Ihmisillä on tapana ajatella painovoimaa täällä maan päällä yhtenäisenä ja johdonmukaisena asiana. Seiso missä tahansa maapallolla, mihin aikaan vuodesta tahansa, ja tunnet saman yhden G:n alaspäin vedon. Mutta itse asiassa Maan gravitaatiokenttä on alttiina vaihteluille, joita tapahtuu ajan myötä. Tämä johtuu useista tekijöistä, kuten massan epätasaisesta jakautumisesta valtamerissä, maanosissa ja syvällä sisätiloissa, sekä ilmastoon liittyvistä muuttujista, kuten maanosien vesitaseesta ja jäätiköiden sulamisesta tai kasvusta.
Ja nyt, ensimmäistä kertaa, nämä muunnelmat on tallennettu kuvaan, joka tunnetaan nimellä 'Potsdamin painovoimaperuna' – visualisointi Maan painovoimakenttämallista, jonka on tuottanut Saksan geofysiikan tutkimuskeskuksen (GFZ) Helmholtzin keskus Potsdamissa. , Saksa.
Ja kuten yllä olevasta kuvasta näet, se muistuttaa silmiinpistävää perunaa. Silmiinpistävmpää on kuitenkin se, että näiden mallien avulla Maan gravitaatiokenttä ei ole kuvattu kiinteänä kappaleena, vaan dynaamisena pinnana, joka vaihtelee ajan myötä. Tämä uusi painovoimakenttämalli (jolle on annettu nimi EIGEN-6C) tehtiin. LAGEOS-, GRACE- ja GOCE-satelliiteilta saatuja mittauksia sekä maan päällä tehtyjä painovoimamittauksia ja satelliitin korkeusmittaustietoja.
Vuoden 2005 malli, joka perustui CHAMP- ja GRACE-satelliittien tietoihin ja pintatietoihin, oli vähemmän jalostettu kuin viimeisin. Luotto: GFZ
Verrattuna edelliseen vuonna 2005 hankittuun malliin (näkyy yllä), EIGEN-6C:n tilaresoluutio on nelinkertainen.
'Erityisen tärkeää on GOCE-satelliitin mittausten sisällyttäminen, josta GFZ teki oman laskelman painovoimakentästä', sanoo tohtori Christoph Foerste, joka johtaa painovoimakenttätyöryhmää GFZ:ssä yhdessä tohtori Frank Flechtnerin kanssa.
ESAn missio GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) käynnistettiin maaliskuun puolivälissä 2009 ja on siitä lähtien mittaanut Maan gravitaatiokenttää satelliittigradiometrian avulla – painovoiman aiheuttaman kiihtyvyyden vaihteluiden tutkimisen ja mittaamisen avulla.
'Tämä mahdollistaa painovoiman mittaamisen vaikeapääsyisillä alueilla ennennäkemättömällä tarkkuudella, esimerkiksi Keski-Afrikassa ja Himalajalla', tohtori Flechtner sanoi. Lisäksi GOCE-satelliitit tarjoavat etuja valtamerien mittaamisessa.
Monissa meren alla olevissa avoimissa paikoissa Maan painovoimakenttä näyttää vaihtelua. GOCE pystyy kartoittamaan paremmin nämä sekä valtameren pinnan poikkeamat – tekijä, joka tunnetaan nimellä 'dynaaminen valtameren topografia' -, joka johtuu Maan painovoiman vaikutuksesta valtameren pinnan tasapainoon.
Kaksoissatelliitit GRACE, joissa maan painovoimakenttä (pystysuoraan tehostettu) lasketaan CHAMP-tiedoista. Luotto: GFZ
Malliin sisällytettiin myös pitkän aikavälin mittaustiedot GFZ:n kaksoissatelliittioperaatiosta GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment). Seuraamalla ilmastoon perustuvia muuttujia, kuten suurten jäätiköiden sulamista napa-alueilla ja suuriin jokijärjestelmiin varastoitunutta kausiluonteista vettä, GRACE pystyi määrittämään laajamittaisten ajallisten muutosten vaikutuksen gravitaatiokenttään.
Kun otetaan huomioon ilmastoon liittyvien prosessien ajallinen luonne – puhumattakaan ilmastonmuutoksen roolista – jatkuvia tehtäviä tarvitaan, jotta nähdään, kuinka ne vaikuttavat planeettamme pitkällä aikavälillä. Varsinkin kun GRACE-operaation on määrä päättyä vuonna 2015.
Yhteensä yli 75 000 globaalia gravitaatiokenttää edustavasta parametrista koostuvan lopullisen mallin laskemiseen käytettiin noin 800 miljoonaa havaintoa. Pelkästään GOCE-satelliitti teki 27 000 kiertorataa käyttöaikansa aikana (maaliskuun 2009 ja marraskuun 2013 välisenä aikana) kerätäkseen tietoja Maan gravitaatiokentän vaihteluista.
Lopputulos saavutti senttimetrin tarkkuuden, ja se voi toimia maailmanlaajuisena referenssinä merenpinnan ja -korkeuksien suhteen. 'Painovoimayhteisön' lisäksi tutkimus on herättänyt tutkijoiden kiinnostusta ilmailu- ja avaruustekniikkaan, ilmakehätieteisiin ja avaruusromuihin.
Mutta ennen kaikkea se tarjoaa tiedemiehille tavan kuvata maailmaa, joka eroaa valoon, magnetismiin ja seismissiin aaltoihin perustuvista lähestymistavoista, mutta silti täydentää niitä. Ja sitä voitaisiin käyttää kaikkeen, aina avaruudesta tulevien valtamerten virtausten nopeuden määrittämiseen, merenpinnan nousun ja jäätiköiden sulamisen seurantaan, mannergeologian piilotettujen piirteiden paljastamiseen ja jopa levytektoniikkaa ohjaavan konvektiovoiman kurkistamiseen.
Lisälukemista: GFZ