Благодаря современному смартфону мы всегда знаем, где находимся. Встроенная функция GPS даже вычисляет точное местоположение пользователя в отдаленных горных долинах, используя микроволновые сигналы со спутников, которые отправляют информацию об их местоположении на Землю.
Но как спутники узнают свое местоположение? «Повседневное позиционирование было бы невозможно без очень сложной системы координат, которая требует постоянного обновления», — отвечает профессор Флориан Зейтц, директор Немецкого института геодезических исследований TUM. Его команда только что опубликовала DTRF2014, новую реализацию Международной наземной справочной системы.Постоянное обновление необходимо, потому что земля постоянно меняется. Например, каждый год Австралия перемещается на 6,9 сантиметра на северо-восток, а Гавайи на 7,1 сантиметра к северо-западу.
Европа и Америка отдаляются друг от друга; Скандинавские страны, когда-то отягощенные огромными льдами, сейчас поднимаются. «Для точного измерения этих движений требуется высокоточная система отсчета, охватывающая несколько десятилетий. Здесь необходимо учитывать многие динамические процессы, например неравномерную скорость вращения Земли», — объясняет Зейтц.С микроволнами и лазерами
Но если все меняется, как можно создать общепризнанную систему отсчета? Геодезисты создали всемирную сеть из 1712 станций наблюдений. Одной из наиболее оснащенных из этих станций является геодезическая обсерватория Веттцелль, частично управляемая ТУМ.
Обсерватория включает три радиотелескопа для интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ), которые принимают радиоволны, излучаемые квазарами. Эти измерения необходимы для обнаружения изменений положения нашей планеты в космосе. Кроме того, две системы спутниковой лазерной дальнометрии (SLR) используют мощные лазерные лучи для наблюдения за расстоянием до спутников, которые отражают лазерный свет.
Это позволяет обнаруживать малейшие движения наземной станции. В дополнение к этим измерениям несколько наземных станций Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) получают данные от GPS, Galileo и ГЛОНАСС. Три метода наблюдения — VLBI, SLR и GNSS — составляют основу расчетов DTRF2014.
Они дополняются доплеровской системой DORIS (доплеровская орбитография и радиопозиционирование, интегрированная со спутника).
Сезонные вариации«Комбинируя эти различные измерения, мы можем точно рассчитать скорость, с которой движется данное место», — говорит исследователь TUM доктор Матис Блоссфельд. Wettzell движется на северо-восток со скоростью 25,4 миллиметра в год. Вместе со своими коллегами инженер Блоссфельд также определил перемещения других глобально распределенных точек измерения, используя сложные алгоритмы, разработанные специально для этой цели. «Однако этот процесс не может быть полностью автоматизирован, — поясняет Зейтц. — Необходимо вносить поправки на внезапные изменения положения, например, в результате землетрясений в Чили в 2010 году или в Японии в 2011 году. В противном случае это приведет к неверным результатам. выводы относительно будущих движений ".
Благодаря тщательному анализу исследователи TUM впервые смогли включить в координаты мельчайшие сезонные колебания порядка миллиметров. Эти вариации возникают, когда области постоянного высокого давления оказывают давление на сушу под ними, или, с другой стороны, когда области низкого давления снижают давление на сушу.Будущее континентов
В экспертном сообществе уже с нетерпением ждут новой реализации Международной наземной справочной системы DTRF2014, созданной геодезистами ТУМ по поручению Международной службы вращения Земли и опорных систем. Данные, недавно опубликованные на PANGEA, показывают скорость и направление, в котором наблюдательные станции перемещались в последние годы. На основе этой информации также можно рассчитать расположение точек через несколько месяцев или лет.
Результаты представляют интерес для геофизиков, которые могут использовать данные для точного моделирования движения земной коры и делать выводы о динамике земных недр. А геодезистам нужна высокоточная глобальная система координат, чтобы измерять повышение уровня моря — с точностью до миллиметра.
«Прежде всего, система создает новую основу для позиционирования спутников и, таким образом, повышает точность всех спутниковых навигационных систем», — резюмирует Зейтц.