A földi gravitációs mező erőssége és az éghajlat összefüggései

A Grace program a NASA és a Német Világűr Központ közös vállalkozása. A program keretében 2002 márciusában két iker-műholdat állítottak orbitális pályára, amelyek részletes vizsgálatokat végeznek a Föld gravitációs teréről.

A műholdak keringésük során GPS segítségével és mikrohullámok kibocsátásával meghatározzák pontos távolságukat, amely változása az adott pályabeállítások mellett a Föld gravitációs mezejének függvénye. A két szatellit egymástól 220 kilométer távolságban 550 kilométer magasan kering, méréseik az emberi hajszál egy századánál kisebb eltéréseket is rögzítik.
Aktuálisan éppen itt járnak >>

A mérések alapja az, hogy eltérő erősségő gravitációs térben a két műhold sebessége különbözik. Ha az előljáró műhold erősebb tömegvonzásba lép, magassága csökken, mozgása gyorsul, így távolodik a hátuljáróhoz képest. Amikor az első e térből kilép, lelassul. Amikor a hátulsó lép az erősebb gravitációs mezőbe, szintén felgyorsul, végül kilépve onnan, ez is lelassul. A távolság-, és sebesságeltérések meghatározása igen pontos képet ad a Föld gravitációs mezejének aktuális változásairól.

Miért változó erősségű a Föld gravitációs mezeje?

A gravitációs mezőnek a műholdak által mért eltérései magyarázhatók a felszíni és mélyben lévő tengeráramlásokkal, a talajvíz szintjének ingadozásával, a jégtakaró, a shelfek és a gleccserek változásaival, a Föld belsejében lévő tektonikus erők hatásaival és nem utolsó sorban az atmoszféra barometrikus nyomásával, azaz a légnyomással. A mérések animációja >>

A kék területek a legkisebb, a piros a legnagyobb gravitációjú területeket jelzik.

A gravitációs mező erőssége korrelál a vízmennyiséggel

A Science hasábjain publikált eredmények szerint a gravitációs mező változásai jól korrelálnak a földi víz és jégmennyiség havi változásaival. A felszíni vízmennyiség már 10 centiméteres növekedése – pl. az Amazonas-medence szezonális esőzései vagy a délkelet-ázsiai monszun – érzékelhető változást jelzett a Grace műszereiben. Az óceáni áramlások kisebb változásai szintén mérhetők a rendszer segítségével.

A műholdak mérései segítségével hónapról-hónapra, akár percenkénti gravitációs változások detektálásával, vizsgálhatóvá válnak bolygónk klimatikus, időjárási mintázatai, valamint mérni lehet azokat a rövidtávú változásokat, amelyek megfigyelésére eddig nem nyílt lehetőség. A rövidtávú változások megértése hozzásegíthet a hurrikánok, természeti katasztrófák kialakulásának előrejelzéséhez.

A Grace mérései pontos adatokkal segítik az óceanográfusok, hidrológusok, geológusok, glaciológusok és meterológusok munkáját egyaránt. A felszíni vizek pontos mérése néhol komoly akadályokba ütközik, a mélyebb rétegeket, áramlásokat pedig korábban szinte lehetetlen volt megfigyelni. A gravitációs mező vizsgálata azonban segít a tengeri áramlások hosszútávú változásainak detektálásában is. Az elmúlt évtizedek kutatásai rámutattak, hogy a tengerek helyi sótartalmának és hőmérsékleti viszonyainak megváltozása a tengeráramlásokra gyakorolt befolyásuk révén fontos szerepet játszanak a globális klímaváltozásban.

A Grace új eszköz ebben a vizsgálatban, segít meghatározni a klímánkat meghatározó vízmozgásokat. Az eredmények alapján joggal feltételezhetjük, hogy a Grace áttörő tudományos felfedezésekkel fogja gazdagítani a klímakutatást az elkövetkező években.