Các phép đo độ chính xác cao của trường hấp dẫn Trái đất của vệ tinh GOCE đã tạo ra bản đồ chi tiết nhất nhưng vẫn có những thay đổi tinh tế về lực hấp dẫn trên bề mặt Trái đất.
Sự khác biệt hấp dẫn tinh tế trên bề mặt Trái đất đang được đo lường, với độ chính xác chưa từng có, bởi Glĩnh vực tàn phá và nhà nước ổn định Ôicean Ckhông điều hòa Explorer (GOCE) vệ tinh, được xây dựng và vận hành bởi Cơ quan Vũ trụ châu Âu. Dữ liệu sẽ cung cấp cho các nhà khoa học một nền tảng mạnh mẽ để nghiên cứu sâu hơn về tuần hoàn đại dương, thay đổi mực nước biển, cấu trúc và động lực của nội địa Trái đất, cũng như các chuyển động của các mảng kiến tạo Trái đất để hiểu rõ hơn về động đất và núi lửa.
GOCE đã được đưa ra vào ngày 17 tháng 3 năm 2009, từ Vũ trụ Plesetsk ở miền bắc nước Nga. Nó được đưa vào quỹ đạo bởi một tên lửa đạn đạo xuyên lục địa sửa đổi (ngừng hoạt động theo Hiệp ước cắt giảm vũ khí chiến lược). Công cụ thu thập dữ liệu chính của vệ tinh được gọi là dụng cụ đo trọng sai; nó phát hiện các biến thể rất nhỏ trong lực hấp dẫn khi nó di chuyển trên bề mặt Trái đất. Ngoài ra, còn có một máy thu Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) hoạt động với các vệ tinh khác để xác định các lực không hấp dẫn có thể ảnh hưởng đến GOCE, cũng như một gương phản xạ laser cho phép GOCE được theo dõi bằng laser trên mặt đất.
Hoạt hình của Geoid GOCE. Tín dụng: ESA.
Hoạt hình này của một Trái đất quay giống củ khoai tây quay cho thấy một mô hình rất chính xác của Earth Geo Geoid được tạo ra từ dữ liệu do GOCE thu được và phát hành vào ngày 31 tháng 3 năm 2011, tại Hội thảo người dùng GOCE quốc tế lần thứ tư tại Munich, Đức. Màu sắc biểu thị độ lệch về chiều cao (từ 100 đến 100 mét) so với Geoid Geoid. Các màu xanh đại diện cho các giá trị thấp và các màu đỏ / vàng đại diện cho các giá trị cao. Geoid này không đại diện cho các tính năng bề mặt thực tế trên Trái đất. Thay vào đó, nó có một mô hình toán học phức tạp được xây dựng từ dữ liệu GOCE cho thấy, theo một cách cường điệu hóa, sự khác biệt tương đối về trọng lực trên bề mặt Trái đất. Nó cũng có thể được coi là bề mặt của một đại dương toàn cầu lý tưởng của người Hồi giáo có hình dạng chỉ bằng trọng lực, không có ảnh hưởng của thủy triều và dòng chảy.
https://www.youtube.com/watch?v=E4uaPR4D024
Về mặt khoa học, một Geoid được định nghĩa là một bề mặt đẳng thế, nghĩa là, một bề mặt mà Dòng luôn vuông góc với trường hấp dẫn của Trái đất. Một minh họa trong mục Wikipedia về nó, được hiển thị bên dưới, cung cấp một mô tả cấp cao: trong hình, đường thẳng (trọng lượng gắn với một sợi dây) tại mỗi vị trí luôn hướng xuống trọng tâm Trái đất. Do đó, một bề mặt giả thuyết mà Vẹt vuông góc với đường thẳng đó là bề mặt Geoid cục bộ. Khi được kết hợp một cách toán học với nhau và được hiệu chỉnh theo mực nước biển trung bình, những bề mặt vuông góc đó tại nhiều vị trí trên Trái đất tạo thành một Geoid, một mô hình về cách trọng lực thay đổi trên bề mặt Trái đất.
Sơ đồ minh họa các khái niệm cơ bản của việc tạo một Geoid. Hình vẽ cho thấy: 1. đại dương; 2. một ellipsoid tham chiếu; 3. đường thẳng đứng cục bộ; 4. lục địa; 5. Geoid. Tín dụng hình ảnh: MesserWoland qua Wikimedia Commons.
