Если бы космонавт мог видеть гравитационные поля, он бы не воспринимал Землю круглой; вместо этого он выглядел бы помятым, как картофель. Причина: массы в океанах, на континентах и глубоко в недрах Земли не распределены равномерно. Таким образом, сила тяжести различается от места к месту. Эти изменения, невидимые человеческому глазу, были измерены высокочувствительными датчиками ускорения на борту Gravity Field и Steady-State Ocean Circulation Explorer — сокращенно GOCE.
В период с 2009 по 2013 год со спутника передано несколько сотен миллионов записей данных в наземный контроль. Группы TUM принимают активное участие в разработке миссии, а также в анализе и применении результатов измерений. «Эти данные помогли нам составить карту гравитационного поля Земли с большой точностью.
И теперь, надев гравитационные очки, мы можем использовать значения измерений, чтобы видеть глубоко под поверхностью нашей планеты», — объясняет д-р Йоханнес Боуман. от Немецкого научно-исследовательского геодезического института при ТУМе.Земная кора становится видимойНа картах гравитационного поля, которые команда опубликовала в онлайн-журнале Scientific Reports, вы можете распознать, например, широкую красную полосу в Северной Атлантике, которая символизирует усиление силы тяжести. Это согласуется с тектонической моделью плит: между Гренландией и Скандинавией толстый и тяжелый материал поднимается из мантии Земли вдоль срединно-океанического хребта, охлаждается и образует свежую океаническую кору. «С помощью измерений гравитационного поля мы можем предоставить дополнительную информацию для тектонической модели плит, поскольку мы можем сделать выводы относительно плотности и толщины различных плит», — говорит Боуман.
Алгоритмы открывают новые перспективыВместе со своей командой Бауман два года работал над подготовкой данных GOCE. Эти данные оказалось трудно интерпретировать, потому что высота и ориентация спутника колебались, когда он вращался вокруг Земли. «Местоположение спутника можно было определить в любое время с помощью GPS, но при оценке данных приходилось соотносить каждое измерение с сохраненными координатами», — вспоминает исследователь TUM.
Используя алгоритмы, которые он разработал со своей командой, он смог преобразовать данные таким образом, чтобы позволить геофизикам использовать их без дополнительных корректировок в будущем.Две сетки — два глазаУловка: значения измерений не коррелировали с реальной траекторией спутника; вместо этого они были преобразованы в два справочных эллипсоида. Эти эллипсоиды, окружающие Землю на высоте 225 и 255 километров, имеют фиксированную высоту, а также определена их географическая ориентация.
Каждый эллипсоид состоит из 1,6 миллиона точек сетки, которые можно комбинировать. «Таким образом, как и в случае со стереоскопическим зрением двумя глазами, вы можете сделать третье измерение видимым. Если вы затем объедините эту информацию с геофизической моделью, вы получите трехмерное изображение Земли», — объясняет Боуман.
«Этот метод очень интересен для геофизиков», — подчеркивает профессор Йорг Эббинг, руководитель рабочей группы по геофизике и геоинформации Кильского университета, а также автор статьи. «Раньше модели в основном основывались на сейсмических измерениях — по курсу распространения сейсмических волн можно вывести, например, границы между земной корой и мантией. Эти новые данные позволяют нам проверять и улучшать наши идеи и представления. "Анализ земной коры в Северной Атлантике — это только начало. «Используя геодезические данные миссии GOCE, мы сможем более подробно изучить структуру всей земной коры в будущем», — добавляет профессор Флориан Зейтц, директор Немецкого института геодезических исследований в TUM. «И мы даже сможем сделать видимыми динамические движения, такие как таяние полярных ледяных щитов, чего сейсмология не могла увидеть».