Naukowcy wykazali po raz pierwszy, że dokładne pomiary zmian ziemskiego pola grawitacyjnego mogą pomóc w przewidywaniu przyszłego klimatu naszej planety.

Odkrycie jest wynikiem, trwającego ponad rok, programu badawczego Grace – Gravity Recovery and Climate Experiment (eksperyment dotyczący regeneracji pola grawitacyjnego i klimatu). Grace to w rzeczywistości dwa satelity. Program jest owocem współpracy NASA i Niemieckiego Centrum Kosmicznego.

Wyniki najnowszych badań wskazują, że rozkład wody i lodu na powierzchni Ziemi może być oszacowany dzięki pomiarom pola grawitacyjnego. Grace potrafi zarejestrować zmianę masy, odpowiadającą masie warstwy wody o grubości 10 centymetrów. Pozwoliło to na wykrycie wzrostu poziomu wód gruntowych, spowodowanego silnymi opadami, w basenie Amazońskim i w południowej Azji. W zasięgu instrumentów Grace są także słabe sygnały spowodowane zmianą ruchu wody w oceanie.

Wystrzelona w marcu 2002 Grace mierzy zmiany pola grawitacyjnego Ziemi. Przyrządy na pokładzie satelity są w stanie wykryć minimalne różnice w ziemskim przyciąganiu spowodowane lokalnymi zmianami masy. Zasada działania urządzenia opiera się na pomiarze odległości między dwoma niezależnymi satelitami umieszczonymi około 220 kilometrów nad Ziemią. Dokładność pomiaru ich względnego położenia musi sięgać 1 mikrometra, czyli jednej setnej grubości ludzkiego włosa.

Mapa ziemskiego pola grawitacyjnego sporzączona na podstawie danych z dwóch satelitów badawczych CHAMP – CHAllenging Minisatellite Payload (860 dni misji) Grace (109 dni misji). Na mapę podcieniowano, by widoczne były większe formy rzeźby terenu. Umożliwia to skojarzenie rozkładu pola grawitayjnego z ukstałtowaniem powierzchni Ziemi. Anomalie grawitacyjne opisywne są za pomocą różnic w wartościach przyspierszenia ziemskiego. Ponieważ zmiany są nie duże, do zapisu uzywa się jesdnostek mGal – miliGalileuszy (miliGalileo). Jeden Galileusz (Gal) to centymetr na sekundę kwadrat (cm/s2); (1 mGal = 1/100000 m/s2). Zdjęcie ma bardzo dużą rozdzielczość; długo się ładuje w wyszukiwarce.

Grace mapuje zmiany pola grawitacyjnego, wywołane następowaniem po sobie pór roku, warunkami pogodowymi, czy krótkoterminowymi zmianami klimatu. Zrozumienie mechanizmów lokalnych wahań masy pomoże w badaniach globalnego poziomu mórz, grubości polarnych lodów, głębokości występowania prądów oceanicznych, a także procesów napełniania się i osuszania naturalnych niecek artezyjskich.

Comiesięczne mapy wykonywane przez Grace są 100 razy dokładniejsze od istniejących wcześniej, opartych na danych z takich satelitów jak CHAMP. Pozwoliło to na znaczną poprawę dokładności wielu technik badawczych w takich dziedzinach jak oceanografia, hydrologia, glacjologia, geodezja, a także wielu innych zajmujących się badaniem klimatu.

Wcześniej nie byliśmy wstanie ani zmierzyć poziomu wody w wielu dużych rzekach w odległych zakątkach świata, ani zbadać napełnienia zbiorników wód podziemnych, nie mówią już o wyznaczeniu przebiegu głębinowych prądów oceanicznych“, opowiada dr Byron Tapley, jeden z czołowych badaczy programu Grace z Centrum Badań Kosmicznych Uniwersytetu Teksańskiego w Austin. “Grace jest niezwykle potężnym instrumentem do śledzenia przepływów wody, jednego z ważniejszych czynników klimatotwórczych. Wstępne wyniki z całą pewnością pokazują, że w najbliższych latach satelitarny pomiar pola grawitacyjnego będzie podstawowym narzędziem w badaniach klimatu.

Niepowtarzalna dokładność pomiarów Grace otwiera nowe perspektywy przed naukowcami” – mówi dr Christoph Reigber z poczdamskiego instytutu GeoForschungsZentrum. “Obserwacje lokalnych wahań masy na obszarach oceanicznych pomogą w ocenie długotrwałego procesu podnoszenia się poziomu mórz. Jest to ważny wskaźnik mówiący nam o ocieplaniu się ziemskiego klimatu.

Trójwymiarowy diagram anomali grawitacyjnych na Ziemi. Miejsca czerwone i fioletowe to obszary gdzie przyspieszenie grawitacyjne, przyjmuje nawyższe wartości; granatowe – najniższe.

Dr Michael Watkins, pracujący przy projekcie w NASA’s Jet Propulsion Laboratory w Pasadanie stwierdził, że otrzymane wyniki zapowiadają nową epokę w dziedzinie zautomatyzowanych badań. “W ciągu ostatnich 20 lat, wykonaliśmy kilka prymitywnych pomiarów zmian ziemskiego pola grawitacyjnego z dokładnością nie przekraczającą kilku tysięcy kilometrów. Dopiero ostatnie pomiary Grace mogły być wykorzystane do monitorowania zjawisk klimatycznych.

Satelitarne pomiary pola grawitacyjnego pomogą w stworzeniu wirtualnego modelu rozkładu mas wody na powierzchni naszej planety. Badania przy pomocy instrumentów znajdujący na pokładzie Grace, a także innych urządzeń satelitarnych, pozwolą lepiej zrozumieć ogół procesów związanych z obiegiem wody w przyrodzie” – dodaje Watkins.

Bardziej dociekliwych zapraszam do obejrzenia angielskojęzycznej strony poczdamskiego instytutu GeoForschungsZentrum poświęconej programowi Grace.

Autor

Marcin Nowakowski