулярній траєкторії саме до поверхні ґеоїда.

Зонд GOCE на земній орбіті. Джерело ілюстрації: http://esamultimedia.esa.int

GOCE у своєму інструментарії містить надточний ґрадіометр із трьома парами платинових акселометрів, які здатні зафіксувати найменші коливання, аж до однієї десятитрильйонної частки Ґал (1 Ґал = 1 м/с2 – міра прискорення – авт.), у гравітаційному полі Землі. Для мапування змін сили тяжіння, супутник обертається на екстремально низькій орбіті – всього 254,9 км, проходячи через небезпечні полярні ділянки. На такій висоті сила тертя розрідженої атмосфери сповільнює рух GOCE, тому для того аби підтримати швидкість і не зійти з орбіти, у супутнику є система прискорення – йонний двигун, який час до часу вистрілює струменем стисненого інертного газу ксенону.

Ґеоїд виглядає, наче зморщене яблуко. Джерело ілюстрації: http://en.wikipedia.org

Як виявилось, завдяки роботі GOCE, ґеоїд не тільки не має тієї ідеальної форми еліпсоїда, а взагалі схожий на “зів’яле і зморщене за зиму яблуко” зі своїми виступами та западинами… Аналіз даних показав, що гравітаційне поле Землі має три величезні ділянки із підвищеною силою тяжіння: Північна Америка, Індія та Гімалаї, а також Південний Тихий океан з Антарктидою. Найвищий рівень гравітації встановлено у північній частині Індійського океану та півострові Індостан, де рівень поверхні океану більш, ніж на 100 м нижчий за площину еліпсоїда! Одночасно, існує й три ділянки зі слабкою гравітацією – це Північна Атлантика з Європою, Океанія з Австралією й Південним Індійським океаном. Найнижчий рівень сили земного тяжіння існує над Ісландією та Папуа-Новою Ґвінеєю – рівень океанічних вод тут підноситься приблизно на 80 м вище над площиною поверхні еліпсоїда.

Результати отримані зондом ще належиться опрацювати, однак уже нині стає зрозумілим, що неоднорідність гравітаційного поля Землі грає чи не ключову роль у циркуляції океанічних течій, причому як горизонтальних, так і вертикальних. Вчені також сподіваються удосконалити існуючі моделі зміни клімату майбутньойо, адже тепер вони отримали точний інструмент проґнозування динаміки льоду у полярних районах. Окрім того, знаючи рівень океану зумовлений земною гравітацією, а не тільки припливи та відпливи, що виникають під дією тяжіння Місяця, океанологам та екологам буде набагато простіше відслідковувати його зміни. Загалом ця місія у багатьох аспектах посприяє розвиткові наук про Землю, а також комерційно окупиться.

admin Written by:

6 Comments

  1. Липень 1, 2010
    Reply

    Те що гравітаційне поле неоднорідне, знали ще до GPS. Принаймі мені в ФТЛ розказували про геологів, які ходять з маятниками (період коливання залежить від g), і шукають в землі порожнини. Тому і про відмінність еліпсоїда від геоїда теж мали б знати.

    А те що детальну карту склали тільки тепер – можна повірити. І взагалі стаття, як завжди дуже професіональна.

  2. Липень 1, 2010
    Reply

    Пане Тарасе, Ваша правда, про певні “локальні гравітаційні аномалії” знали ще у першій половині ХХ ст., а GPS з’явилась лише у 1980-х, однак, саме у ті часи й почали “масово” фіксувати “аномалії”. Навіть були складені їх орієнтовні мапи. Тому то вони і вважались гравітаційними аномаліями, оскільки не вписквались у модель еліпсоїда, з яким отожнювали ґеоїд, а виявилось, що це радше норма, ніж аномалія… Зрештою, якби того не знали, то ESA не запускала б GOCE задля забавки, та ще й із такою специфічною місією, адже робота цього супутника розрахована всього на 20 місяців, після чого він згорить у амосфері… Дорогувата іграшка, чи не так? От вони й з усією помпезністю тепер представили отриману мапу, що зайняло перші шпальти провідних світових новинних аґенцій, шкода, що не українських 🙁 .

  3. Липень 1, 2010
    Reply

    Як завжди дуже цікаво, про неоднорідність поля чув, але цікаво побачити мапу гравітації.

  4. Липень 1, 2010
    Reply

    Дякую за Ваш комплімент, пане yAnTar, ця мапа науковцям була доступна з квітня-травня, а от для широкого загалу стала відома лише тепер. Цікава, чи не так?

  5. Липень 2, 2010
    Reply

    Не розумію чого б це гравітаційне поле мало бути рівномірним. Тяжіння залежить від маси, а маса – від густини. Як на мене, то цілком очевидно, що планета всередині неоднорідна, тому у певних місцях гравітація повинна бути трохи вищою чи трохт слабшою.
    Карта дійсно вражає.

  6. Липень 2, 2010
    Reply

    За такою логікою, пане Akceptor, гравітація повинна бути б вищою у зоні океанічних плит, основою яких є базальти, і нижчою на материкових плитах, що базуються на “легких” ґранітах. Проте, дивлячись на мапу гравтаціного поля Землі такої закономірності не бачимо, навпаки, гравітаційні “провалля” та “піки” розподіляються досить хаотично. Найвища гравітація не над Гімалаями – найтовщою частиною земної кори, на над Індостаном та пн. Індійського оекану, а поруч із нею – у зоні субдукції Тихоокеанської та Австралійської плит, – маємо найнижчу гравітацію… Тобто, умова густина-маса-тяжіння не зовсім (чи зовсім) не виконується, значить механізм розподілу потужності гравітаціного поля Землі є іншим. А от яким – це питання уже до кваліфікованих фізиків. Та й що робити із єдиним центром мас Землі? Як взагалі це усе пояснити? Цього а ні у школі, а ні в університеті (принаймі не на фізматах…) не вчать. Запитаь багато, відповідей обмаль.

Напишіть відгук

Ваша пошт@ не публікуватиметься. Обов’язкові поля позначені *

95 − 91 =