Cảnh quan hấp dẫn của Cảnh sát tinh của một Geoid chỉ dựa trên khối lượng và hình thái của Trái đất. Nếu Trái đất không quay, nếu không có sự chuyển động của không khí, biển hoặc đất liền và nếu phần bên trong Trái đất dày đặc đồng đều, một Geoid sẽ là một hình cầu hoàn hảo. Nhưng vòng quay Trái đất làm cho các vùng cực bị xẹp xuống một chút, khiến Trái đất trở thành một hình elip thay vì hình cầu. Kết quả là lực hấp dẫn mạnh hơn một chút ở hai cực so với đường xích đạo. Các biến thể nhỏ hơn của trọng lực trên bề mặt Trái đất được gây ra bởi sự khác biệt về độ dày và mật độ đá của lớp vỏ Trái đất, cũng như sự khác biệt về mật độ và đối lưu sâu trong phần bên trong Trái đất.
Các nhà khoa học có thể sử dụng Geoid độ phân giải cao dựa trên dữ liệu GOCE, như một khung tham chiếu hấp dẫn cho các nghiên cứu khoa học Trái đất khác. Tuần hoàn đại dương, thay đổi mực nước biển và sự tan chảy của các tảng băng - những chỉ số quan trọng cho sự thay đổi khí hậu - gây ra sự thay đổi về độ cao bề mặt đại dương thực tế có thể được đo bằng các đài quan sát Trái đất khác. Những quan sát này, được hiệu chỉnh theo mô hình Geoid tốt, sẽ giúp hiểu rõ hơn về động lực khí hậu Trái đất.
Sự khác biệt về mật độ và sự đối lưu trong lớp phủ Trái đất cũng ảnh hưởng đến trường hấp dẫn. Ví dụ, mô hình Geoid GOCE cho thấy một vùng trũng ở Ấn Độ Dương và Ấn Độ cao ở Bắc Đại Tây Dương và Tây Thái Bình Dương. Dữ liệu trọng lực có thể cho thấy chữ ký của các trận động đất và núi lửa mạnh mẽ, cung cấp kiến thức mà một ngày nào đó có thể giúp các nhà khoa học dự đoán những thảm họa thiên nhiên này. Ngoài ra còn có các ứng dụng quan trọng trong các hệ thống thông tin địa lý, kỹ thuật dân dụng, lập bản đồ và thăm dò sẽ được tăng cường bằng mô hình Geoid tinh tế hơn.
Các kỹ sư làm việc trên GOCE GOCE trong phòng sạch tại Vũ trụ Plesetsk ở Nga. Tín dụng hình ảnh: ESA.
Kể từ khi ra mắt vào tháng 3 năm 2009, ngoại trừ một khoảng thời gian ngắn để kiểm tra hệ thống tàu vũ trụ và trục trặc hoạt động tạm thời, GOCE đã thu thập dữ liệu về trường hấp dẫn của hành tinh chúng ta khi nó quay quanh Trái đất theo hướng bắc-nam gần đúng (quỹ đạo cực), tại độ cao chỉ 250 km. Đây là mức thấp bất thường đối với quỹ đạo Trái đất thấp nhưng nó yêu cầu bởi vì các phép đo trường hấp dẫn tốt nhất thu được khi GOCE càng gần bề mặt Trái đất trong khi vẫn duy trì quỹ đạo của nó. Hình dạng khí động học của vệ tinh, giúp ổn định nó khi nó lướt trên đỉnh bầu khí quyển, nhưng chắc chắn, không khí hiếm gặp gây ra lực cản cho vệ tinh làm nó chậm lại. Do đó, để duy trì vận tốc quỹ đạo của nó, GOCE sử dụng hệ thống đẩy ion của nó để tạo cho mình một sự gia tăng không thường xuyên.
Nhiệm vụ ban đầu được cho là kéo dài 20 tháng, thời gian ước tính để GOCE sử dụng hết nhiên liệu của nó. Nhưng tối thiểu chu kỳ mặt trời yên tĩnh khác thường đã làm loãng bầu khí quyển phía trên, làm giảm lực cản trên vệ tinh, cho phép nó tiết kiệm nhiên liệu. Do còn dự trữ nhiên liệu, nhiệm vụ đã được gia hạn đến cuối năm 2012, cho phép GOCE tiếp tục thu thập dữ liệu sẽ tăng độ chính xác cao cho các phép đo trọng lực của nó.
Nghệ sĩ miêu tả GOCE trên quỹ đạo trên Trái đất. Một bên của vệ tinh luôn phải đối mặt với mặt trời. Các tấm pin mặt trời gắn trên ’mặt nắng cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ. Chúng được làm bằng vật liệu có thể chịu được nhiệt độ cao tới 160ºC (320 ºF) và thấp tới -170ºC (-274 ºF). Tín dụng hình ảnh: ESA.